宏观上讲,近年来,在大批新锐建筑师的推动下,以复杂自由曲面为表面特征的数字化建筑设计倍受追捧。特别是当代中国,建筑市场流行“求新、求异”,复杂形态建筑项目越来越多,趋向于呈现出形体复杂化、构建非标准化、项目信息多样化等特征。不过复杂形态建筑所带来的可能性的增加并没有随着几何教育的深入而被深化理解。建筑设计中对复杂自由曲面网格的把控力不足的事实,加之碎片化、粗旷式的建造方式,导致复杂曲面在建造过程中出现效果不理想、落地完成度较低、施工周期长以及造价高昂等一系列问题。在这样的背景下,随着建筑形体设计日益复杂,如何基于经济实用性的考量,实现该类建筑落地实施变得越来越具有挑战性。曲面建造也固然成为当今建筑行业不可忽视的一项设计实践的重要课题。研究旨在通过对复杂曲面优化研究,为建筑实践提供可建造的理性形态。并且完善传统网格生成逻辑,建立曲面网格分层级划分方式及优化流程。最终基于实际建造提供的施工策略和建议,帮助建筑师设计出合理且美观的建筑表皮。目前网格优化研究多存在于有限元曲面网格划分领域,针对建筑的曲面网格划分与有限元网格划分的出发点与落脚点存在较大差异,建筑曲面对网络的均匀性、流畅度等感官质量的要求更为严格;对整个优化流程影响因素较大的驱动模型在现有优化的过程中并未纳入考量范畴;并且一味的追求嵌板平板化导致最终呈现的效果并不理想,现存优化流程存在对多样化嵌板的考虑缺失。本文归纳出以基于初始曲面走势为导向的网格划分优化策略,利用复杂曲面的几何特性,基于可视化分析的思维构建了复杂曲面形态优化逻辑;本文从已有的网格划分原理中归纳总结,提炼当中优化逻辑和算法,并对其主要技术特点进行了分析,构建了复杂曲面模型分析优化与网格划分优化的双优化设计流程。基于曲面优化设计流程,对各类曲面进行模拟分析实验,对实验对象进行曲率分析与离散分析,得出初次分析结果;结合数据分析及可视化的方法对复杂曲面提出优化决策,并给出优化方案;将实验结果代入有理化划分与嵌板优化机制,得到标准集成的划分方案,并对方案进行实验验证,探索性的建立评价标准,以保证实验的交互性与准确性。探究网格单元平板规格均匀划分与建造过程中的应用,实现多样化嵌板耦合机制,以较少的单元类型去完成曲面的单元划分,减少曲面面板占比,以便实现最大的经济效益、降低施工难度、提升施工效率和减少工期等。积极探索构建网格单元平板规格工业化背后巨大的商业经济价值。研究验证了基于曲面走势生成建筑表皮的科学性和适应性,并证实了基于初始曲面走势为导向的优化策略可以生成具有造价低廉、设计精度高等一系列特点的建筑表皮;研究提出基于曲面曲率走势分层级划分的优化流程,能够对各种表面进行有针对性的分析,为设计过程中遇到的各种曲面造型方式提供指导,并能有效地指导设计过程中如何选取恰当的曲面造型方式,以达到设计师在设计阶段创建高性能表皮的目的。