基于文献计量法的Grasshopper参数化设计方法国内应用评述.pdf

包 装 工 程 第 44 卷 S1 期 34 PACKAGING ENGINEERING 2023 年 4 月 收稿日期：20221202 基金项目：安徽省哲学社会科学规划项目“景观基因理论指导下的皖北古镇保护与发展路径研究”（AHSKQ2021D129）；安徽省教育厅新文科、新医科研究与改革实践项目“新文科建设下基于数据可视化信息模型的环境设计应用与教学研究”作者简介：李锡坤（1990），男，硕士，讲师，主要研究方向为景观与城市设计、建筑遗址保护与利用。基于文献计量法的 Grasshopper 参数化 设计方法国内应用评述 李锡坤，于施施，景剑雄，倪妮（安徽工业大学，安徽 马鞍山 243000）摘要：目的目的 对 Grasshopper 参数化设计方法在国内设计领域的应用现状进行梳理和分析。方法方法 从Grasshopper 相关概念出发，利用文献数据库定位发文作者和研究机构；通过文献计量法分析研究热点、归类研究成果、指明演进趋势。结果结果 梳理出 Grasshopper 参数化设计方法在不同设计领域中的作用和影响。结论结论 近 15 年间，Grasshopper 参数化设计年文献研究量持续增长。结合其研究热点与关键词爆发信息，推断出 Grasshopper 参数化设计在历经推广、发展 2 个阶段后，目前在建筑结构与建筑设计、风景园林与城市规划、工业设计与产品设计等设计领域的应用日渐成熟。然而在室内设计领域相关应用较少，一方面是室内设计更为微观，缺少数据平台的支持。另一方面是 Grasshopper 在后期渲染过程中相较于同类软件有一定劣势。建议其在行业间的软件协同、数据整合方面继续完善，实现参数化设计的人文价值。关键词：Grasshopper；数据可视化；参数化设计；设计方法 中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2023)S1-0034-08 DOI：10.19554/ki.1001-3563.2023.S1.006 Grasshopper 作为参数化设计主流插件之一，受到越来越多设计师的青睐，相比较于 BIM 等其他参数化软件，Grasshopper 的可视化编程更易操作、非线性造型更易编辑、成果交叉更为广泛。然而同时，Grasshopper 在设计学各领域的应用是否具有实用价值的论调也一直伴随其左右。在此背景下，以CiteSpace 文献计量软件为主，关联相关文献，回顾Grasshopper 在国内的演进趋势、明确其应用过程、研究其设计成果，以此寻求判断 Grasshopper 价值的重要依据和未来应用研究的发展方向。1 数据来源 Grasshopper 是一种基于 Rhino 软件开发的一种可视化编程插件，它的优势在于开发者将众多编程指令浓缩在一个个电池模块当中，使得即使没有计算机编程背景的设计师，也可以依据具体的电池名称或者形象图标进行逻辑排序，从而生成数据模型的算法程序，在 Rhino 软件中完成模型的可视化展示。此举既保留了建模的原始数据和逻辑关系，又可在后期通过修改初始建模的变量关系改变模型的最终形态。徐卫国教授将参数化设计描述为参变量控制或表明设计 结果的某种重要性质，改变参变量的值会改变设计结果1。徐炯将参数化主义基本特征概括为曲线性、有序的复杂性；符合“涌现”理论与关联要求；设计过程运用参数控制与编程；“数据链”贯穿设计与建造2。由此来看，Grasshopper的出现直接推动了Rhino软件的参数化升级，也间接加快了设计学科的参数化研究进程。为探究 Grasshopper 在国内设计学领域中的研究现状，笔者以“Grasshopper 参数化”“Grass-hopper 可视化”“Grasshopper 设计”“Grasshopper 插件”“Grasshopper 编程”“Rhino+Grasshopper”为主题，（因 Grasshopper 词义具有“蚱蜢”等生物学术语，故将检索文献主题词给予限定性表达）在万方、维普、CNKI 等国内常用文献数据库中进行文献检索，最终通过 NoteExpress 进行文献整合与去重，将所有文献数据导入 CiteSpace 可视化文献分析软件对其进行研究。