淺析室內(nèi)空間的非線性形態(tài)建造方法

【摘 要】隨著室內(nèi)空間設(shè)計(jì)不斷向前發(fā)展，當(dāng)下越來越多的非線性形態(tài)的造型語言出現(xiàn)在室內(nèi)空間設(shè)計(jì)當(dāng)中，這些年來，數(shù)字化設(shè)計(jì)給非線性形態(tài)的建造技術(shù)和建造材料帶來了創(chuàng)新性的變革，而非線性形態(tài)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)形態(tài)的建造方法存在很多差異，非線性形態(tài)在建造方面更多的要從數(shù)字化虛擬設(shè)計(jì)到數(shù)控機(jī)床加工的對接來共同完成。本文將通過自己設(shè)計(jì)的案例來淺析非線性形態(tài)在室內(nèi)空間中的建造方法。

【關(guān)鍵詞】

非線性形態(tài)建造概念：數(shù)字化虛擬設(shè)計(jì)和數(shù)字化建造。我們在非線性形態(tài)建造的過程當(dāng)中，僅有數(shù)字化虛擬模型是不能夠?qū)崿F(xiàn)的。將虛擬的非線性形態(tài)模型轉(zhuǎn)接到現(xiàn)實(shí)比例模型才是其建造的最終目標(biāo)。伴隨著3D打印機(jī)、數(shù)控機(jī)床、精雕機(jī)等自動(dòng)化設(shè)備的參與應(yīng)用，非線性形態(tài)的數(shù)字化建造比以往大有進(jìn)步。二維切割、三維減法、三維加法、塑形建造、數(shù)字拼裝等數(shù)字建造方法層出不窮。但國內(nèi)近些年來，數(shù)字化建造面臨的主要問題是數(shù)字化軟件普及速度緩慢，尤其是在內(nèi)陸區(qū)域的一些高校和設(shè)計(jì)公司基本處于睡眠狀態(tài)，對于湖南來說，僅有湖南大學(xué)建筑學(xué)院有相關(guān)的老師組建工作坊來組織學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)方面的數(shù)字化軟件（如Rhino，Grasshopper），數(shù)控切削、3D 打印和激光切割的普及則更加舉步維艱。在這種條件下，實(shí)現(xiàn)非線性形態(tài)的建造過程中，更多的是使用低技術(shù)的建造方法和手段來展現(xiàn)數(shù)字化的虛擬模型到實(shí)際建造的轉(zhuǎn)換，以及怎樣在施工周期內(nèi)縮短時(shí)間并高效作業(yè)的完成其復(fù)雜的建造過程。

一次非線性形態(tài)建造實(shí)踐——二維切割

數(shù)控機(jī)床二維切割方法是非線性形態(tài)建造經(jīng)常用到的建造技術(shù)。根據(jù)工藝材料的不同，相對應(yīng)地有很多不同類型的切割方法和技術(shù)，如等離子弧（Plasma-arc），水刀（Water-jet）、激光束（Laser-beam）等。數(shù)控機(jī)床二維切割憑借切割刀頭在二維軸上的運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)輔助可移動(dòng)的機(jī)器設(shè)備，來對片狀的材料進(jìn)行切割加工。水刀切割——高壓水流內(nèi)含固體研磨劑從細(xì)小的噴射嘴里射出，切割后的構(gòu)件十分精致。而激光切割則利用超高強(qiáng)度的聚焦紅外線，結(jié)合高壓氣流來融化或燃燒需要切割的對象。每一種切割技術(shù)所適合的切割對象、材料的厚度要求有很大區(qū)別。激光法只能切割容易吸收光能的材料，其厚度不能超過它的最大承載量；然而水刀切割幾乎能切割任何一種材料，并且對材料厚度的要求沒有激光法那么苛刻。二維切割技術(shù)通常用于造型組件、三角面或多邊形細(xì)分、展開多曲面構(gòu)件的加工等。它們都是從復(fù)雜的幾何體中抽取二維平面的切片，最終來拼裝形成構(gòu)建或組建形體。當(dāng)需要給構(gòu)建進(jìn)行輪廓造型時(shí)，可以用一系列彼此相互平行，且有一定間隔的二維截面來當(dāng)作構(gòu)建形體支撐的骨架。

