目前，算法语言作为计算机编程语言的基础已经在各个学科领域得到广泛应用。从生活中的无人驾驶和人脸识别到医学领域的影像识别和疾病管理，再到建筑领域的大数据处理、机器学习和AI生成建筑方案，算法的应用不断发展扩大。利用算法描述问题解决策略、明确指令进行引导和执行，可以实现符合条件的结果。生成理论以算法语言为依托，迅速渗透到建筑设计中，融入建设过程，有效缓解当前乡村振兴面临的问题。1生成设计方法研究利用参数化方法实现建筑的动态生成，在参数化平台中将建筑设计过程转化为功能命令，将影响生成结果的元素设为变量，通过改变函数变量而生成不同的建筑设计方案。在建筑设计中，主要依托rhino与grasshopper中的插件实现[1]，如空间句法、Magnetizing_FPG磁化平面生成器、Noah和Finch3D等，其原理为利用参数化的方式动态生成设计[2]。运用编程语言搭建机器学习平台生成多样方案，例如利用机器学习训练对抗神经网络[3]、遗传算法优化生成[4]、编程语言生成与优化输出等。利用编程语言构建算法平台来生成建筑，可以实现建筑的规划布局[5]、平面功能的细化优化[6]，方法本质是大量的数据样本进行训练得出生成规律或构建对比函数经过不断迭代，生成最优方案。通过探索参数化生成和编程语言生成的方法，得出鄂西南住宅的生成方法，提取编程语言强大的数据与循环处理优势，将算法语言作为逻辑数理关系的提炼，结合grasshopper运算器功能来实现功能算法的编写，实现对鄂西南地区的住宅总平面生成。2鄂西南地区传统住宅布局特征2.1鄂西南区位概况与住宅布局特征鄂西南地区位于湖北省西南部，南接湖南省，北西侧与重庆市毗邻。根据《两湖民居》介绍，鄂西南地区内含恩施州全境与宜昌西南角的五峰长阳苗族土家族自治县。我国的传统住宅在基地之中呈居中布局，延续坐北朝南的布局方式，满足采光和通风物理条件，营造冬暖夏凉的住宅生活环境。一般在住宅入口的前侧留有较大的活动场地，住宅的北侧多为山林，给住宅安全的庇护。2.2鄂西南地区住宅适应高差基地与住宅平面特征住宅常用的接地方式为直接与地形相接、整体起吊与地形呈架空相接、局部起吊与地形相接和地形筑台、地形挖平等。在平地上住宅采用的接地方式可为直接相接、整体起吊和局部起吊；在坡底和坡中住宅的接地方式相似，通常采用直接相接、整体起吊、局部起吊、地形筑台和地形挖平等，只是住宅在坡地的位置不同，接地呈现的外观也有所变化。当坡度较大时，坡顶不利于建造房屋。根据对鄂西南地区代表性村落的调研可知，在传统的住宅中，具有代表性的平面特征主要为一字形“座子屋”、L形“钥匙头”、U字形“三合水”和口字形“四合天井”[7]。3适应高差的住宅起吊算法构建构建住宅起吊逻辑算法主要包含两部分。一是建立高差地形原型和提取村住宅起吊原型，简化起吊形式和复杂高差地形。从本质上分析影响民居起吊的根本因素，提炼限制民居起吊的内在条件，为构建算法提供逻辑思路。二是构建适应高差的住宅起吊生成算法，使民居平面的生成适应鄂西南地区高差地形环境。3.1高差地形原型提炼鄂西南地区多数住宅均是根据地形坡度沿着等高线呈阶梯状分布，这种布局方式有利于吊脚楼的起吊来适应地形变化[8]。因此，在高差地形上主要提炼台地地形为原型，以其坡度为变量构建住宅的起吊提供限定条件。根据鄂西南地区起吊的台地地形坡度在30°~60°之间，在这个范围内选取均差为15°的3个坡度构建台地地形原型，其坡度分别是30°、45°和60°台地地形，以此探索民居起吊特征。3.2住宅起吊原型提取鄂西南地区传统的住宅在起吊方面选择3种常见的住宅原型，分别是“座子屋”“钥匙头”“三合水”住宅。“四合水”住宅在适应高差上实例不多，因此不讨论“四合水”起吊原型，“座子屋”一般情况不起吊，但当地形过于狭窄时，“座子屋”会局部起吊或整体起吊适应特殊地形；“钥匙头”住宅横屋起吊适应高差地形；“三合水”民居双横屋起吊适应地形高差。3.3适应地形的住宅生成逻辑3.3.1民居起吊算法构建选用住宅的起吊以在横屋部位为例来构建民居的起吊算法。起吊部位在横屋、住宅进深吊部位在横屋、住宅的进深小于3 m时，才能实现横屋起吊。三进深的民居起吊有两种方式，民居起吊有两种方式，一是当横屋个数为一个时的，民居起吊逻辑构建；二是横屋个数为两个时，民居起吊逻辑构建。设横屋起吊点位为pt_z，求得起吊点坐标为柱子起吊生成提供点位。民居起吊本质为起吊的横屋柱子向下立于坡地之上，需要计算柱子架空的高度，在实际情况下，需要测量架空的垂直高度。将其转化数理逻辑关系则是根据横屋的出挑距离和坡度，用三角函数求理想情况下柱子架空高度。假设坡度为r，正屋边缘处于高差线边缘，柱离架空起始点的水平距离则为横屋的进深为y进深大小。架空的垂直距离h=ytan(r)，因此给定坡度，即可求出起吊柱架空的高度h。住宅起吊数理逻辑如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.027.F001图1住宅起吊数理逻辑3.3.2适应高差布局建模逻辑选用鄂西南民居常用于适应地形的平行等高线布局方式为例，特征为沿着等高线布局。因此，将其特征转化为数理关系时，输入变量为地形等高线用dxCruve表示，用分析曲线命令Evaluate Curve来提取等高线的内点位，输入位置参数为变量，在等高线取随机点位，让民居在此点位上生成，设置民居与等高线的角度关系。