探究分形在建筑造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

穆園　王靜

（寶雞市城鄉(xiāng)建筑設(shè)計(jì)院　陜西　寶雞　721000）

探究分形在建筑造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

穆園王靜

（寶雞市城鄉(xiāng)建筑設(shè)計(jì)院陜西寶雞721000）

在建筑市場(chǎng)不斷發(fā)展的過(guò)程中建筑造型設(shè)計(jì)也變得趨于多元化，這使得設(shè)計(jì)師在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中需要考慮多方元素并將這些元素融于其中才能符合設(shè)計(jì)要求。對(duì)于建筑造型設(shè)計(jì)而言分形具有十分重要的作用，它是體現(xiàn)建筑美感、觀(guān)感以及層次性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。本文對(duì)分形進(jìn)行了綜合性闡述并對(duì)分形在建筑造型設(shè)計(jì)中的運(yùn)用進(jìn)行了探討，提出了相關(guān)觀(guān)點(diǎn)，供以參考。

分形；建筑；造型設(shè)計(jì)

引言

在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的過(guò)程中事實(shí)上也推動(dòng)了建筑行業(yè)的發(fā)展，這使得建筑設(shè)計(jì)正朝著多樣化、多功能化方向發(fā)展，同時(shí)也涌現(xiàn)了一批獨(dú)特迥異的建筑風(fēng)格，在這種背景下給建筑設(shè)計(jì)師既帶來(lái)了靈感以及發(fā)揮空間，又帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。在建筑造型設(shè)計(jì)中分形愈來(lái)愈受到重視，通過(guò)將分形理論應(yīng)用到實(shí)際建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中可讓建筑與自然環(huán)境相契合并使得建筑趨于自然形態(tài)，另一方面能夠促進(jìn)建筑功能屬性與自然環(huán)境吻合，從而獲取具有說(shuō)服力的建筑形態(tài)?？傊中卧诮ㄖ煨驮O(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)靈活運(yùn)用分形理論使得建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量達(dá)到更高的層次，在分形技術(shù)的推動(dòng)下建筑行業(yè)必然將得到新的發(fā)展動(dòng)力。

1　分形理論概述

分形理論事實(shí)上是數(shù)學(xué)分支，自20世紀(jì)70年代中葉提出以來(lái)就受到了關(guān)注，其中部分學(xué)者對(duì)分形進(jìn)行了如下描述[1]：自然界多數(shù)事物組成在某些條件下或某個(gè)過(guò)程中可能會(huì)在某些部分出現(xiàn)一定程度的相似性并表達(dá)出一定的整體性，即可視作為自相似性。而這種屬性可利用連續(xù)取值的分?jǐn)?shù)維數(shù)來(lái)進(jìn)行有效表達(dá)。由此可見(jiàn)分形所體現(xiàn)的屬性事實(shí)上是自然形態(tài)的共有的內(nèi)在屬性，換句話(huà)說(shuō)分形與自然本身面目具有較高的匹配性，可將自然中的真實(shí)元素體現(xiàn)出來(lái)。對(duì)于建筑設(shè)計(jì)而言使自然環(huán)境與建筑契合是建筑設(shè)計(jì)師所期望的方向之一，而分形則正好為這種方向提供了理論及實(shí)踐基礎(chǔ)。當(dāng)然利用分形對(duì)建筑造型進(jìn)行設(shè)計(jì)還需要方法學(xué)的依托，其中則體現(xiàn)了設(shè)計(jì)思維與設(shè)計(jì)概念，然后通過(guò)分形對(duì)建筑本來(lái)?yè)碛械臄M態(tài)、并置以及劃分等方面進(jìn)行有效操作從而使相關(guān)模塊呈現(xiàn)出分形相似的特征。另外分形與計(jì)算機(jī)計(jì)算特點(diǎn)可進(jìn)行充分結(jié)合，通過(guò)采取計(jì)算機(jī)模型對(duì)建筑進(jìn)行整體性綜合設(shè)計(jì)使得建筑造型設(shè)計(jì)效率得以提升。綜合來(lái)看利用分形設(shè)計(jì)可使得建筑在某些屬性上更為貼近自然，從而得到一種“真實(shí)還原”的效果。

