編織系統(tǒng)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

栗 鵬

(同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司，上海 200092)

編織是人類古老的一種把少數(shù)物質(zhì)匯集成大片物質(zhì)的方式。它通過(guò)把細(xì)長(zhǎng)的東西互相交錯(cuò)或鉤連而組織起來(lái)。這樣一種用在紡織行業(yè)的主要手段，如今也被應(yīng)用在建筑設(shè)計(jì)系統(tǒng)中。一根線承受力的能力是小的，但我們可以通過(guò)改變線的數(shù)量和結(jié)合方式的方法使線的承受力的能力增加，這就是編織的最重要的優(yōu)點(diǎn)，也是它之所以廣泛應(yīng)用在除衣物編織的許多領(lǐng)域的重要的力學(xué)特點(diǎn)。例如，單純一根線受拉易斷，但當(dāng)我們拉一捆線的時(shí)候，由于整個(gè)線的數(shù)量使力的作用分散，從而使這一捆線不易斷開(kāi)。又如，單純線的排列不能夠形成一個(gè)整體，當(dāng)我們通過(guò)編織的某種特定的方法，如plain weave，可以使線與線之間有序排列，從而形成一個(gè)統(tǒng)一的整體。這種形成整體的線使自身形成空間感而不是單純的一維的線的概念，同時(shí)也改變自身的受力狀況，形成一種更適于抵抗外界拉力的新的形式。在服裝領(lǐng)域，由于編織的主要目的是供人衣物穿著，所以編織技術(shù)所用的材料是線。與服裝領(lǐng)域不同，建筑領(lǐng)域?qū)幙椉夹g(shù)的應(yīng)用主要是針對(duì)于編織的技術(shù)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)于材料的選擇則靈活多變。我們可以選擇木頭，金屬，塑料等等具備與線的受力形式一致或者相近而且適于應(yīng)用到建筑上的材料作為建筑編織的物質(zhì)基礎(chǔ)。編織技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，人們已經(jīng)創(chuàng)造出各種各樣的方法對(duì)建筑材料交織相錯(cuò)以創(chuàng)造出各種各樣復(fù)雜多變的空間形式。這些由編織方法形成的建筑形式可以是二維的也可以是三維的，可以作為建筑的表皮或者創(chuàng)造整個(gè)建筑的空間，并且在整體上與自身形成的結(jié)構(gòu)相互融合統(tǒng)一。例如，中國(guó)北方游牧民族的蒙古包就是以編織的方法搭建起來(lái)的易拆易建的靈活自由的傳統(tǒng)民居。蒙古包的主體哈那是以柳木條用皮繩縫編成菱形網(wǎng)眼的網(wǎng)片。將若干哈那連結(jié)，形成一個(gè)圓形柵框，就是蒙古包的墻壁。通過(guò)柳條編織的哈那改變了柳條原本的物理性質(zhì)，并且使之發(fā)生了結(jié)構(gòu)和受力特點(diǎn)的根本改變。

1)哈那具備自由的伸縮性，由于哈那的編織方法使柳條與柳條之間留有菱形的空間，它的高低大小可以相對(duì)來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適于游牧民依照不同的地點(diǎn)變換哈那的高低，從而使室內(nèi)空間發(fā)生改變。

2)它有巨大的支撐力。哈那均勻地編織成一個(gè)圓圈，哈那頭均勻地承受了屋頂傳來(lái)的重力。這些荷載通過(guò)網(wǎng)眼分散和均攤下來(lái)，傳到哈那腿上。所以指頭粗的柳棍，能承受二三千斤壓力。由此可見(jiàn)，編織能夠通過(guò)對(duì)一種材料的物理性質(zhì)的改變以達(dá)到對(duì)材料受力特點(diǎn)的改變。

