室內(nèi)非線性形態(tài)的切片建造研究

張楚浛

室內(nèi)非線性形態(tài)的切片建造研究

張楚浛

本文通過對(duì)非線性形態(tài)的切片設(shè)計(jì)的理論背景的梳理，并結(jié)合與非線性形態(tài)的切片設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)際案列，主要解讀非線性形態(tài)的切片設(shè)計(jì)手法、特征、形式、以及建造方法等方面，來探索室內(nèi)非線性形態(tài)的切片建造研究。

非線性設(shè)計(jì) 形態(tài) 切片 建造

引言

談?wù)摰椒蔷€性設(shè)計(jì)，人們常常聯(lián)想到一些形式復(fù)雜的設(shè)計(jì)以及高額的建造費(fèi)用。在新型的室內(nèi)空間設(shè)計(jì)中，非線性設(shè)計(jì)手法被使用地愈來愈普遍。隨著數(shù)字化建模技術(shù)的成熟，通過采用數(shù)字驅(qū)動(dòng)的建模和計(jì)算機(jī)切割材料的技術(shù)，我們幾乎可以創(chuàng)造出任何想象的形態(tài)。切片設(shè)計(jì)是非線性形態(tài)設(shè)計(jì)中較為簡單的設(shè)計(jì)方法之一。 這種設(shè)計(jì)方法雖然簡單，但設(shè)計(jì)的形式卻很多。在注重形式美的同時(shí)，也注重了設(shè)計(jì)的環(huán)保性。本文通過對(duì)非線性形態(tài)的切片設(shè)計(jì)的理論背景介紹，并結(jié)合相關(guān)的實(shí)際案例，來分析室內(nèi)設(shè)計(jì)中非線性形態(tài)的切片設(shè)計(jì)的建造問題。

一、“切片”概念及理論背景

1.非線性設(shè)計(jì)與“切片”建造概念

“切片”的探索最早出現(xiàn)于醫(yī)學(xué)的研究領(lǐng)域中，將各類細(xì)胞組織做成切片在光學(xué)顯微鏡下觀察，獲得了很多有價(jià)值的醫(yī)學(xué)圖片。 非線性設(shè)計(jì)中的“切片”主要指一個(gè)類型的設(shè)計(jì)方法，這種設(shè)計(jì)方法即將非線性的幾何體切成片狀形式。設(shè)計(jì)師可以通過切片的設(shè)計(jì)手法，創(chuàng)造出一些非常復(fù)雜的形態(tài)，但其建造過程卻會(huì)變得相對(duì)簡化。

“切片”的建造方式主要分為兩種。 一種是非物質(zhì)的數(shù)字技術(shù)建造，包括創(chuàng)造性的使用腳本，編程和非線性模型軟件，主要運(yùn)用到的建造平臺(tái)軟件是犀牛 （Rhino） 以及它的相關(guān)插件蚱蜢（grasshopper）。 犀牛主要是設(shè)計(jì)初始的幾何形體，切片設(shè)計(jì)形式則需要通過它的插件蚱蜢來完成。 另一種是物質(zhì)建造，主要指基于非物質(zhì)建造基礎(chǔ)上，通過材料切割并組裝，實(shí)現(xiàn)實(shí)體的建造。常用的切割方式包括：數(shù)控切割、激光切割、高速水流等。 物質(zhì)建造需要根據(jù)建造材料的不同，選擇相對(duì)應(yīng)的切割方式，但每一種切割方式都根據(jù)自己的特點(diǎn)具有一定的優(yōu)勢。 可以說，切片制造技術(shù)目前已經(jīng)發(fā)展的比較完備，能做到與非物質(zhì)建造中的數(shù)字模型信息的無縫銜接。

2.非線性形態(tài)的切片特征與手法

非線性形態(tài)主要是區(qū)別于線性形態(tài)而言。線性形態(tài)主要指一些規(guī)則的幾何形體，而非線性形態(tài)則具有曲線、曲面、或不確定的屬性等特征。 非線性設(shè)計(jì)形態(tài)的特征常常是一個(gè)有機(jī)的、動(dòng)態(tài)的、以及仿生的統(tǒng)一的整體。 整體與局部之間往往屬于同構(gòu)的關(guān)系，他們擁有自相似性。 同時(shí)，非線性形態(tài)設(shè)計(jì)也許不都是從形式出發(fā)，但最終都將以形態(tài)的呈現(xiàn)作為結(jié)束，說明了非線性形態(tài)在非線性的諸特性中是一個(gè)具有總體概括性的要素。

