非線(xiàn)性科學(xué)建筑設計研究論文
摘要:介紹了建筑非線(xiàn)性的定義，從突變、混沌、分形等角度，闡述了非線(xiàn)性建筑的重要形式語(yǔ)言，提出了新幾何學(xué)、非線(xiàn)性結構、環(huán)境生態(tài)學(xué)等幾種設計非線(xiàn)性建筑的新途徑，以豐富建筑的外觀(guān)形態(tài)。
關(guān)鍵詞:建筑設計，非線(xiàn)性科學(xué)，環(huán)境生態(tài)學(xué)，新幾何學(xué)
1建筑非線(xiàn)性概述
非線(xiàn)性科學(xué)使人類(lèi)從全新視角認識自然和社會(huì )。超越了牛頓原理和線(xiàn)性科學(xué)，而屬于隨機的、模糊的復雜科學(xué)領(lǐng)域。非線(xiàn)性建筑，概括地說(shuō)，就是在其設計過(guò)程、方法、結果等方面符合非線(xiàn)性特征的建筑形式。非線(xiàn)性建筑在狀態(tài)上具有開(kāi)放、動(dòng)態(tài)、模糊、非平衡特征，在結構上具有去中心、層次、相關(guān)特征。受涌現、混沌、模糊、耗散等復雜性、非線(xiàn)性科學(xué)理論影響，非線(xiàn)性建筑得出一種自由曲面建筑形態(tài)，它從自身性能要求和周?chē)h(huán)境影響出發(fā)，試圖構建一種新的美學(xué)、科學(xué)和哲學(xué)框架，從而適應了非標準、不規則的因素。
2非線(xiàn)性建筑的建筑表達
非線(xiàn)性建筑在形式語(yǔ)言上呼應了復雜理論、自組織理論、混沌理論、非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)等，曲面非線(xiàn)性是其在建筑形象上的首要特征。突變、自組織和分形是非線(xiàn)性建筑的重要形式語(yǔ)言。
2．1突變
從突變論出發(fā)，極度優(yōu)化的建筑設計也預示著(zhù)對缺陷的極度敏感，而易于產(chǎn)生致命的損傷和災害。運動(dòng)是絕對的，刻意追求靜止穩定態(tài)會(huì )引發(fā)根本的矛盾。以高層建筑為例，允許其在風(fēng)力等荷載作用下產(chǎn)生一定的位移反而是合理的，能夠有效預防突發(fā)的傾覆。建筑設計也是如此，過(guò)度追求形體均衡和功能?chē)烂�，就�?huì )造成建筑對其環(huán)境因素的極度敏感。非線(xiàn)性建筑則在根本上解決了這個(gè)問(wèn)題。非線(xiàn)性思維下的設計本身就充滿(mǎn)矛盾，建筑設計處于持續的運動(dòng)中，并不追求極度的勻稱(chēng)。這樣，就能夠在運動(dòng)中找到更和諧的平衡。由扎哈哈迪德建筑師事務(wù)所設計的黎明之塔就是變與不變和諧統一的典范之作，圖1是黎明之塔的設計過(guò)程中的形體演變。
2．2混沌
決定論認為，初始條件一定時(shí)，事物的發(fā)展是可以預見(jiàn)的。而混沌否定了這一想法，它是產(chǎn)生自確定性的非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)系統，表面卻似無(wú)規則的類(lèi)隨機現象。仙臺媒體中心就很好地體現了混沌的思想，它由十三根海草型的管柱支撐起六層地板，形成空間主體。設計師伊東豐雄基于人與空間的開(kāi)放性與互動(dòng)性思考，設計了這種不確定的空間�？臻g主體不設隔墻，給使用者充分的空間和自由的感覺(jué)。整棟建筑于混沌中充滿(mǎn)了和諧和柔和，如圖2所示。
2．3分形
混沌具有確定與非秩序的矛盾屬性，而分形，則可以認為是秩序的保留，是非線(xiàn)性和混沌中隱藏的確定性。自然界中，非確定的物質(zhì)常常在其功能、結構等方面存在自相似性，這就是分形。這種分形是對復雜性更深層次秩序性的重要表達，這種自相似、自仿射的手法也是非線(xiàn)性建筑的重要形式。眾多建筑師采用分形幾何的理念成就了許多建筑的經(jīng)典之作，如圖3所示。
2．4非線(xiàn)性建筑設計的表現方法