中國(guó)國(guó)家體育場(chǎng)鳥(niǎo)巢是當(dāng)代利用編織的手法設(shè)計(jì)的最有代表性的案例。鳥(niǎo)巢看似凌亂沒(méi)有章法，但實(shí)際上它的內(nèi)部存在著利用參數(shù)化建立起來(lái)的結(jié)構(gòu)，荷載傳遞和空間的規(guī)律。鳥(niǎo)巢的設(shè)計(jì)者充分發(fā)揮了鳥(niǎo)巢的材料鋼的抗拉性能，將鳥(niǎo)巢的主要受力結(jié)構(gòu)設(shè)定為48品門式桁架，即，框形的鋼架結(jié)構(gòu)，鋼架結(jié)構(gòu)自身跨距達(dá)100多米。每?jī)砷T式桁架共用一對(duì)鋼架柱，這些鋼架柱從地面升起，向上彎曲伸展成水平鋼架，編織出鳥(niǎo)巢的大模樣。結(jié)構(gòu)建筑師們結(jié)合參數(shù)化設(shè)計(jì)通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬定位出軌跡線讓它們得以旋轉(zhuǎn)成現(xiàn)在我們看到的優(yōu)美的環(huán)形結(jié)構(gòu)。組成這個(gè)巨大結(jié)構(gòu)的矩形鋼構(gòu)件最大的尺寸為1.2 m×1.2 m，足夠供工人在里面行走并進(jìn)行各種工作。建筑師赫爾佐格想達(dá)到鳥(niǎo)巢這樣一種凌亂的效果，為此他也在這些有規(guī)律的主要受力鋼筋上再劃了很多斜聯(lián)系梁，這在結(jié)構(gòu)建筑師的眼里是次結(jié)構(gòu)。這些斜杠梁并不是純裝飾作用，它也起到了一個(gè)輔助受力的作用，有了它，鳥(niǎo)巢的空間結(jié)構(gòu)性能更加的完整。編織的基本元素是線，通過(guò)某種編織方法對(duì)其進(jìn)行編織以改變它們的物理性質(zhì)和空間狀態(tài)。它可以由一維的初始元素創(chuàng)造出自由的二維或三維的空間形式。用不同維度的方法看待編織的生成原理，我們可以看到，宇宙中所有的物質(zhì)都是由最為基本的點(diǎn)構(gòu)成的，點(diǎn)構(gòu)成一維的線，一維的線構(gòu)成二維的面，二維的面構(gòu)成三維的體。而編織形成空間的步驟也在遵循維度的改變，與點(diǎn)面的維度轉(zhuǎn)化一樣，其生成機(jī)制也可以互相貫穿。

本人對(duì)編織的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)的測(cè)試和分類。

第一類是不考慮點(diǎn)的垂直分布直接從平面的角度考慮點(diǎn)用編織手法的連接。這種編織方式是點(diǎn)與點(diǎn)之間的直線連接，并且連接的方式對(duì)于所有點(diǎn)是平均對(duì)待的。每一個(gè)點(diǎn)都和它周圍特定方位和數(shù)目的點(diǎn)連接，即對(duì)于任一個(gè)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，都有相同數(shù)目和固定方位的點(diǎn)與之相連。這樣就對(duì)于空間中所有的點(diǎn)在平面上的連接方式都是相同的并且呈中心對(duì)稱圖形。例如，在這里用斜向的相隔的連接方式連接兩個(gè)點(diǎn)，那么，對(duì)于每一個(gè)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，在平面上在它的周圍一共有8個(gè)點(diǎn)與之相連，這9個(gè)點(diǎn)形成了以一個(gè)點(diǎn)為中心8個(gè)點(diǎn)環(huán)繞與之相連的圖形。但是在三維空間上，由于所有點(diǎn)依據(jù)自身透明度的等級(jí)而導(dǎo)致的在垂直位置的空間分布的不一致，所以由這種方式連接形成的圖形的空間和結(jié)構(gòu)就相對(duì)比較錯(cuò)綜復(fù)雜。這種編織的優(yōu)點(diǎn)是使空間中的點(diǎn)依據(jù)某種邏輯關(guān)系相互連接從而形成三維的空間結(jié)構(gòu)，但是它的缺點(diǎn)是形成的結(jié)果十分復(fù)雜，線條繁多。

第二類不再像第一種編織方式只是考慮平面上的所有點(diǎn)的連接，而主要考慮了層與層之間的點(diǎn)的編織手法的運(yùn)用。由于整個(gè)點(diǎn)的分布是隨透明度的不同而逐層分布，從剖面看時(shí)可以清楚地看到整個(gè)物體表現(xiàn)出12個(gè)層次。我試圖在相鄰的層與層之間運(yùn)用編織的手法，同時(shí)結(jié)合平面上呈中心對(duì)稱的點(diǎn)的連接方式。這種編織方式清楚地反映了整個(gè)物體的層與層之間的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的層次性和條理性。

