分形理論在室內(nèi)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

楊雨露 李晶源

關(guān)鍵詞：分形理論 室內(nèi)設(shè)計(jì) 應(yīng)用分析

引言

隨著室內(nèi)設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展，要求設(shè)計(jì)師不斷地探索新的設(shè)計(jì)手法、設(shè)計(jì)理念來(lái)適應(yīng)人們審美方面的新變化。分形理論作為非線性科學(xué)重要組成部分之一，讓人們認(rèn)識(shí)了整體與部分之間的關(guān)系，并為此提供了一種新的方法論。筆者嘗試分析分形理論在室內(nèi)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，為其提供新的思維框架與設(shè)計(jì)方法，以期為室內(nèi)設(shè)計(jì)的后續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

一、研究背景

在人們的普遍觀念中，傳統(tǒng)幾何學(xué)通常被認(rèn)為是缺乏人情味，其主要原因在于其無(wú)法描述自然界中如云彩、樹(shù)木、山脈、海岸線等復(fù)雜對(duì)象的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。直到20世紀(jì)70年代中期，美籍法國(guó)數(shù)學(xué)家——Mandelbrot發(fā)表了題為《英國(guó)的海岸線有多長(zhǎng)？》的著名論文，在文章中提出分形一詞。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，分形理論是將自然界中無(wú)法用數(shù)據(jù)具體測(cè)量出來(lái)的尺度以科學(xué)的方式表達(dá)出來(lái)。分形是非線性理論的重要分支之一，它是對(duì)傳統(tǒng)歐氏幾何學(xué)局限性的補(bǔ)充和拓展，為研究自然界普遍形態(tài)提供了一種的可能方法。

二、研究目的

分形理論在室內(nèi)設(shè)計(jì)中還未正式的引用，把分形思想應(yīng)用于室內(nèi)設(shè)計(jì)的案例較少，沒(méi)有形成專門的研究體系。不論是在建筑還是室內(nèi)設(shè)計(jì)中，有些先鋒派的建筑師與室內(nèi)設(shè)計(jì)師已經(jīng)在無(wú)意識(shí)的狀態(tài)下將分形的原理及特征用在各自的設(shè)計(jì)中，但這種無(wú)意識(shí)的設(shè)計(jì)是偶然的、零碎的、不成體系的。筆者詣在通過(guò)對(duì)室內(nèi)中分形的研究，一方面是對(duì)分形理論系統(tǒng)的拓展，另一方面是對(duì)在室內(nèi)設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的問(wèn)題提出相應(yīng)建議。將分形理論應(yīng)用到室內(nèi)設(shè)計(jì)中，會(huì)給室內(nèi)方案設(shè)計(jì)注入更多新活力，提升室內(nèi)空間設(shè)計(jì)質(zhì)量，優(yōu)化設(shè)計(jì)體系，增強(qiáng)室內(nèi)空間藝術(shù)效果。

三、分形理論的內(nèi)涵與外延

（一）定義闡述

分形（Fractal）一詞，最早是由數(shù)學(xué)家曼德布羅特正式提出，此詞源于拉丁文形容詞“fractus”，對(duì)應(yīng)的拉丁文動(dòng)詞是“frangere”，有“不規(guī)則”和“破碎”兩層含義。然而目前對(duì)于分形理論沒(méi)有一個(gè)確切統(tǒng)一的定義，最初的分形理論只是一個(gè)數(shù)學(xué)公式的表達(dá)形式。分形是在各種尺度上表現(xiàn)出自相似特征的物體。為了讓人們清晰地了解分形的含義，曼德布羅特將其解釋為“部分與整體以某種方式相似的形體，稱為分形”。分形理論能夠描繪出山川、樹(shù)木、云朵、海岸線、閃電等自然對(duì)象的形狀，是因?yàn)樗鼈儽旧砭哂凶韵嗨啤o(wú)限細(xì)分的屬性。

（二）形式特征

1.粗糙性

分形理論的研究對(duì)象大多來(lái)自于自然界，是對(duì)大自然研究的成果。在日常生活中我們常見(jiàn)的山峰、閃電、樹(shù)木等自然形態(tài)從視覺(jué)上來(lái)看是不規(guī)整的，有的細(xì)部甚至顯得十分粗糙。其實(shí)這些粗糙的自然形態(tài)背后隱藏著分形自相似性的特性。其自相似性是一種迭代的過(guò)程，分形復(fù)雜性的原因正是分形迭代的不斷重復(fù)，這也是自然形態(tài)形成的必經(jīng)過(guò)程，所以說(shuō)分形是粗糙的。