2 国内研究现状 2.1 发文趋势 国内设计学领域，以 Grasshopper 为主题的研究文献始于 2010 年，此后发文量呈现连年上升趋势。第 44 卷 S1 期 李锡坤，等：基于文献计量法的 Grasshopper 参数化设计方法国内应用评述 35 截至 2022 年 6 月，共统计文献 547 篇，其中期刊文献 297 篇，占比 54.2%，博硕士论文 214 篇，占比39.1%。会议论文 36 篇，占比 6.7%。数据显示，从2010 年到 2018 年，博硕士论文年均发文量与期刊发文 量 相 对 持 平，说 明 在 这 段 期 间 各 大 高 校 对Grasshopper 的研究热度不减，其中以 2013 年、2014年、2016 年和 2017 年热度最高，均超过同期期刊发文量，经比对相关文献，这 4 年中 Grasshopper 在建筑节能和风景园林两大领域取得了巨大的突破和发展。2010 年至 2022 年 Grasshopper 研究文献统计见图 1。图 1 2010 年至 2022 年 Grasshopper 研究文献统计 2.2 研究机构与作者 研究机构与作者一定程度上能够反映 Grass-hopper 的研究领域和热点。天津大学研究时间最早 （2010 年），文献总量第一（30 篇），硕博士论文数量第一（21 篇），会议与期刊论文数量第三（9 篇）。说明天津大学对 Grasshopper 研究较为全面和立体。研究方向上，以能耗为导向的建筑表皮研究占比60%，建筑结构研究占比 25%，城市规划占比 15%。东南大学以成玉宁教授团队为核心的风景园林拟自然水景参数化设计和景观空间密度量化方法，推动了我国数字景观领域研究与发展。2013 年至今，南京大学吉国华教授团队基于 Grasshopper，对不同光照、风能等外环境影响下的建筑性能进行了深入研究，范围涵盖单体建筑、高层建筑、群体建筑等。同济大学参与的研究成果中，出现了多个首次，包括首次提出利用 Grasshopper 对展园进行参数化布局3，首次通过 Grasshopper研究大型公共建筑中人流动线问题4，首次通过 Grasshopper 研究参数化设计在室内装饰工程中的应用5。3 个首次，将 Grasshopper 的研究由建筑设计引入了风景园林和室内设计，为环境设计专业的参数化研究提供先例。此外合肥工业大学对Grasshopper 在传统纹样、几何纹样等二维形态的应用中颇具特色。由此可见，我国 Grasshopper 研究机构多数集中于高校，较多停留在理论研究和数据模拟阶段，企业相对较少，对 Grasshopper 的实践应用不够广泛。Grasshopper 发文量前 10 研究机构文献信息见表 1。表 1 Grasshopper 发文量前 10 研究机构文献信息 发文量/篇 序号 研究机构 期刊与会议 硕博士论文 合计起始时间文献关键词 1 天津大学 9 21 30 2010 年 城市形态、建筑视觉场、复杂形体建筑、参数化表皮、建筑设计、粒子算法、自然采光、形态自主构形、网壳结构、能耗模拟、参数化节能设计、钢结构模块建筑、图形显示、高层住宅建筑、遗传算法、结构性能生形、节能贡献率、眩光模拟、城市历史景观、编织形态 2 东南大学 12 15 27 2015 年 拟自然水景、单层网壳、街道空间形态、建筑设计、形态布局、景观空间密度、日照环境、弦支体系、聚落生成、建筑能耗、城市形态、气候适应性、风景园林、网格结构、热舒适、结构应力、参数化建模编织、风环境、桥梁建模 3 哈尔滨工业大学 9 11 20 2012 年 