2　分形可行性概述

在建筑設(shè)計(jì)具體實(shí)施過(guò)程中優(yōu)先需要考慮到安全問(wèn)題，而對(duì)于分形而言則主要體現(xiàn)了不規(guī)則性變化。在分形技術(shù)應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)初期其實(shí)相關(guān)學(xué)者是抱有懷疑態(tài)度的，盡管分形技術(shù)可為建筑造型提供多元化基礎(chǔ)，但是其穩(wěn)定性、安全性及可靠性并無(wú)法滿(mǎn)足需求。在隨后的發(fā)展、完善中分形體系也逐漸趨于成熟，設(shè)計(jì)者會(huì)將該技術(shù)應(yīng)用到單純?cè)煨筒糠旨床挥绊懡ㄖδ艿牟糠?，此時(shí)分形技術(shù)也越來(lái)越受到關(guān)注并得到了一定程度的推廣[2]。隨后分形技術(shù)的價(jià)值與作用得到了極大的開(kāi)發(fā)，而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展給分形技術(shù)也提供了一定的支持讓分形技術(shù)的可行性得以強(qiáng)化。從現(xiàn)狀來(lái)看分形技術(shù)主要憑借設(shè)計(jì)方法學(xué)為理論基礎(chǔ)，在具體實(shí)施過(guò)程中先要確定設(shè)計(jì)主體，然后再用分形特性對(duì)建筑設(shè)計(jì)模型進(jìn)行點(diǎn)綴、完善使其能夠表達(dá)出特征性。分形技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持下使得建筑設(shè)計(jì)工作迎來(lái)了新的發(fā)展方向，這也是未來(lái)建筑造型設(shè)計(jì)重要的趨勢(shì)之一。

3　分形于建筑造型設(shè)計(jì)模塊中的運(yùn)用

在建筑造型設(shè)計(jì)過(guò)程中造型模塊設(shè)計(jì)是核心部分之一，而利用分形進(jìn)行設(shè)計(jì)其實(shí)體現(xiàn)了該特征。對(duì)于復(fù)雜建筑造型設(shè)計(jì)先要對(duì)模型進(jìn)行量化控制然后再與設(shè)計(jì)要求進(jìn)行匹配使建筑設(shè)計(jì)與自然環(huán)境能盡可能契合，這也使得建筑不會(huì)出現(xiàn)過(guò)于呆板的情況并且讓建筑具有自然的韻味。分形對(duì)于建筑造型形式設(shè)計(jì)以及創(chuàng)新設(shè)計(jì)都提供了有效的支持，經(jīng)過(guò)分形處理的建筑設(shè)計(jì)其風(fēng)格與周?chē)h(huán)境可更好地匹配，整體和諧性得到了增強(qiáng)[3]。在建筑造型設(shè)計(jì)模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程中首先會(huì)經(jīng)過(guò)并置，對(duì)于外觀(guān)相似卻存在尺度差異的空間形體采用并置的方式進(jìn)行操作，從而獲取初期自相似群體。在單體被整合為群體之后，其中便涉及到多種關(guān)系，其中不僅僅有連接關(guān)系，同時(shí)還會(huì)相互穿插，也就是說(shuō)在自相似情況下偶然性群體將會(huì)獲取層次性更強(qiáng)的空間特效。而對(duì)于空間尺度存在差異的對(duì)象則需要進(jìn)行嵌套處理，嵌套在實(shí)體操作過(guò)程中或是面向于空間本身或邊界都是為了能夠讓空間達(dá)成自相似性。然后以擬態(tài)方式將對(duì)建筑形態(tài)進(jìn)行模仿使其貼合于天然生長(zhǎng)態(tài)。再經(jīng)過(guò)劃分處理對(duì)平面進(jìn)行圖案分割并對(duì)規(guī)則領(lǐng)域進(jìn)行深入劃分即滿(mǎn)足了自相似性的傳遞過(guò)程。

4　分形設(shè)計(jì)于建筑造型中的應(yīng)用分析

4.1分形設(shè)計(jì)流程

在建筑造型設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)者必然先要對(duì)建筑整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效規(guī)劃，對(duì)于建筑外形輪廓?jiǎng)t需要充分利用到分形幾何，再結(jié)合實(shí)際需求應(yīng)用不同的建筑材質(zhì)來(lái)彰顯建筑的個(gè)性化以及感觀(guān)。在對(duì)整體輪廓進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必然需要通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬輔助，在結(jié)合分形理論得到整體造型[4]。在實(shí)際建筑設(shè)計(jì)造型中多數(shù)設(shè)計(jì)師還是會(huì)選擇常規(guī)性的對(duì)稱(chēng)方式，在對(duì)稱(chēng)性滿(mǎn)足的基礎(chǔ)上將有助于建筑的安全性及穩(wěn)定性得到有效控制。最后對(duì)外形線(xiàn)條進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得建筑具有獨(dú)樹(shù)一幟的造型使得建筑個(gè)性表現(xiàn)具有張力。