圖1-1 非線性曲面形態(tài)的切片

運(yùn)用切片設(shè)計(jì)方法生成的形態(tài)也屬于非線性形態(tài)，具有非線性形態(tài)的基本特征。切片形態(tài)設(shè)計(jì)是非線性形態(tài)設(shè)計(jì)中較為簡單的設(shè)計(jì)方法，主要特征表現(xiàn)為大量的片與片之間的重復(fù)與堆疊。大量的簡單切片形態(tài)通過一定的組織原則形成整體曲線形造型，涌現(xiàn)出超越材料本身屬性表達(dá)的形態(tài)美。 非線性形態(tài)的切片具有多樣性的特征，雖然不同的切片形式的設(shè)計(jì)方法差不多，但表現(xiàn)出來的形式卻是不一樣的。常見的切片形式有縱切、橫切、斜切、相互正交切等（如圖1-1）。

非線性形態(tài)的切片設(shè)計(jì)是一個(gè)將3D 幾何體轉(zhuǎn)化為2D 片狀，再轉(zhuǎn)為3D 幾何體的一個(gè)過程。其設(shè)計(jì)手法主要是通過建立非線性幾何形態(tài)，并在非線性形態(tài)的基礎(chǔ)上，將非線性幾何形態(tài)進(jìn)行二維方向的切割。 其建造過程主要是在犀牛（Rhino）確立好想要的幾何體量模型，在此基礎(chǔ)上用犀牛的相關(guān)插件蚱蜢（grasshopper）的腳本將確立好的幾何體進(jìn)行切割（如圖1-2）。 蚱蜢編程的原理是根據(jù) XY 坐標(biāo)軸做垂直、平行、45度角于坐標(biāo)平面的多個(gè)等距的矩形，距離可以通過參數(shù)變量控制調(diào)節(jié)。然后通過將這些矩形設(shè)為中點(diǎn)，產(chǎn)生新的坐標(biāo)體系后，繪制出半徑大于最高點(diǎn)到 XY 軸平面的距離的多邊形，再通過切割得出原輪廓模型的切口曲線，將曲面邊緣生成平面，最后通過向各自曲面的法線方向推拉出一定的間隔作為材料的厚度。幾何體形成的片狀的厚度也可以通過參數(shù)變量控制進(jìn)行調(diào)節(jié)，將幾何體的切片提取出來布置在 XY 平面上， 用自動(dòng)化的文字和數(shù)字標(biāo)記他們，把文件保存成適合切割的格式，然后把模型用切割機(jī)切割出來，非線性的切片設(shè)計(jì)建造主要是用疊合方式，即把模型切片按照?qǐng)D紙上的標(biāo)號(hào)逐個(gè)疊合起來形成整個(gè)造型。（如圖1-3）

圖1-2 切片腳本之一

圖1-3 腳本解析

二、室內(nèi)非線性形態(tài)的切片建造分析

非線性形態(tài)的切片設(shè)計(jì)在室內(nèi)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用越來越為普及，不僅是因?yàn)榍衅O(shè)計(jì)能打破傳統(tǒng)的室內(nèi)設(shè)計(jì)手法，而且是因?yàn)榉蔷€性形態(tài)的切片設(shè)計(jì)同時(shí)具備強(qiáng)大的功能性，即非線性形態(tài)的切片設(shè)計(jì)能夠使形式與功能完美融為一體，并更強(qiáng)調(diào)了其功能性。再者，非線性形態(tài)的切片設(shè)計(jì)的手法較為簡單且建造成本相對(duì)較低，卻可以達(dá)到很好的視覺效果，使室內(nèi)空間變得生動(dòng)活潑。下文將結(jié)合室內(nèi)的非線性形態(tài)的切片設(shè)計(jì)實(shí)例，通過分析案例中的非線性形態(tài)的切片設(shè)計(jì)與物質(zhì)建造，詳細(xì)解讀非線性形態(tài)的切片設(shè)計(jì)在室內(nèi)空間中的運(yùn)用。

