亚洲计算机辅助建筑设计研究协会 (CAADRIA) 成立于1996年, 历经20余年的不断发展, 已经成为了数字建筑领域最重要的平台之一, 吸引着亚太地区乃至全球的研究者们参与其中。数字建筑领域的学者们能够分享亚洲乃至全世界的教育、研究与实践经验, 展望这一领域的未来发展。与此同时, CAADRIA与ACADIA (北美洲) 、eCAADe (欧洲) 、SIGraDi (拉丁美洲) 等地区的兄弟会议保持着紧密的互动, 促进来自不同地区的学者之间的沟通交流, 共同构成了一个全球性的数字建筑知识圈¹。从这个角度来看, CAADRIA会议作为亚太地区和全球学术探索的重要纽带, 能够很好地反映数字建筑的研究全貌和发展趋势。

第23届CAADRIA会议 (CAADRIA2018) 于2018年5月17~19日在清华大学举行, 主题为“学习, 原型与适应” (Learning, Prototyping and Adapting) 。会议共收到论文投稿254篇, 经过由128名国际学者组成的遴选委员会的两轮审议后, 最终收录113篇。在为期3天的会议中, 来自中国、韩国、美国、新加坡、德国、日本等全球33个不同国家和地区的207名研究者在会议上宣讲了自己的最新成果, 探讨了数字建筑发展的未来 (图1) ^[1,2]。

作为数字建筑领域最有影响力的学术会议之一, CAADRIA2018收录的113篇高质量的学术论文无疑可以代表近年来亚太地区数字建筑研究的最高水平, 从中可以管窥数字建筑领域的研究热点和发展趋势。然而, 全面浏览如此丰富的文献并从中概括热点和趋势, 无疑是一件十分繁重的工作。因此, 本文尝试以文章的关键词 (Keywords) 为媒介, 借用网络分析 (Network Analysis) 的研究方法^[3,4], 将CAADRIA2018的研究抽象为概念之间的网络图谱, 直观地分析和概括数字建筑领域的最新动态。

CAADRIA会议文章均有4~5个关键词, 高度概括了文章的研究范畴、研究方法、研究内容和研究工具。一方面, 这些关键词本身就是领域内的重要概念;另一方面, 关键词又不是孤立存在的, 其间的相互联系构成了领域的研究本体^[5]。通过对关键词的深入分析, 能够完整高效地刻画整个数字建筑领域。

在刻画概念的相互联系上, 网络分析无疑是最为成熟和有效的工具。网络分析将个体视作网络的节点, 将个体与个体之间的关系视作网络的连边, 借用图论等数学方法, 发展出一套完整的分析工具。网络分析的方法也已成为了社会学研究中的重要范式, 并且针对知识图谱、引文网络等学术概念的研究也如火如荼。如果将每个关键词视作网络的节点, 关键词之间的联系视作网络的连边, 我们就能刻画CAADRIA会议的关键词网络。

本次会议共收录论文113篇, 共使用了514个关键词。去除重复关键词和修正拼写差异之后, 关键词共421个。利用Python语言和Gephi网络分析工具对这些关键词进行处理, 将每个不同关键词视作网络的节点, 当两个关键词在同一篇论文中出现时, 则为其增加一条连边, 这样就建立了CAADRIA 2018的关键词网络。网络共计421个节点、942条边, 将113个兴趣各异的研究串联在一起, 从中看到频繁出现的核心概念及概念间的相互关联, 从而以一种网络结构的方式, 展现CAADRIA2018的整体样貌。

在图2的关键词网络中, 每个关键词的大小表征着这一概念的度中心性 (degree centrality) , 即它与多少其他概念直接相连。度 (degree) 越高, 代表其在网络中越重要。连边的颜色则表征着概念间联系的紧密程度。

从图中可以看出, 关键词网络呈现出明显的组团化, 网络围绕着几个重要的概念来组织:以“参数化设计” (Parametric Design) 为桥梁, “虚拟现实” (Virtual Reality) 和“数字建造” (Digital Fabrication) 组成了知识网络的两大核心;偏重实际操作的“人机交互” (Human-Computer Interaction) 、“3D打印” (3D Printing) 、“计算设计” (Computational Design) 等与“数字建造”的关系较为密切, 而偏重软件开发的“BIM”、“Grasshopper”, “增强现实” (Augmented Reality) 等则与“虚拟现实”联系在一起, 分别构成了网络的两大组团。以上这些关键词, 构成了数字建筑领域近年来的研究热点。

值得注意的是, 左下角以“深度学习” (Deep Learning) 为代表的组团, 既是近年来计算机领域的最大热门, 也已经得到了不少数字建筑领域研究者的重视。尽管仍独立于传统的研究组团之外, 很值得进一步关注。

如果仔细分析, 就会发现许多作者的研究更加具体深入, 因此选择指向更明确、范畴更小的关键词, 如“参数化设计工具” (Parametric Design Tools) 而非宽泛的“参数化设计” (Parametric Design) 。由于领域的细分, 这些文章可能游离于网络主体之外 (图2) , 因此需要依据概念之间的相关性, 为相近概念手动建立联系。