沿等高线布局函数关系如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.027.F002图2沿等高线布局函数关系提取其点位的切线，求切线与x轴的角度a，让民居旋转角度b，当b-a=0时，民居与等高线平行，由此得到民居与等高线的布局建模逻辑关系。3.3.3生成结果当民居起吊数理逻辑和适应高差布局建模逻辑构建后，输入的参数发生变化则将生成不同布局形式。基于3种民居适应高差布局情况，通过变化地形坡度和民居开间来得到不同的生成结果。民居开间与布局生成关系如图3所示。图3民居开间与布局生成关系10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.027.F3a1（a）三开间10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.027.F3a2（b）四开间10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.027.F3a3（c）五开间4无高差基地住宅总平面生成算法在住宅场地布局建模前，重点是研究场地布局的原型提炼，将复杂多样的布局特点和影响因素转化算法模型。简化地形特点，提取鄂西南住宅常用的选址地形，构建地形特征拾取模型；提炼住宅原型布局的住宅选择，以“座子屋”“钥匙头”“三合水”“四合水”为住宅原型，建立住宅原型模型；构建住宅布局特征数理模型，将住宅居中靠后布局转化为几何算法，从而实现传统住宅布局经验向算法生成方向转变[9]。4.1地形轮廓提取与住宅原型模型构建在住宅平面布局生成的过程中，地形形态随机而定，为了生成逻辑，以无高差但形状各异的几何平面地形为原型；通过拾取几何平面地来生成住宅布局。构建住宅数理模型，住宅三、四、五开间比较常见，为简化模型算法，以三开间为例，构建住宅原型模型[10-11]。主要提炼出住宅布局的移动中心点，为细化住宅平面生成提供算法依据。住宅原型模型构建如图4所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.027.F004图4住宅原型模型构建/m4.2住宅布局逻辑算法构建地形算法和住宅原型构建后，需要将住宅按照鄂西南住宅布局特征进行逻辑算法的提炼。住宅布局中将住宅移动到地形中点位置，需要构建移动算法；住宅前场地大于后场地，本质上是将住宅中轴线向后移动的过程。根据位置的不同，有多种布局的可能性。因此，除了构建向后移动算法外，还需要构建多种生成可能的循环移动算法[12-13]。4.2.1住宅居中算法构建建立住宅移动向量，首先找出住宅中点A=（x1，y1），再找出地形中点B=（d1，d2），提取两点建立向量，用为Vector 2Pt命令，建立由A—B指向的向量，再将住宅按照AB向量移动到地形中点。住宅居中算法构建如图5所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.027.F005图5住宅居中算法构建住宅居中生成结果如图6所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.027.F006图6住宅居中生成结果4.2.2住宅后移算法构建住宅后移算法得出住宅后侧离北向的最远距离，算法构建方法以住宅外轮廓为curve1，地形外轮为curve2，用Curve Proximitys算法命令取两curves之间的最近距离，限定住宅向北的移动方向。假设rhino中的值Y指向正方向为北，向北或后移动转为算法语言则向Y轴正向移动，选取uinty建立向Y轴移动方向。4.2.3循环后移算法构建在住宅循环后移算法构建中，以矩形地形和座子屋形制为例，建立循环区间，给定循环值，再将住宅向y方向移动。循环区间设定为［0，最大移动距离］，求出住宅边界距离基地轮廓的边界最近值dmin，将dmin近似为住宅向后移动的最大距离，则可以保证住宅在边界内部。住宅循环后移算法构建如图7所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.027.F007图7住宅循环后移算法构建住宅布局生成如图8所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.027.F008图8住宅布局生成利用grasshopper内置运算器Curve Proximity求得最近距离，再利用python将最值赋给slider最大值，此区间为住宅向后移动的距离范围，调整距离的精度得到生成向后移动距离个数，生成符合鄂西南地区住宅布局方式[14]。假设向后移动个数为8时，根据不同地形和住宅原型得到不同的布局方式。5结语根据鄂西南地区住宅适应地形的布局特点，分别构建了住宅总平面生成的起吊算法与布局算法，归纳了鄂西南住宅起吊适应高差与布局的特征。鄂西南地区住宅有平地起吊与横屋起吊等不同的起吊方式，在地形上呈居中对称、坐北朝南、前有活动场地，场地后有幽静庭院的布局特征。根据鄂西南住宅布局特点，提炼了平行等高线布局方式的关系，构建住宅适应地形高差算法，由此生成适应地形呈起吊形态的住宅。构建了无高差布局构建逻辑算法，将鄂西南地形住宅方式转化为数理关系。以grasshopper参数化平台依托，将传统住宅布局设计经验转化为算法模型，实现鄂西南住宅总平面布局的算法生成。