城市建筑，经受时间洗礼，印刻文化流变;霓虹都市，烟雨街巷，不同地域展现不同城市肌理。这些，都是人、城和自然共筑的珍贵空间。城市化进程促进新旧交迭，但把握不好速度和传承也会破坏原有的和谐与文化。
近日召开的“驱动未来——南京市中小学人工智能专题研讨会”和首届全国大学生国土空间规划设计竞赛现场，东南大学建筑学院两位教授接受《科技周刊》记者专访，聚焦城市更新与建筑设计话题：如何让旧城焕发新生?如何让居住更加美好?与城市相处已久的人们，如何用多种科技化手段传承有温度的记忆?
如何顺应城市肌理“有机更新”
“最强大脑”秒解“最优方案”
发展，衰退，更新，再发展——不同于拆旧建新，城市的发展历程如此往复，宛如人体新陈代谢之旅。“城市是一个鲜活的生命有机体，其发展的全过程是一个不断更新、改造的新陈代谢过程。不仅仅将城市更新看作一种建设行为活动，更重要的是需要将其作为城市发展的调节机制。”东南大学建筑学院教授阳建强告诉《科技周刊》记者，城市更新是一项综合性、全局性、政策性和战略性很强的社会系统工程，涉及社会、经济、文化和空间等多个方面，牵一发而动全身，因此要求规划者能够具有整体思维、系统思维和底线思维，因地制宜地提出城市更新策略。
早在20世纪80年代，中国科学院和中国工程院院士吴良镛先生通过思考北京菊儿胡同改造的实践，提出城市“有机更新”理论，即按照城市内在的发展规律，顺应城市肌理，从而达到有机秩序。“有机更新理论强调城市整体的有机性和传统文化的传承性，即处理好新旧关系，维护好城市传统风貌;此外，还强调城市系统的整体融合，在遵循原本城市肌理的前提下，进行小规模、循序渐进和多元化参与的更新模式，避免大拆大建。”阳建强说。
“任何传统城市、街区都有着自己独特的肌理，例如粉墙黛瓦和蜿蜒小路是江南小镇的肌理，高楼林立和宽阔马路则是现代主义城市的肌理，这些特征都可以通过大数据提取，并利用计算机分析和解读。”东南大学建筑学院教授、建筑运算与应用研究所副所长唐芃向记者介绍，在很多人的印象中，建筑师形象被固化为拿着图纸边看边画，然而步入信息化时代，数字同样“入侵”到这一领域。代码算法奔腾，背后是数字技术对建筑规划设计创新的支持。
唐芃以南京老城南为例，流光溢彩的夫子庙，桨声灯影的秦淮河……这片区域有着自己的独特特质，无法用一句话来描述，因此，在进行旧城更新改造时，为了获得符合老城南肌理的更新规划设计方案，需要让计算机去学习大量城南既有的城市形态，进行读取识别并提取城南的街区形态特征和建筑形态特征。“两根柱子间距达到多少适合开一个窗，间距达到多少适合开一扇门等，这些都是有规律可循的。我们将大量形态组合规则写进计算机程序后，当面对一块需要改建的片区时，计算机便可以从数据库中反补出合适的城市形态和建筑形态。”唐芃解释，这样一来，人工干预主要在最初数据收集和数据库建立，而如何读取周边区域城市肌理和道路通达性，进而对区块进行划分;如何快速搜索与之匹配的高相似度区块，并自动作出规划方案等一系列步骤都交由计算机完成。
“当然，可能只需要耗费几秒钟，计算机就能提供成千上万个方案，甚至根据不同方案的特点进行打分，推荐出最优方案，但是计算机所做的方案策划永远无法替代建筑师思维。”唐芃说，计算机所代替的是传统设计中设计师的重复劳动，但仍需要由设计师结合复杂实际进行方案修改，从而做出最终决策。
数字技术让设计告别图纸
摩尔墙视效秘诀在“打洞”
2014年，南京青奥会开幕前一个月，南京青奥服务中心的建筑立面迟迟不能如愿实现。开幕在即，东大建筑设计团队“临危受命”。唐芃告诉《科技周刊》记者，根据指挥部的要求，团队需要在极短时间内将一张地球在太空中的照片置入整个建筑的外立面。
“如此巨幅的建筑立面，如果按照传统的设计方法肯定是无法完成的。我们用数字化程序设计的方法，采用无图纸设计与加工完成了这次任务。”唐芃说，首先团队将地球在太空中的照片进行格栅化处理，让它成为计算机可以读取的要素;随后通过程序编写将这幅黑白数字图转化为建筑立面上不同大小和疏密的孔。“这些孔的开口大小表示了灰度，开口越大的孔看上去越黑，反之则越白。当人在远看建筑外表面时，眼中便是完整的一幅图。”