如图3所示, 引入相近概念的关系后, 知识网络的联系更为紧密。网络依旧以“虚拟现实”和“数字建造”为两个核心, “参数化设计”仍扮演着桥梁的角色, 但是概念之间的联系更为复杂多样。如“模拟优化” (Simulation&Optimization) 、“城市研究” (Urban Planning) 等领域, 之前因为缺少核心关键词而较为分散, 在将相关概念连接之后明显聚集起来了。从这个角度来说, 这些领域需要接受度更高、更为有力的概念进行统合。

除了度中心性, 还有其他网络节点评价指标, 如中介中心性 (Betweenness Centrality) :如果一个概念与许多重要的概念都有交叉, 能够起到中介的作用, 那么它的中介中心性就较高。可以推断, 如果要进行不同领域之间的交叉研究, 这些概念将会是很好的切入点。

如图4所示, 中介中心性较高点的标签较大、颜色较深。正如上文中分析的, “参数化设计”作为沟通实体与虚拟的桥梁, 其中介中心性最高;而“虚拟现实”和“数字建造”分别作为两个组团的核心概念, 其中介中心性也很高。此外, “人机交互”、“模拟优化”和“增强现实”这些牵涉较广的概念, 也体现出了相当的重要性, 值得在未来进一步关注。

作为全球知名的国际学术会议, CAADRIA同时还吸引了大量欧美学者参加。来自不同国家、不同区域的研究者们, 在研究偏好上是否有差异呢?根据论文第一作者的国籍, 我们将CAADRIA论文分为美洲、亚洲、欧洲和大洋洲四个部分加以比较。

如图5, 6所示, 美洲的大多数作者来自美国, “虚拟现实”和“多目标优化”是他们主要关心的问题;欧洲作者的关注点与信息技术密切相关, 包括“信息数据”、“计算”和“BIM”等;澳洲作者的关切则与会议整体不谋而合, 以“参数化设计”为桥梁, 沟通起“虚拟现实”和“数字建造”两个核心。相比之下, 亚洲作者投稿数量最多, 多个关注点相互交织在一起, 如“数字建造”、“材料性能” (Material Performance) 、“深度学习”、“混合现实” (Mixed Reality) 等。

如果把视野聚焦在国内, 则会发现国内研究者的核心关注点是“模拟/优化”、“能效” (Performance) 和“行为” (Behavior) , 这些关键词之间相互关联, 并向外延伸到“数字建造”、“增强现实”和“结构研究” (Structure) 等 (图7) 。与国外研究者相比, 国内学者们在上述数理逻辑可靠、实用程度较高的领域着力较多, 并开始逐步进入“数字建造”等较为前沿的领域。

信息技术正在快速发展和演化中, 数字建筑领域的研究也日新月异, 探究这一领域的发展历史, 能更好地把握未来研究的方向。而借助CumInCAD数据库的丰富数据, 正可以一窥数字建筑领域的演变历史。

CumInCAD是计算机辅助建筑设计领域的重要数据库, 收录了每年CAADRIA会议的论文, 以及ACADIA、eCAADe等兄弟会议的论文²。本文选取CAADRIA 2015的数据作为纵向对比, CAADRIA 2015会议在韩国庆北国立大学举行, 共接收了来自18个国家和地区的83篇论文^[6]。在经过关键词合并之后, 共得到了290个关键词, 用同样的方法绘制出关键词网络。

从图8可以看出, 前后仅仅三年时间, 数字建筑领域的研究热点就已经有了巨大的变化。2015年“参数化设计/建模”与“BIM”是最主要的研究热门, 而“数字建造”和“虚拟现实”则才刚刚开始崭露头角;手动增加概念的相关性之后, 这一特点则更为明显:“参数化设计/建模”与“BIM”是当仁不让的核心。

比较2015年与2018年, “数字建造”和“虚拟现实”从边缘成为了网络的核心, 曾经的核心“参数化设计”和“BIM”的角色变化明显:“参数化设计”转而扮演沟通的桥梁, 而“BIM”则在应用层面不断落实。这两张网络的比较, 清晰地反映出整个数字建筑领域研究重心的演变。

同样考察中介中心性, 如图9所示。在2015年时, 中介中心性最高的关键词是“数字建造”, 而它在2018年时成为了研究者的宠儿。从网络演变的角度而言, 中介中心性代表“交叉”、“沟通”的特质, 而这可能正是其成为未来研究重心的有利条件。

我们可以从CAADRIA2018会议的关键词网络, 一览数字建筑领域的重要发展趋势。一方面, 随着技术的不断发展, 研究重心发生了快速更迭, 伴随的是BIM等技术的实用化, 充分展现了这一领域的活力与生命力;另一方面, 区域和国家之间的比较, 又显示出国内外学术探索的显著差异, 揭示了未来更为广泛深入的合作可能。通过这些关键词, 研究者们可以发掘新的兴趣点和研究方向, 也为未来的交流合作奠定基础。

自第三次工业革命以来, 数字化、信息化的浪潮席卷了各行各业, 产业数字化变革已在全球范围内呈现风起云涌之势。数字建筑的研究方兴未艾, 将代表未来方向的数字技术转化为先进生产力和生产科技, 进而推动整个建筑行业的发展和转型, 将是建筑领域未来的关注点, 也将是数字建筑领域研究者们共同努力的目标。