2.自相似性

自相似源于自仿射，是物體的整體與局部之間存在的某種相似性。通常按照數(shù)學(xué)規(guī)則生成的分形，具有嚴(yán)格的自相似性;而自然界中的分形，自相似性并不是嚴(yán)格的，是無(wú)規(guī)則分形。由于自相似性具有比較復(fù)雜的表現(xiàn)形式，所以放大其局部一定倍數(shù)后也不一定簡(jiǎn)單地與整體完全重合。在室內(nèi)設(shè)計(jì)中自相似結(jié)構(gòu)的案例較多，如武漢武商摩爾城電影院，如圖1。在本次項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)師以電影與“像素”的關(guān)系為主軸，將正方形立體化，用上無(wú)數(shù)模擬像素的方形盒子，以獨(dú)特3D手法在影院中展現(xiàn)這些神奇的元素。有些正方形盒子模塊放大或者縮小，以不同的高度豎立著，形成高低的落差，使空間在三維的形式上體現(xiàn)出分形的特征。

3.不規(guī)則性

從分形理論的幾何層面上進(jìn)行分析，分形具有不規(guī)則的特性。但其不規(guī)則、隨機(jī)中同時(shí)蘊(yùn)含著它本身特有的規(guī)則與秩序。不規(guī)則性在建筑設(shè)計(jì)中的運(yùn)用非常廣泛，同時(shí)也逐漸引申到室內(nèi)設(shè)計(jì)中來(lái)。不規(guī)則性使空間得到了完美的延伸和體現(xiàn)。國(guó)際建筑師扎哈哈迪德的許多設(shè)計(jì)作品中體現(xiàn)出對(duì)不規(guī)則分形的應(yīng)用。如香奈兒流動(dòng)藝術(shù)展覽館，如圖2。藝術(shù)展覽館的流動(dòng)形體充分展現(xiàn)出飄逸、運(yùn)動(dòng)的韻律，這也是對(duì)自然有機(jī)系統(tǒng)研究的結(jié)果。不規(guī)則性使得空間在整體上呈現(xiàn)出運(yùn)動(dòng)變換的分形體驗(yàn)。

4.標(biāo)度不變性

標(biāo)度不變性，是指在分形物體上任意選擇一個(gè)局部，將其進(jìn)行放大或者縮小，得到的圖像又會(huì)顯示出原圖的形態(tài)特征。所以，分形的形態(tài)、復(fù)雜程度、不規(guī)則性等各種特性均不會(huì)因其放大或縮小等操作，而發(fā)生變化。改變的只是其外部的表現(xiàn)形式。標(biāo)度不變性與自相似性是密切相關(guān)的，一個(gè)具有自相似特征的結(jié)構(gòu)或者圖形必定滿足標(biāo)度不變性，也可以說(shuō)這類物體沒(méi)有特征長(zhǎng)度。如，云是具有自相似性的物體，所以具有自相似性是沒(méi)有特征長(zhǎng)度的物體的一個(gè)重要性質(zhì)。

四、分形理論在室內(nèi)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

將分形理論應(yīng)用在室內(nèi)設(shè)計(jì)中，是一種方法論的體現(xiàn)。經(jīng)典的現(xiàn)代室內(nèi)設(shè)計(jì)是美觀性、功能性、生態(tài)性等完美融合的產(chǎn)物。當(dāng)代人們對(duì)居住環(huán)境的審美標(biāo)準(zhǔn)是不斷變化的。在室內(nèi)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，以分形理論作指導(dǎo)，把其當(dāng)成一項(xiàng)藝術(shù)作品來(lái)對(duì)待，在藝術(shù)概念的基礎(chǔ)上結(jié)合室內(nèi)的實(shí)用功能，使室內(nèi)空間成為一種科學(xué)與藝術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，從而達(dá)到二者之間的相互滲透。所以，通過(guò)對(duì)分形理論的概念和特征進(jìn)行分析，進(jìn)一步探討其在室內(nèi)空間、結(jié)構(gòu)、界面造型、材料中的應(yīng)用。

（一）空間中分形的應(yīng)用

空間是物質(zhì)存在的一種客觀形式，依賴于形體而存在的。在限定室內(nèi)空間時(shí)，需要借助形體，形體依存于空間之中。室內(nèi)空間通常是滿足藝術(shù)性和實(shí)用性的需求，而分形理論在室內(nèi)空間中應(yīng)用更傾向于藝術(shù)性?？臻g具有豐富的尺度層級(jí)和多變的組合形式，這種空間層級(jí)通常用一個(gè)簡(jiǎn)單的操作使其與整體空間形式相似。

扎哈.哈迪德的卡利亞里現(xiàn)代藝術(shù)博物館，如圖3。其空間充分體現(xiàn)出分形理論的自相似特征，室內(nèi)空間以基地與海岸線形成的卯形為基準(zhǔn)，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、拉伸、扭曲、變異等。自相似結(jié)構(gòu)的卵形洞穴空間為建筑內(nèi)部增添了維度，使得室內(nèi)空間與建筑整體空間形成了自相似的嵌套。

