参数化设计（Parametric Design）是一个含义较为多元和广泛的设计术语。在机械工程和计算机辅助制造等领域，参数化设计也称为变量化设计（Variational Design），是指通过定义参数的类型、内容并通过制订逻辑算法来进行运算、找形以及建造的设计控制过程。20 世纪80 年代，在产品柔性要求和设计信息重用的背景下，参数化设计方法由美国麻省理工学院David Gossard 教授提出，它具有全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动修改等特征，提高了模型的交互性和可编辑性，是技术的一场革命。参数化建模是参数化设计的初级形式，是用专业知识和规则来确定几何参数和约束的一套建模方法，有如下特点：
①参数化对象是有专业性或行业性的，例如门、窗、墙等，而不是纯粹的几何图元。
②参数化对象的参数是由行业知识来驱动的，例如，门窗必须放在墙里面，钢筋必须放在混凝土里面，梁必须有支撑等。
③行业知识表现为建筑对象的行为，即建筑对象对内部或外部刺激的反应，例如层高变化楼梯的踏步数量自动变化等。
④参数化对象对行业知识广度和深度的反应模仿能力决定了参数化对象的智能化程度，也就是参数化建模系统的参数化程度。
在建筑设计领域，参数化设计的概念最早可追溯到意大利建筑师Luigi Moretti 于1940年代所构想的词汇“Architettura Parametrica”。Luigi 于1940 至1942 年在没有计算机的辅助下，着重研究了建筑设计与参数等式（parametric equations）之间的关系，并最终于1960年在610 IBM 计算机的辅助下，于第12 届米兰三年展（Triennale di Milano）上，展示了一系列他以参数化设计方式生成的体育馆模型。通过建筑师同时也是现在主持巴塞罗那圣家族大教堂续建工作的Mark Burry 的分析，我们可以看到大教堂的设计师Antoni Gaudi 可能也在大教堂的设计中采用了参数化设计的思想，即通过设计和计算参数来控制设计形体的产生方式而非直接设计建筑的形体。虽然当下参数化设计的理念与1940 年Moretti 时期相比并没有太多本质性的不同，但依然可以看到不同学者对其有各自不同的关注重点。英国卡迪夫大学建筑学教授Wassim Jabi 将参数化设计定义为“A process based on algorithmic thinking that enables the expression of parameters and rules that, together, define, encode and clarify the relationship between design intent and design response”（一种基于算法思考的能将参数和规则一起用于定义、编码和解释设计动机和设计回应的过程）。新加坡国立大学建筑学教授Patrick Janssen 则将其定义为“an algorithm that generates models consisting of geometry and attributes（e.g.material definitions）.This algorithm uses functions and variables, including both dependent and independent variables.”［一种通过函数和使用自变量与因变量来生成同时包含几何形态和属性（例如使用何种材料）的建筑模型的算法过程］。同时，我们应当注意到，正如扎哈·哈迪德（Zaha Hadid）建筑设计事务所首席设计师和建筑理论家Patrik Schumacher 指出的那样，参数化设计可能既是一种继现代主义（Modernism）后的一种新的建筑设计风格（Parametricism），同时也是一种通过复杂计算来聚焦和处理现实世界中的社会和环境问题的建筑思考方式。