圖4運用流動(dòng)、折疊、傾斜和旋轉手法的建筑設計非線(xiàn)性建筑設計的表現方法主要有:流動(dòng)曲面、折疊融合、傾斜疊加和旋轉扭曲，如圖4所示。流動(dòng)手法通過(guò)運用曲線(xiàn)和曲面構造建筑的空間，給予傳統“盒子”建筑難以呈現的強烈運動(dòng)感。折疊手法打破了傳統建筑立面與平面的絕對垂直關(guān)系，使之融為一體，將建筑構建成內部與外部空間相融合，空間與人流相適應的形態(tài)。傾斜手法的運用是用多緯度的幾何體替代了傳統笛卡爾坐標系的橫平豎直，賦予建筑破碎感。旋轉手法基于基本型的旋轉生成沿母線(xiàn)的流動(dòng)形態(tài)，構成新的多維建筑形態(tài)。
3設計非線(xiàn)性建筑的新途徑
3．1新幾何學(xué)
非線(xiàn)性建筑以形態(tài)為最顯著(zhù)特征，其發(fā)展離不開(kāi)對分形、拓撲等幾何學(xué)(如圖5所示)的研究。分形幾何的本質(zhì)在于自相似，是非線(xiàn)性建筑空間的重要來(lái)源，可以產(chǎn)生傳統幾何難以企及的構型。從拓撲學(xué)出發(fā)，將空間進(jìn)行扭曲延展也是非線(xiàn)性建筑設計的重要思想，可以產(chǎn)生極好的形態(tài)效果。
3．2非線(xiàn)性結構
直線(xiàn)受力是牛頓力學(xué)中最科學(xué)的結構形式。但在非線(xiàn)性科學(xué)角度，曲線(xiàn)結構的優(yōu)美和合理性是無(wú)法取代的。西班牙建筑師Calatrava是建筑結構美學(xué)大師，善于將建筑和結構兩個(gè)層面相結合，來(lái)指導建筑設計，進(jìn)行創(chuàng )作。這種結構美學(xué)與建筑形態(tài)美學(xué)相結合的方法能夠把力學(xué)、數學(xué)、美學(xué)完美結合在一起�；谶@種思想，他創(chuàng )作的一批建筑作品享譽(yù)世界，如巴倫西亞科學(xué)城中這種把橋梁結構和建筑結構相結合的形式。
3．3環(huán)境生態(tài)學(xué)
建筑總是存在于一定的環(huán)境中的，而且必須具有對環(huán)境的適應性。地域環(huán)境對建筑形式的選擇、結構的確定和空間的優(yōu)化都具有顯著(zhù)的影響。如果建筑師能夠主動(dòng)的利用環(huán)境，比如光線(xiàn)、風(fēng)向、地勢、降雨降雪，將會(huì )創(chuàng )作出令人眼前一亮的作品，而且將會(huì )有利于建筑節能目標的實(shí)現。比較典型的例子來(lái)自于倫敦市政廳(見(jiàn)圖6)，它來(lái)自于建筑師NormanFoster之手。整個(gè)市政廳建筑呈變形后的球形體，整體向南傾斜3°的設計使得每一層樓板自動(dòng)成為下一層空間的遮陽(yáng)板，而且這種錯位的設計還自然而然的加強了市政廳內部的自然通風(fēng)，從而降低了人工通風(fēng)能耗，增強了節能能力。這種傾斜設計也保留了對建筑環(huán)境的敬畏。建筑北側沿河的人仍然可以接受到日光而不被建筑遮擋。另外，市政廳曲線(xiàn)靈動(dòng)的形態(tài)也更好的實(shí)現了與周?chē)h(huán)境的融合。
4結語(yǔ)
非線(xiàn)性建筑以非線(xiàn)性思維為設計基礎，常常在突變、混沌中體現出復雜性，又會(huì )以分形和拓撲的方式體現出更深層次的秩序性。非線(xiàn)性建筑可以創(chuàng )造出不同于傳統歐幾里得幾何建筑的優(yōu)異形態(tài)。通過(guò)前沿幾何學(xué)、非線(xiàn)性建筑結構、環(huán)境生態(tài)學(xué)的研究，能夠形成新的非線(xiàn)性建筑設計思路。依托于飛速發(fā)展的數字技術(shù)，非線(xiàn)性建筑設計為城市空間提供了浪漫和靈動(dòng)的氣質(zhì)，取得了飛速的發(fā)展。但必須指出的是，在進(jìn)行非線(xiàn)性建筑和線(xiàn)性建筑的選擇時(shí)，需要根據現實(shí)的區域環(huán)境、經(jīng)濟條件和人文歷史進(jìn)行深入細致的探討對比分析。
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