4.2建筑穹頂構(gòu)建

在建筑穹頂設(shè)計(jì)過(guò)程中分形技術(shù)具有良好的適用性，以幾何分形與立體空間曲線(xiàn)方程為理論基礎(chǔ)然后再以選點(diǎn)規(guī)則為根據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行深化處理。通過(guò)以上處理方式可得到各具特色的單體建筑穹頂，同時(shí)這些單體可被存儲(chǔ)于庫(kù)中，并且這些單體能夠組合從而得到新的設(shè)計(jì)模型。還可對(duì)不同階層進(jìn)行轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變過(guò)程中需要有效借助于立方體初始元墻體衍生，再借用套用組裝規(guī)則便可得到具有差異性的墻體造型。需要注意的是應(yīng)該要保證分割界限的清晰性，并且讓造型設(shè)計(jì)可被良性控制，這將使得建筑墻面結(jié)合變得更為自然，同時(shí)也保證了建筑的功能性。

4.3模塊組裝

在設(shè)計(jì)過(guò)程中除了需要完成單一性模塊外還需要將這些模塊整合起來(lái)，在整合過(guò)程一般都是通過(guò)人工組裝進(jìn)行，首先根據(jù)建筑風(fēng)格或建筑要求對(duì)庫(kù)中的素材進(jìn)行篩選，從而獲取得到多元化的方案或計(jì)劃[5]。這種組合庫(kù)選方式可以讓設(shè)計(jì)人員對(duì)素材進(jìn)行直接篩選從而提高設(shè)計(jì)效率并能夠結(jié)合設(shè)計(jì)需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)性調(diào)整，只要對(duì)方案具有直觀(guān)認(rèn)識(shí)就可利用上述方式基于已經(jīng)確定的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行有效設(shè)計(jì)使設(shè)計(jì)工作進(jìn)一步簡(jiǎn)化并將方案的優(yōu)勢(shì)所體現(xiàn)出來(lái)。再通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)模型進(jìn)行模擬，獲取相關(guān)參數(shù)作為參考，通過(guò)調(diào)整參數(shù)得到層次更為豐富的造型設(shè)計(jì)內(nèi)容。

5　結(jié)語(yǔ)

在城市化建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)展的過(guò)程中，城市建筑設(shè)計(jì)的要求也愈來(lái)愈高，城市建筑承載的功能性也越來(lái)越強(qiáng)。對(duì)于建筑造型設(shè)計(jì)而言不單單涉及的是建筑的外形，同時(shí)對(duì)于建筑功能也有所要求。分形技術(shù)給建筑造型設(shè)計(jì)帶來(lái)了有利的技術(shù)基礎(chǔ)并且結(jié)合計(jì)算模擬將設(shè)計(jì)水平推至于一個(gè)新的高度。通過(guò)利用分形技術(shù)使得整個(gè)建筑行業(yè)的發(fā)展進(jìn)一步加速并讓建筑質(zhì)量與性能得到了不同幅度的提升，未來(lái)分形設(shè)計(jì)將是行業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)之一，其體系也將變得更為完善。

[1]包陽(yáng)陽(yáng).對(duì)現(xiàn)代建筑與建筑造型設(shè)計(jì)的探討[J].科技與企業(yè)，2012（08）.

[2]張?jiān)鰪?qiáng)，郭晶.淺談建筑造型設(shè)計(jì)中應(yīng)用考慮的因素[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2008（16）.

[3]顧紅男，詹巨聰.分形學(xué)在建筑設(shè)計(jì)的應(yīng)用[J].四川建筑，2011（01）.

[4]林秋達(dá).從“師法自然”到“算法自然”——分形法則在建筑設(shè)計(jì)中的運(yùn)用[J].福建建筑，2010（11）.

[5]趙新，王令中.分形在藝術(shù)形式中的研究[J].藝術(shù)與設(shè)計(jì)（理論），2011（02）.

TU201.4

A

1673-0038（2015）07-0027-02

2015-1-16

穆園（1986-），女，助理工程師，本科，主要從事建筑設(shè)計(jì)工作。