扎哈設(shè)計(jì)的Neil Barrett日本旗艦店，如圖4。在其室內(nèi)空間設(shè)計(jì)中將迭代進(jìn)行了獨(dú)特的演繹。分形的產(chǎn)生是一種不斷迭代的過(guò)程，這種迭代過(guò)程是空間形體變換的基本方式。從方案的平面上來(lái)看，首先將扇形的四分之一以錯(cuò)位、縮放、疊合的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，并使用三次迭代的方式，將其復(fù)制、鏡像。從室內(nèi)空間上看，設(shè)計(jì)師將分隔空間的界面以90。彎折，形成一定角度的縮放，并進(jìn)行五次疊合，從而打破了方盒子空間的枯燥，形成多界面、多維度，又極具張力的室內(nèi)空間。

（二）結(jié)構(gòu)中分形的應(yīng)用

分形理論背景下結(jié)構(gòu)分形，通常運(yùn)用非線性規(guī)則打破常規(guī)空間的形態(tài)。在改變空間結(jié)構(gòu)形態(tài)時(shí)，展現(xiàn)出整個(gè)空間效果與藝術(shù)張力。

“泡泡筑M”（Bubbletecture M）是由日本著名建筑師遠(yuǎn)藤秀平設(shè)計(jì)的位于大阪的泡泡型木質(zhì)結(jié)構(gòu)幼兒園，如圖5。巨大的殼狀屋頂由三角形面連接成一個(gè)整體屋頂，充滿結(jié)構(gòu)美感和幾何連貫性，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和幾何造型給與空間設(shè)計(jì)很大自由度。木質(zhì)結(jié)構(gòu)桁架和預(yù)制化三角形板材構(gòu)成一個(gè)連續(xù)變化的泡狀殼體空間。在這個(gè)連續(xù)的殼體空間下，頂棚高度平滑地發(fā)生變化，空間仿佛生物體內(nèi)的腔體一般。

國(guó)家游泳中心——水立方。水立方的設(shè)計(jì)師發(fā)現(xiàn)了自然的神奇，利用水獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)和裝飾性，在“泡沫理論”的設(shè)計(jì)靈感基礎(chǔ)之上，將水的神韻在建筑內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用得到了完美體現(xiàn)。

（三）界面造型中分形的應(yīng)用

界面在室內(nèi)空間中具有劃分和阻隔的功能。界面造型直接影響整個(gè)空間的功能、格局、形態(tài)等，也對(duì)整體空間氛圍和風(fēng)格起決定性作用。

香港友天地咖啡館的界面造型，如圖6。通過(guò)對(duì)六邊形幾何造型的展示，將空間感和品質(zhì)感融合至最佳。平面的概念被轉(zhuǎn)化為立體六邊形造型，六邊形結(jié)構(gòu)造型在整齊適宜的布局中無(wú)不表現(xiàn)出動(dòng)態(tài)的變化。這種自相似性的不規(guī)則并置組合方式使得群體魅力大為增加，創(chuàng)造出富有節(jié)奏感的動(dòng)態(tài)空間。

Karim Rashid設(shè)計(jì)的德國(guó)銀行休息室，如圖7。應(yīng)用了非線性曲面構(gòu)建法來(lái)營(yíng)造空間的變化和延伸。其設(shè)計(jì)靈感來(lái)源于自然物象的表面和邊緣的標(biāo)度形狀，流線型的體態(tài)使得空間有一種動(dòng)態(tài)美感。設(shè)計(jì)師將非線性圖形與墻面造型結(jié)合到一起，墻面變化的曲線是具有分形特征的非線性圖案。室內(nèi)采用紅、黃、紫等明亮顏色，顛覆了傳統(tǒng)銀行嚴(yán)肅的形象。設(shè)計(jì)師通過(guò)光影效果，將二維圖形轉(zhuǎn)變成三維的效果。與此同時(shí)，墻面造型和窗洞上巧妙的處理方式，使運(yùn)動(dòng)的變換貫穿于整體空間。

（四）材料中分形的應(yīng)用

材料是實(shí)現(xiàn)室內(nèi)方案設(shè)計(jì)的物質(zhì)基礎(chǔ)和手段，在室內(nèi)空間中材料不僅具有基礎(chǔ)的保護(hù)功能，而且其本身又具有文化和藝術(shù)屬性，所以材料對(duì)于整個(gè)空間情感與藝術(shù)的塑造起著重要作用。

金屬材料強(qiáng)度高、韌性好、性能穩(wěn)定、易于加工的特性被當(dāng)下許多設(shè)計(jì)師所喜愛(ài)。北京POPPEE設(shè)計(jì)師品牌配飾集合店是一個(gè)典型材料分形的案例，如圖8。其設(shè)計(jì)靈感來(lái)自自然中的奇妙景象云隙光。由于金屬本身具有高強(qiáng)度的特性，所以設(shè)計(jì)師在施工時(shí)采用直徑為2.5mm的金屬作為店鋪?lái)斆娼Y(jié)構(gòu)的搭建，塑造出一朵金屬格網(wǎng)狀的云。金屬格網(wