分形理论建筑设计论文

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1分形在建筑设计当中的运用

分形作为一门新兴的科学，在建筑设计中的运用现阶段还主要停留在对分形的基本特性(如分维、自相似性和分形的生成等)和分形的美学特性的借鉴。具体表现为对建筑表皮设计、建筑空间布局和建筑审美评价三个方面。

1.1分形在建筑表皮设计中的运用

将分形理论应用于建筑的表皮设计是最为直接、也是最为简单的一种方式。这种方式的优点是容易造就出奇特的、富有美感和艺术张力的建筑及其形体，它在模仿自然形态的时候容易使人产生相应的联想和想象，同时也能够很好的与外部环境相融合，产生与环境协调的建筑形态来。分形理论的来源本来就是自然界中的奇妙复杂的事物，这些事物在自然中产生，拥有自然赋予的天然魅力。建筑的外表皮就如同自然界中的各种各样的形体的表皮一样，是表达建筑外在情感的最直接面，模仿自然形体的特征并将之附着在建筑上，既可以付之于建筑一种亲近自然的美感，与周边自然环境想协调，同时又可以增加建筑的亲和度，使人们在观赏建筑的时候既轻松又愉悦。比如东京Tod`sOmotesando大楼的外表面，采用了仿树枝分形的外墙，虽然较一般树木的尺度偏大，但是作为建筑的外墙面，白色的质感和树枝的形体给人轻松的视觉观感。此外，运用分形设计的建筑外表皮可以造成奇特的、强烈的艺术张力，给人耳目一新的感觉。位于英国的康沃尔的伊甸园工程，由格里姆肖建筑设计事务所设计。它的外在形体就借鉴了水滴的形态，由一连串逐渐变大或者变小的水滴连续的沿一条曲线排列，每个形体内有不同的功能。水滴表面又有多个六边形的膜结构，内部充气，整个形体看上去晶莹剔透，具有极强的艺术美感，同时又与周边的山体环境取得和谐。

1.2分形在建筑空间布局设计上的运用

将分形理论应用于空间设计，一般的方式是模式组织，按照某种构成形式或功能要求，将空间规则有序地排列，从而形成秩序。分形的内在结构是自相似的，并构成嵌套关系。这种层级的嵌套关系从整体到局部，再到细节上得到很好的体现。而在建筑空间布局设计当中，这种嵌套关系也被广泛的利用，因为建筑本身就是由建筑形体中嵌套各种功能的大空间，大空间中嵌套小空间，小空间中分隔更小的空间，再在其中布置各种器具以供生活。而在组织空间的过程中所采用的走道式、穿套式、大厅式或者单元式等手法，正是分形理论中的反馈因素，通过组织方式反馈空间组织的合理性。大小空间的相似性和各种简单组织规则的叠加组合，就演绎出了建筑空间的复杂性。而这正是分形理论运用于建筑空间布局设计的具体体现。以日本新宿公园大厦为例，其宾馆客房与卫生间构成居住单元，再由居住单元通过走到排列组合成客房标准层，而后由多个标准层和其他功能层(如餐饮、设备等)纵向组合成酒店的立体结构，最终发挥酒店的服务功能。按照某种构成形式或功能要求，将空间规则有序地排列，从而形成秩序。分形的内在结构是自相似的，并构成嵌套关系。这种层级的嵌套关系从整体到局部，再到细节上得到很好的体现。而在建筑空间布局设计当中，这种嵌套关系也被广泛的利用，因为建筑本身就是由建筑形体中嵌套各种功能的大空间，大空间中嵌套小空间，小空间中分隔更小的空间，再在其中布置各种器具以供生活。而在组织空间的过程中所采用的走道式、穿套式、大厅式或者单元式等手法，正是分形理论中的反馈因素，通过组织方式反馈空间组织的合理性。大小空间的相似性和各种简单组织规则的叠加组合，就演绎出了建筑空间的复杂性。而这正是分形理论运用于建筑空间布局设计的具体体现。以日本新宿公园大厦为例，其宾馆客房与卫生间构成居住单元，再由居住单元通过走到排列组合成客房标准层，而后由多个标准层和其他功能层(如餐饮、设备等)纵向组合成酒店的立体结构，最终发挥酒店的服务功能。更深一层次考虑建筑在城市中的布局，其实也是与建筑空间布局相类似的。由多个不同体积、功能、表情、形体等的建筑单体排列组合成为城市的某个片区，再由多个不同大小的相似片区组成城市的区域，而后通过道路的联系等最终形成城市。分形在建筑空间布局上，乃至在城市设计与研究中的运用前景是广阔的，值得深入探讨挖掘。