此次的非線性建造是一個(gè)股票投資分析辦公室的接待前廳造型主墻，我們采用的數(shù)字建造方法為數(shù)控機(jī)床二維切割法。我們造型元素提取于股市行情大盤圖里的K線，上下起伏的K線預(yù)示股票漲幅的好與壞，設(shè)計(jì)的造型要體現(xiàn)股票牛市的狀態(tài)，我們所要表達(dá)的K線則是要往上揚(yáng)的趨勢，但是假如K線中間沒有曲折的波動(dòng)，主墻顯得單調(diào)也將失去豐富的造型美。綜合這些因素，最后我們用數(shù)字化軟件（Rhino犀牛）抽取若干不同角度不同方向的折線，用Rhino里loft的命令整體放樣生成了一個(gè)分成幾大塊折面的造型墻，正面看過去就能夠直觀的感受到股票在蓬勃的向上生長，讓進(jìn)入到這個(gè)辦公空間每個(gè)人看到這個(gè)造型墻就感受到該公司的業(yè)績很好，永遠(yuǎn)向上發(fā)展，同樣代表著全體員工每天以積極向上的斗志進(jìn)行工作。這樣我們用數(shù)字化軟件生成一個(gè)非線性形態(tài)的折面體塊（長：7000mm，高2440mm），然后再利用軟件里切片工具生成很多單元形（共167片），為了解決一整塊折面體塊的生硬和給人不透氣的感覺，我們接著做了一個(gè)雙層疊加的效果，等于這個(gè)造型分成兩個(gè)組成部分，A部分：凸出來尺度區(qū)間是20mm-150mm（30mm密度板噴漆），B部分：凸出來尺度區(qū)間是150mm-300mm（9mm密度板噴漆）接著對每一片單元形進(jìn)行數(shù)字編號(hào)排序，進(jìn)一步導(dǎo)出每一部分單元形技術(shù)性的CAD平面圖紙，最后我們用AuTo CAD軟件標(biāo)注每片單元形的詳細(xì)尺寸，注明單元形的建造材料。我們把紙質(zhì)和電子稿的圖紙文件給施工方進(jìn)行施工建造，配合木料加工廠的數(shù)控機(jī)床設(shè)備來切割每一塊單元形，最后搬運(yùn)到現(xiàn)場安裝，直至我們的這個(gè)非線性形態(tài)的建造完成。

在現(xiàn)場施工前，我們對這一模型進(jìn)行了比例為1：10的模型制作，我們選擇的材料：A部分為3mm厚的白色PVC板，B部分為1mm厚的白色硬卡紙。首先我們在數(shù)字軟件Rhino的用MAKE—2D命令將AB部分的每一個(gè)單元形編號(hào)排序后生成2D圖形，然后導(dǎo)出CAD二維文件，最后導(dǎo)入和精雕機(jī)配套的軟件（JDPaint）中調(diào)至成可以用精雕機(jī)雕刻的文件。下圖左為最后做成的1：10的小模型，圖右為木料加工廠用大型數(shù)控機(jī)床切割加工成1：1的大模型。

我們這次嘗試的這個(gè)非線性形態(tài)的造型墻建造前考慮的一個(gè)重要問題——用什么材料來建造。所用這種材料第一必須要好安裝；第二其在2.5米的高度下不會(huì)彎曲產(chǎn)生形變；第三最后建造完成的造價(jià)不高。開始我們的設(shè)計(jì)考慮用實(shí)木，這樣做出造型最后的色彩和木紋理會(huì)顯得大氣富有設(shè)計(jì)感，但是我們和木工師傅溝通交流后得知實(shí)木安裝后會(huì)發(fā)生或多或少的形變，我們圍繞解決形變問題緊接著考慮使用多層板實(shí)木板，這樣安裝后整體的造型在形變上能得到了很好的解決，但是最后多層實(shí)木板廠家的報(bào)價(jià)甲方不能夠承受，我們又不得不更換其他材料，最后我們多次和甲方溝通，和施工師傅的溝通，和多個(gè)廠家的聯(lián)系最后選擇用兩個(gè)不同厚度的密度板，A部分的密度板為30mm厚，B部分的密度板為9mm厚，最后我們采購好密度板運(yùn)送到數(shù)控機(jī)床工廠里進(jìn)行單元形的切割，廠家把我們從軟件里導(dǎo)出來的二維CAD平面圖紙和數(shù)控設(shè)備無縫對接，進(jìn)行二維切割密度板，不同厚度的密度板更換不同型號(hào)的刀具，設(shè)置不同的參數(shù)，機(jī)床識(shí)別編號(hào)排序好的圖紙切割出每一個(gè)不同的單元形。每塊單元形我們沒有選擇做烤漆，我們選擇直接對在切割好的每一個(gè)單元進(jìn)行噴漆，但是要保證每一個(gè)單元形表面的精致程度，我們要求施工師傅先做好基層底子，打磨再噴漆，每噴完一遍漆后用小號(hào)砂紙打磨氣泡和雜質(zhì)污垢再重新噴漆，這樣連續(xù)重復(fù)做五次。在噴完兩次油漆后我們?nèi)スS看效果，施工師傅又反饋給我們一個(gè)細(xì)節(jié)問題——噴完油漆整個(gè)造型寬度會(huì)變寬。因?yàn)槊恳粔K單元形的兩面在噴完五遍油漆后會(huì)增加2mm左右的厚度，那么167塊單元形噴完漆后整體的寬度就會(huì)增加300mm左右，如果這樣我們造型兩端的收口處就要有足夠的預(yù)留距離，最后我們根據(jù)噴完油漆后實(shí)際造型寬度更改了最后的收邊尺寸。

該案例的實(shí)際建造過程當(dāng)中，我們首先運(yùn)用數(shù)字化軟件來模擬非線性形態(tài)造型在室內(nèi)空間的狀態(tài)，綜合設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)和適合現(xiàn)場施工的建造材料，最后結(jié)合數(shù)控機(jī)床的加工來完成此案例中非線性造型形態(tài)的建造和室內(nèi)安裝。運(yùn)用二維切割法來加工造型的剖面，低技術(shù)的處理手段來應(yīng)對復(fù)雜的非線性形態(tài)，單元形的疊加最后形成我們需要造型的輪廓。這樣大大的簡化的我們從設(shè)計(jì)到建造這一過程中的難度，而且最后我們的造型美也將發(fā)揮得淋漓盡致。

（作者單位：湖南師范大學(xué)）