軟體的架構與設計模式:層次原則

電腦軟體工業是一個年輕的工業，它誕生於1950年，至今不過五十幾年的曆史。相比之下，建築設計則可以追溯到幾千年前埃及金字塔時代，甚至更早。因此，電腦軟體設計師可以從建築設計師那裡學習到非常之多的經驗和教訓。電腦軟體系統的設計和建築設計有很明顯的相似之處。

　　如果讀者到過紐約華爾街附近的話，會發現那裡大量的古老雄偉的地標性建築群中散布著一些超豪華住宅建築，十分不和諧。其實這些建築本是昂貴的辦公大樓，建築結構極為牢固，只是因為大樓的設計老舊，無法適應架設電腦通訊裝置、以及電梯改造等等需求，而不得不改造為住宅。這一波發生在八十年代的IT裝置革新的浪潮導致了大量的建築物被拆毀重建，這些被改造為住宅的僅僅是其中少數倖存下來的。

　　著名的建築設計學家Steward Brand考察了上千所古今建築物，特別是它們在落成和投入使用之後所發生的事情。他發現在建築物的設計中，層次的概念是基本的原則。

　　Steward Brand說，好的建築都是為變化而設計的（Built for Change），從古至今，人類所建造的千千萬萬的建築物，其成功與失敗全在於是否能夠適應需求的變化。但是怎麼做到這一點呢？Steward Brand說："一個好的架構應當將變化的與不變的層次分開" ，也就是按照可變性的不同，將建築物劃分成為不同的變化層。

圖10、Steward Brand所提出的六個S原則，描述建築物的設計。

　　六個S

　　英國建築學院院長Frank Duffy說，"我們的基本觀點是根本就不存在’一棟建築’這樣的概念。"為什麼這樣說呢？"一棟建築"是一個固體的概念；而作為一個固體的建築物並不存在，真正存在的是一個流體，它處在不斷的流動和變化之中，本身可以按照流速劃分成幾個不同的層次。

　　在文獻[BRAND94]中，Steward Brand進一步發展了這個概念。他指出，建築物可以劃分成為六個層次：

　　·Site（地點）、建築物所在的地理位置，建築用地的形狀如何等。建築用地上面的建築每過幾十年的時間就會被推倒重來，但是建築用地會長久存在。

　　·Structure（結構）、建築的基礎結構部分非常難以改變，改變起來也非常昂貴。一般而言，基礎結構的生命就是建築物本身的生命。基礎結構的生命通常可以長達三十年到三百年，當然由於其他的原因，很少有建築物壽命超過六十年的。

　　顯然，建築物的主體結構的穩固性僅次於地點的穩固性。無論是鋼結構的還是混凝土結構建築，其主體結構都是非常難以改變的，即便較小的改變所需代價都大得難以承受。

　　Windows作業系統從9x版本不斷升級到XP版本，其內部的變化就如同建築物的主體結構變化一樣，是非常昂貴的變化。

　　·Skin（外表）、這就是建築物的外表。因為時尚、信仰、技術革命、大規模整修等原因，一般建築物的外表每過二十年左右就會發生一次變化。比如最近對節省能源的關注導致建築物外表更加密閉和絕緣。

　　顯然，建築物外表的穩固刑部能夠與建築物的主體結構相比。在建築物的主體結構不變的情況下，外表可以發生適當的變化。熟悉Windows作業系統的讀者都目睹了從Windows 3.x到Windows 9x以及Windows 2000的圖形化使用者介面所發生的變化，一個早期開發的應用程式，在不需要修改的情況下，就可以"變臉"。

　　·Service（服務）、這是建築物的五髒六腑：通訊電纜、電源線、排水、供暖、通氣和空調等，以及建築物內部的可動部分，比如電梯、自動樓梯等。每過7到15年這些部分就磨損了。很多情況下，這些容易磨損的部分非常緊密地嵌入到建築物的結構中，以至於無法簡單地更換它們，就只好將建築物推倒重來。

　　因此，建築物的設計必須允許服務部分進行不斷的更新，以便為建築物的住戶或者商家提供與時具進的服務。

　　·Space Plan（空間規劃）、建築物內部的牆、天花板、地板、門等如何分布。商業空間的規劃常常會因為部門重組而發生變化，一般每三年就改變一次；而住宅空間有時每三十年才發生變化。

　　顯然，空間的規劃受制於建築物的基本結構和服務。

　　·Stuff（擺設）、這是一些大家都非常熟悉的物品，比如辦公室裡面的檔案、電話、盆景、廢紙簍，家庭的床、洗漱間、照片、廚房設施、燈、發梳等，這些東西每月、每周、每日、每時都會變化。

　　這些裝飾物的使用取決於建築物的內部空間規劃，而不是相反。

圖11、Steward Brand所提出的六個S原則，描述建築物的設計。

　　這就是建築學的層次設計原則，其關鍵就是按照結構的穩固度對建築物的結構進行劃分。穩固度的反面就是變化的可能性；這一設計原則按照變化的難易程度將結構分割成不同層次，位於最底部的是最穩固、最難以改變的結構，越往上就是穩固性越低、變化越容易的結構。
因此Frank Duffy說，作為一個設計師，你應當避免為一個五分鐘的問題提供一個五十年的解決方案，也不要為一個五十年的問題提供一個五分鐘的解決方案。建築設計師、服務工程師、空間計劃師、室內裝修師應當解決不同時間尺度上的問題。