唐芃介绍，青奥服务中心外立面一共由7000张不同的穿孔板组成，也就是7000张施工图。“计算机可以在很短的时间里利用编码将图片映射后的这7000张图纸设计出来，再输出成激光切割机可读取的数据直接进行切割和加工。无图纸设计省略了图纸打印到人工读取图纸再到施工的过程，完成数字链在设计与施工之间的无缝衔接。”
同理，东大建筑学院的团队把它用在了成都安仁南岸美村乡村生态博物馆项目上，其中，“可动的摩尔墙视效”也是团队的专利之一。“这个项目记录了四季农时的工作场景。我们在它的围墙上做了移步换景的设计，有点类似大家小时候玩的‘走马灯’，只不过转动的不是墙体而是人。”唐芃说。
沿着博物馆外墙走一圈，人们可以看见灵动的飞鸟、飞奔的骏马和辛勤劳作的村民等多个动态形象，形成了摩尔纹动态记忆墙的独特景观。据了解，摩尔纹现象常见于数码照相机或者扫描仪等设备上，当感光元件像素的空间频率与影像中条纹的空间频率接近时，可能产生一种新的波浪形的干扰图案。空间频率略有差异的条纹叠加，由于条纹间隔的差异、重合位置会逐渐偏移，继而形成摩尔纹现象。而在这里，人透过墙上孔洞看到的图，主要由几帧动作组成。团队根据需要调整条纹状格栅的缝隙与实体的比例，以此生成条状格栅，使得当人眼透过格栅缝隙看到其中一帧动作的图像时，另两帧动作的图像会刚好被遮挡住。进一步以相同比例的条纹格栅为蒙版，将每一帧的图案切割成条状的线图，按照动作顺序拼合图案，就会得到完整的动图图案。当格栅以合适的速度移动，人眼会随着其位置的变化陆续看到动态图像，即会产生图案循环活动起来的错觉。
“这面‘动起来’的墙实际也通过穿孔洞板来实现，通过人的行走来实现人眼与孔洞的相对移动，从而产生摩尔纹现象。”唐芃表示，通过“数字链”技术完成设计和图像处理、并联动数控加工，摩尔纹动态记忆墙的图案再现了川西乡村特有的林盘生态环境和劳作场景，也为当代乡村艺术建设示范的南岸美村增添了独特的乡村记忆。
人与物的互动交流
智能城市的灵魂依然是“人”
生活在钢筋水泥森林之中，如何让“冷冰冰”的建筑“暖融融”?“老城里不做大动作，在城市修复过程中要充分尊重历史环境和群众意愿，需要做细致和扎实的社会调查。”阳建强表示，对于历史街区改造来说，由于其地域特殊性，我们尤其需要慎重，需要充分考虑生活其中的人的需求，尽量用小的动作去进行修复更新。
在宜兴丁蜀的一个历史街区改造工程中，为了保护历史街区的文化风貌，同时也给予居民住宅设计自由，东大建筑设计团队研发了一套系统，由计算机根据住户的建筑立面尺寸自动生成并提供一套符合街区改造导则和要求的改造方案，随后再由每户居民根据自身意愿进行微调。“在这个数字化设计工具中，没有建筑设计基础的居民也可以通过拖拽工具条的方式进行简单设计，这样一来，既满足了街区改造的统一要求，也照顾到居民的实际感受。”唐芃说。
如何让建筑设计真正融入生活?除了智能化，人性化也尤为重要。快节奏的现代生活中，即便人们坐在一起，大多也只选择和手机互动，而很少与人互动。鉴于此，一个温暖的作品——“灯光互动座椅”应运而生。“当人坐下来的时候，座椅会产生震动，它会把这边的色彩传递到其他的座椅上面去;而当另外一个陌生人坐到这里的时候，座椅会产生震动，会告诉你附近来了一个人，鼓励人进行交流。”唐芃进一步解释，利用传感器与周围环境进行交互，根据用户数量、距离、背景噪音等感知用户何时接近并激活定制或通用照明设计，设计者希望借此创造空间和公民之间新的互动形式。
“不论是人与物互动，还是人与城互动，其实我们并不缺乏这方面的技术，缺的是足够精细化的设计。”唐芃认为，要避免单维度、非人性化设计，设计师起到不可替代的作用。如果自动窗帘只能简单设定为天黑就关上，那么当使用者想看夜景时可能就很难如愿。“设计师是没有办法被机器代替的，因为机器只会听人的指令，自己是没有思想的，因此，想要建筑设计满足人性化需求，设计者思维的周到和缜密就显得至关重要。”(谢诗涵 葛灵丹 实习生 王哲楷)
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