1.頂面與立面非線性形態(tài)的切片建造

非線性形態(tài)的切片設(shè)計(jì)當(dāng)被用來做室內(nèi)的頂面與立面時(shí)，室內(nèi)的空間結(jié)構(gòu)將會(huì)發(fā)生改變，使得原本的空間形式不再單調(diào)，而是具有豐富性與動(dòng)態(tài)感。雖然切片設(shè)計(jì)在整個(gè)空間中更多的是起到一種裝飾的效果，但是位于澳大利亞的墨爾本的貝克.D.芝瑞科（Baker D Chirico）面包店卻將頂面與立面非線性形態(tài)的切片設(shè)計(jì)賦予了功能性在其中。

該面包店的靈感來源于尋求保持簡單和真實(shí)的產(chǎn)品，把面包店構(gòu)想成為一個(gè)超大號(hào)的糧倉。這個(gè)面包店立面的切片形態(tài)形成了一面起伏變化的切片墻并延伸到了頂面，立面的切片墻被設(shè)計(jì)成一個(gè)可以放置面包的貨架，架子上的每個(gè)格子的寬度和高度都通過精心的安排，以適應(yīng)各種面包、罐頭的形狀，并可以自由調(diào)節(jié)（如圖2-1）。

這個(gè)空間務(wù)實(shí)的布局，內(nèi)部線性的排列，使有限的空間在最大程度上得到利用。面包店的切片形態(tài)首先根據(jù)空間的尺寸進(jìn)行了3D 軟件模擬建造，運(yùn)用正交切片的設(shè)計(jì)形式，選擇膠合板作為切片的材料，然后進(jìn)行計(jì)算機(jī)編號(hào)和排序，通過數(shù)控切割的方式將木片單元體進(jìn)行切割。木片的支撐結(jié)構(gòu)沒有用到鋼筋固定或是連接件，而是通過具有一定間隔的橫向與縱向的木片垂直交叉的方式來當(dāng)作形體支撐的骨架。（見表1）

2.室內(nèi)固定設(shè)施非線性形態(tài)的切片建造

利用非線性形態(tài)的切片設(shè)計(jì)代替室內(nèi)固定設(shè)施，可以弱化空間中垂直墻面給人帶來的生硬感，有秩序的曲面切片還能引導(dǎo)人們的人流走向。 SPAR 超市處于匈牙利的布達(dá)佩斯，整個(gè)空間中隨處可見曲面切片，貨架和天花板都是非常流暢的木質(zhì)線條，肆意的蜿蜒使空間充滿了設(shè)計(jì)感。地面也同樣地運(yùn)用了深色的地磚，搭配溫和柔軟的燈光,營造了一個(gè)盡管在強(qiáng)調(diào)工業(yè)主要元素，但又非常舒服的氛圍。

圖2-1

空間設(shè)計(jì)的靈感來源于超市的名字 SPAR，在荷蘭語中的意思是松林，因此整個(gè)空間中隨處可見非線性形態(tài)的木片。 天花板上的切片結(jié)構(gòu)具有一定的引導(dǎo)性，可供顧客選擇購物的路線。非線性的切片形式不僅運(yùn)用在了天花板上，就連放置葡萄酒的柜子也運(yùn)用了切片形式。天花板由上向下流動(dòng)到地面并轉(zhuǎn)換成三維形式，在擺放葡萄酒的區(qū)域，天花板的木片繼續(xù)流淌到地面上，形成一個(gè)類似酒窖的空間。 （如圖2-2）

圖2-2

圖2-3

這個(gè)店面切片形態(tài)的建造首先根據(jù)空間的尺寸，通過3D 軟件先進(jìn)行模擬建造。然后將設(shè)計(jì)好的形態(tài)運(yùn)用切片豎切的設(shè)計(jì)手法生成片狀單元體，然后通過數(shù)控切割機(jī)切割與組裝。由于頂面的天花板和地面上的酒柜切片形式不同，所以建造手法也有所不同。 頂面的切片建造主要是通過鋼筋固定，片與片之間的距離通過鋼筋管預(yù)先設(shè)定好。地面上酒柜的建造方法主要是運(yùn)用片與片之間的垂直正交穿插。（見表1)