需要指出的是，在大多数宽泛的定义下，参数化设计与计算机辅助设计或者是参数化建模（parametric modeling）并没有进行严格的区分。因此，在不同的软件平台上，参数化设计可能指代的是不同的软件功能和包含不同的设计思想。成熟的CAD 商业软件平台，如AutoCAD 的“块”、Microstation 的“单元”，都提供了实现参数化设计的功能。在建筑各专业中，早期的参数化设计只能实现一些单向功能，例如用户只需输入几个参数（如高度、宽度、型号等），程序就可以自动生成这个对象的平面图、立面图、剖面图等。随着计算机软硬件技术的进步和CAD 软件的普及，建筑各专业内部的参数化设计已形成雏形，能够实现参数化绘制、一体化计算、工程量统计等功能。BIM 设计工具，如Revit、ArchiCAD 等，同样具有参数化设计的基本功能，可实现由参数定义的、互动关联的建筑构件设计，如图3.5所示。这种面向普适性设计工具的参数化设计可称为基于模型的参数化设计，其建筑模型是线性的、规则的。
随着基于模型定义（MBD）的设计与参数化设计的融合，设计师已经可以在建筑全生命周期对设计形态、性能进行参数化调整和控制，如参数化设计在非线性建筑的内外空间的交互设计、外表皮参数化设计、设备管线的优化设计等。
参数化设计的出现，在一定程度上解放了设计师的双手，对于工程设计的不合理之处，设计人员仅需调节模型参数，如图3.6 所示，便可以快速修改设计方案，使设计师的创作思维不再束缚于传统设计的局限，甚至可以实现更具创造力和想象性的设计作品。例如，建筑大师扎哈·哈迪德及团队设计的很多知名建筑采用的都是参数化设计，小库科技以ABCC(AI-DRIVEN BIM on Cloud AI 驱动的云端建筑信息模型)为底层语言，通过数据、模型与规则的联动，把繁杂重复的脏活累活交给机器完成和生产，让人来更多地做决策，更好打通连接建筑产业链的前端到后端，促进上下游机构的信息共享与协同，在深圳湾的生态科技城和三一筑工的“空间灵动家”等项目中的参数化设计，极大地解放了设计师双手，利用设计参数驱动项目运行。如北京大兴国际机场、南京青奥中心等项目。
图3.6 北京大兴机场的参数化建模示意图(www.xing528.com)
（图片来源：法国ADP Ingenierie 建筑事务所和扎哈·哈迪德工作室）
杭州奥体博览城主体育场是参数化设计应用的典型案例，该项目建筑面积22 万m2，建筑高度60 m，设有8 万个座席。体育场整体采用“荷”的设计理念，通过编织的概念，将原本生硬的结构骨架转化为呼应场地曲线的柔美形态，再以一种秩序将这些体态轻盈的结构系统编织起来，最终形成了体育场的主体造型，使人群行走在其中时，能够享受到一种既震撼又轻盈的空间体验，如图3.7 所示。
图3.7 杭州奥体博览城主体育场的参数化设计（1）
（图片来源：CCDI 中建国际设计顾问有限公司）
体育场的整个罩棚形体与结构都由建筑设计软件Rhino 中的参数化设计工具Grasshopper 编写的脚本生成，如图3.8（a）所示。在设计方案初期，设计师通过参数调整单元形体及整个罩棚的单元数量，并快速、准确地生成一系列比选方案，使建筑师可以做出更准确的决定，如图3.8（b）所示。在初步设计和施工阶段，设计师进一步优化脚本，以减少单元种类、优化曲面曲率。借助参数化工具，进行不断的参数化研究，将罩棚体量从自由曲面优化为一系列基本曲面单元的组合，最终确定体育场的罩棚由14 组“花瓣”单元构成，如图3.8（c）所示，每个单元包括3 个三维曲面。其中外侧的两个曲面为镜像关系，既实现了柔美轻盈的设计概念，又满足了工业生产对标准化的要求，如图3.8（d）所示。
图3.8 杭州奥体博览城主体育场的参数化设计（2）
（图片来源：CCDI 中建国际设计顾问有限公司）
作为体育场核心结构的看台采用参数化设计方法，按照《体育建筑设计规范》（JGJ 31—2003）要求，并部分参照Guide to Safety at Sports Grounds（fifth edition）进行看台设计，将视线计算的过程利用参数化设计软件程序化，使得看台设计调整的过程直观可见、方便可控。在Grasshopper 中设置好影响看台设计的参数（包括中心场地轮廓、视点选择、出入口数量、看台层数、每层看台起始位置、排数、排距、C 值等），按照一定的流程运算，得到看台平面、剖面及三维模型如图3.9 所示。然后再综合整个体育场的空间造型及剖面关系，进而判断之前的哪些参数需要调整以使看台设计达到最佳效果。由于减少了绘图及视线计算等中间过程中的大量重复性工作，“电脑”代替了“人脑”，使设计更加高效、直观。
图3.9 杭州奥体博览城主体育场的参数化设计（3）
（图片来源：CCDI 中建国际设计顾问有限公司）
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