声学设计、非标准围护构件、景观生态、集流路径模拟、日照辐射、自由网格空间结构、大跨建筑、复杂形态、自然采光系数、人文参量、复杂地形、性能模拟、室外风环境 4 南京大学 6 13 19 2015 年 冰裂纹、太阳热辐射、汇水要素数字化地形、双层网壳结构、自动布局、风环境、采光优化设计、住宅群体排布、建筑性能、3D 混凝土打印、节能问题、表皮形式5 华南理工 大学 6 12 18 2012 年 组团风环境、建筑外遮阳、肋环型网格、空间句法、景观生态、自然通风潜力、结构形态、热环境、光环境、空间形态设计、壳体、建筑复杂形体 36 包 装 工 程 2023 年 4 月 续表 1 发文量/篇 序号 研究机构 期刊与会议 硕博士论文 合计起始时间文献关键词 6 同济大学 17 0 17 2014 年 展园布局、展馆结构、曲面幕墙、异形双曲面结构、建筑环境性能、建筑节能、城市更新、人流动线、低密度住宅能源、室内装饰工程、身体建筑学、室外热环境7 大连理工 大学 6 6 12 2014 年 折板结构、遮阳装置、室外 CO2 浓度、景观雕塑、建筑表皮、编织结构、参数化结构设计、结构建筑学、大跨空间网壳结构、风环境 8 合肥工业 大学 6 5 11 2016 年 传统纹样、肌理设计、热压通风、编织肌理、几何纹样、产品肌理、光污染、建筑动态表皮、产品基因、立面构成 9 清华大学 9 0 9 2011 年 视线设计、气垫船、折板结构、三维曲面、块材饰面排砖设计、碳减排、参数化表皮 10 西南交通 大学 2 5 7 2016 年 灯具设计、可视化编程、建筑几何学、乘用车座椅设计、聚落形态、金属屋面、算法建模 2.3 研究热点分析 关键词共现是利用文献集中词汇或名词短语共同出现的情况来确定该文献所代表学科中各研究主题之间的关系。通过对共现关系的深入探究，可更客观地反映该学科的研究热点和研究历程。将文献数据导入 CiteSpace，设置时间跨度为 2007 年（Grasshopper开发起始年）至今，时间切片为 1，选取 Keyword 为研究对象，网络功能切片选取 Pathfinder 和 Purning the Merged Network，最终生成 318 个节点，369 条连线的关键词共现图谱，说明 Grasshopper 在设计领域研究热点较多，见图 2。文献最早发表于 2010 年，是 以“设 计 方 法”关 键 词 关 联 出 现 的，此 后Grasshopper 便在参数化领域展开了一系列应用研究。按照关键词出现的频次进行排序，“参数化”频次为 89 次，位居第一，此后依序是“BIM”“遗传算 法”“优化设计”“风景园林”“建筑设计”“风环境”“产品设计”“城市设计”。通过对以上几个关键词所代表的文献进行分析，推断 Grasshopper 在参数化领域的研究文献最多，同其他关键词都存在共现关系，进一步佐证了 Grasshopper 的参数化设计属性。中心性反映一个关键词在共现中的核心位置，Grasshopper 研究频次前 20 关键词信息见表 2，数据显示“参数化”的中心性最强，为 0.44。结合上述词频分析，在设计学领域，以 Grasshopper 为主的参数化设计与 BIM、风景园林、建筑设计、3D 打印、城市设计等相关设计领域均有共现关系。优化设计、遗传算法作为 Grasshopper 中的插件算法，中心性也大于 0.1，结合关键词所代表的文献分析，这两种算法常被用来研究建筑能耗在多个变量影响下的最优设计路径，后期也被用来研究风景园林和室内设计中最优路线等问题。此外，“城市设计”的中心值（0.13）图 2 Grasshopper 研究关键词共现信息图谱 第 44 卷 S1 期 李锡坤，等：基于文献计量法的 Grasshopper 参数化设计方法国内应用评述 37 表 2 Grasshopper 研究频次前 20 关键词信息 序号 频次 中心性年份 关键词 序号 频次 中心性 年份 关键词 1 89 0.44 2011 参数化 11 5 0.02 2010 设计方法 2 25 0.15 2