1.3分形在建筑审美评价上的运用

从贝伦斯到勒•柯布西耶和密斯，现代建筑设计产生的早期还是对欧式几何的运用为主，考虑传统的结构规律和美学法则，诸如对称与均衡、节奏与韵律、对比与和谐等。而分形引入了一种新的美学概念，即“分形美学”。冒亚龙和何静堂的《分形建筑审美》一文中将其归纳为自相似的嵌套对称(如树木的年轮)，分形曲线的相似美学(如鹦鹉螺的纹理)，不规则自然美的属性(如沙漠表面的自然纹路)和奇异美学形式(如Mandalbrot集的分形图形)等四种，并结合建筑审美特性，提出了“分形建筑美学”的概念。无疑这是将分形运用在建筑审美上的一大开拓。这里不作赘述。

2分形建筑设计手法

将分形运用到具体建筑设计当中，需要一定的处理手法的介入，如之前提到的空间的嵌套就是其中之一。这里还要提到几个具体的运用手法，以供借鉴和参考。首先是层级并置，就是将各种大小不同、功能各异的空间通过一定的组合方式，按照一定的层级关系嵌套并置在一起，使建筑空间既自然组合又井然有序，满足功能和审美的需求。空间与空间之间可以是简单的复制链接关系，也可以是较复杂的穿插。而运用分形理论的简单原则却可以形成复杂有趣的空间组合。一个良好的例子就是A•阿尔托的沃尔夫斯堡文化中心。建筑平面的一边是由五个大小不同、方向各异的扇形空间排列在一起形成的，而这五个不同空间又统一于右侧大的扇形当中，再与其他的空间通过走道等组合在一起，形成了一个生动的、富于变化的建筑。其次是仿生与拟态，分形源于对自然复杂形态的思考，因此还原建筑形态于自然中的形体也是建筑设计的一个方向。但是仿生的运用也有不同的方式，比如对自然外在形态的模仿，也有对生物内在结构的模拟，或者是对生物功能的思考等等方面。例如，中国古代建筑中的斗拱结构，正是对树杈结构的仿制与模拟。相同或者相似结构的逐层叠加或生长，构成了结构上的分形特性。第三种手法被称为动态，事物本身是不断变化着的，建筑也是这样。在建筑设计中引入动态概念的设计手法，是运用分形理论于建筑中的一个突破。分形的产生是一个由简单原则到复杂结构的动态变化过程。运用动态的设计手法，能够造就奇特的建筑形体感，打破传统建筑水平式的状态而给人一种动态的存在感。当人们在建筑外部或者内部走动的时候，会发现建筑不再是一成不变的，而是跟随视觉在不断地变换形体，仿佛是“一个活的生物”一般。当代著名女建筑师扎哈•哈迪德的建筑就是动态建筑的代表。最后一种手法是分切，即将一个面不断地按照一定的分形结构逻辑细分，把一个规则的形体层层深入的分切的过程同时也是对外传递和表达自相似特征的过程。这种手法多用于建筑的表皮设计当中，例如墨尔本联邦广场周边的建筑立面处理，就采用了分切的手法，使得建筑表面零而不乱，看似不同而又彼此相似。给人深刻的印象。

3结束语

分形理论是一门新兴的科学。分形理论的引入为建筑设计开拓了新的疆界，为建筑设计的创新提供了新的思路，是建筑设计的强有力的工具。首先分形理论本身具有传统欧式几何无法比拟的优越性，为建筑设计提供新的图形设计方法和手段，使建筑形体设计超越传统，表达出新意;其次分形理论是结合自然的，给建筑设计带来有机的设计构思，合理的运用，能够使建筑更加生态，促进建筑与周边环境的协调;而分形美学也为建筑审美提供了科学理性的手段和评价方法。建筑设计本身是一个开放性的、综合性特别强的专业。分形理论是一门理性的学科，它与建筑设计的非理性因素相碰撞，必能产生出灿烂美好的火花。

作者：张霜霜 单位：西南交通大学建筑学院