3.可移動(dòng)設(shè)施非線性形態(tài)的切片建造

室內(nèi)可移動(dòng)設(shè)施運(yùn)用非線性形態(tài)的切片設(shè)計(jì)越來越普遍，很多校園的實(shí)驗(yàn)性教學(xué)中，也會(huì)涉及的可移動(dòng)設(shè)施的切片設(shè)計(jì)。位于西班牙的塞維利亞的野營（Camper）鞋履店內(nèi)的可移動(dòng)設(shè)施如：展示柜、座椅都是運(yùn)用的非線性形態(tài)的切片設(shè)計(jì)。 由于這個(gè)室內(nèi)空間的建筑面積只有66平方米，空間類型屬于簡單規(guī)則的矩形空間，所以非線性形態(tài)的切片設(shè)計(jì)就成為了店面的亮點(diǎn)。

空間的設(shè)計(jì)靈感來源于店名“Camper”在加泰羅尼亞的語意“農(nóng)村”，想象顧客的鞋子踩著不規(guī)則的地面，像一個(gè)步行者悠閑地徒步在農(nóng)村。設(shè)計(jì)師運(yùn)用非線性形態(tài)的切片設(shè)計(jì)將多種功能集于展示柜一身，其形態(tài)的創(chuàng)意來自不同鞋款的外形輪廓，而不同的展示柜有高大、有短小，象征的男人、女人；展示柜形態(tài)表面有凸起和凹陷，象征著有山丘和洼地。 起伏變化的展示柜，凹陷的部分則具有座椅的功能。

這個(gè)空間切片形態(tài)首先通過3D軟件進(jìn)行模擬建造出不同鞋款的外輪廓，制作出起伏變化的非線性形態(tài)，然后同樣是運(yùn)用切片設(shè)計(jì)手法將非線性形態(tài)進(jìn)行切片處理，生成片狀單元體，通過數(shù)控切割機(jī)切割。片與片之間主要是通過鋼筋固定，將組裝好的展示柜表面嵌入一層扭曲的“鏡子”（反光的金屬片），營造出一種在反射面中顯示出扭曲倒影的效果，顧客可以從中獲得快樂的體驗(yàn)。（如圖2-3）（見表1）

案列 室內(nèi)運(yùn)用 切片形式 材料 切割方式 切片建造Baker D Chirico 頂面、立面 正交切 膠合板 數(shù)控切割 切片垂直穿插固定SPAR 室內(nèi)固定設(shè)施 豎切為主正交切為輔 木板 數(shù)控切割 平行切片之間鋼筋固定、切片垂直穿插固定Camper 室內(nèi)可移動(dòng)設(shè)施 豎切 膠合板 數(shù)控切割 平行切片之間鋼筋固定

結(jié)語：

非線性設(shè)計(jì)往往被人與紛繁復(fù)雜的非常規(guī)的形式聯(lián)系在一起，使得它被片面的理解了。其實(shí)非線性設(shè)計(jì)方法所表達(dá)的形式不一定是復(fù)雜的，也可以將形式做的很簡單。非線性形態(tài)的切片設(shè)計(jì)打破了人們印象中復(fù)雜的非線性設(shè)計(jì)方法，通過簡單的切片設(shè)計(jì)手法，將一些預(yù)想不到的形態(tài)得以實(shí)現(xiàn)并實(shí)施。非線性形態(tài)的切片設(shè)計(jì)運(yùn)用靜態(tài)的設(shè)計(jì),卻展示出了動(dòng)態(tài)的效果，使得原本單調(diào)的室內(nèi)空間變成生動(dòng)活潑，富有動(dòng)感。 在技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，非線性設(shè)計(jì)與非線性的建造以及彼此的互動(dòng)將是設(shè)計(jì)發(fā)展的必然趨勢。 所以，我們應(yīng)該從設(shè)計(jì)與建造的之間的關(guān)系出發(fā)，來研究非線性設(shè)計(jì)并以推動(dòng)其向更好方向的發(fā)展。

[1]【美】尤卡·約崎雷多，邱博舜譯．建筑維護(hù)史［M］．臺(tái)北：國立臺(tái)北藝術(shù)大學(xué)出版社，2010．

[2] 劉先覺．中國近代建筑總覽——南京篇［M］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1992．

作者單位：南京藝術(shù)學(xué)院設(shè)計(jì)學(xué)院