第三類編織手法是依據(jù)結(jié)構(gòu)層次的垂直分布成生長(zhǎng)般的使每一層逐一連接其上各層。例如，第1層連接第2層～第12層，第2層連接第3層～第12層，以此類推。這種編織手法的使用清楚自然的反映了整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)方式，使整個(gè)邏輯系統(tǒng)符合自然規(guī)律如樹(shù)木一樣呈現(xiàn)出向上生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)并且在每一層不斷分支的生長(zhǎng)狀態(tài)。同樣，在平面上還是如第一種編織手法一樣，采取對(duì)每一個(gè)點(diǎn)以同樣的方式相連接的形式。但在這個(gè)案例中，在層與層連接中，由于在平面上并不是所有的點(diǎn)都緊密地相鄰排列，所以不是所有的點(diǎn)都能與周圍特定范圍和方向的點(diǎn)連接，依據(jù)某種規(guī)則設(shè)定的編織手法使具有符合這種規(guī)則的點(diǎn)與點(diǎn)相互連接。

由于發(fā)現(xiàn)單純用直線連接的方式體現(xiàn)不出編織的手法，于是我試圖用曲線來(lái)作為結(jié)構(gòu)依某種規(guī)則連接點(diǎn)，并且采用第三類編織手法從下至上成生長(zhǎng)性地依據(jù)結(jié)構(gòu)邏輯連接層與層。如，我在點(diǎn)的初始階段對(duì)點(diǎn)的分布來(lái)進(jìn)行選擇，使最下層只有正中心一個(gè)點(diǎn)，以它作為整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的出發(fā)點(diǎn)，并且成為整個(gè)結(jié)構(gòu)受力的中心。在這個(gè)案例中，荷載通過(guò)點(diǎn)與點(diǎn)之間的曲線的連接從最頂層傳遞到最底層，所以每一層的點(diǎn)作為荷載的集中承載對(duì)象，起到支撐整個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的作用。這種編織手法對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的傳遞作了最好的詮釋，同時(shí)在編織的線與線之間創(chuàng)造了有疏有密的空間。

在這個(gè)案例中，每個(gè)點(diǎn)相當(dāng)于一個(gè)節(jié)點(diǎn)，正如編織手法中的節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)在整個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中起到了承接荷載并且傳遞荷載的作用，同時(shí)節(jié)點(diǎn)還把整個(gè)結(jié)構(gòu)束縛為一個(gè)整體，而不開(kāi)散。從剖面方向可以清楚地看到整個(gè)系統(tǒng)正如樹(shù)木生長(zhǎng)的樣子，每一層支撐著每一層，結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)之間的荷載從下到上一層一層地分散。由編織形成的曲線形成的有弧度的曲線形式再被每?jī)蓪拥墓?jié)點(diǎn)固定束縛住，體現(xiàn)了荷載的合理傳遞。但在這個(gè)案例中，由于每一層有眾多的點(diǎn)存在，所以經(jīng)由編織手法形成的結(jié)構(gòu)和空間形式紛繁復(fù)雜，有些凌亂。

實(shí)際上，要支撐起整個(gè)結(jié)構(gòu)并不需要如此多編織的曲線，只要通過(guò)合理的程序計(jì)算，對(duì)一部分結(jié)構(gòu)曲線進(jìn)行合理地分配布置就可以達(dá)到目的。雖然這個(gè)案例中的編織手法有自己的邏輯性，但是復(fù)雜的線條穿插于整個(gè)空間，并不簡(jiǎn)化明了，有些多余。所以我的這種編織手法的運(yùn)用尚待完善，應(yīng)找出合理簡(jiǎn)明的邏輯性的編織方法，以達(dá)到空間和結(jié)構(gòu)都完善的成果。

本設(shè)計(jì)方案是對(duì)編織手法的使用，依據(jù)維度的轉(zhuǎn)化的基本原理引入編織手法，使直線和曲線交織穿插其中，連接每一層的點(diǎn)，達(dá)到合理的結(jié)構(gòu)和空間分布。但是，這個(gè)編織手法的運(yùn)用并不完善，尚有許多邏輯性和合理性的因素需要進(jìn)一步考慮。

［1］Caruso St.John Architects.Knitting Weaving Wrapping Pressing，Luzern，Architkturgalerie，2002(Caruso St.John Architects，編織包裝學(xué)，盧塞恩，2002).

［2］Stephen Kieran，James Timberlake.The Architecture of Kieran Timberlake，Princeton Architectural Press，Inc，2002.

［3］Julie Paama-Pengelly.Maori Art and Design:Weaving，Painting，Carving and Architecture［M］.New Holland Publishers(NZ)Ltd，2010.5.7.

［4］常志剛，冉茂宇.肌理之于建筑［J］.建筑學(xué)報(bào)，2003(10):81-82.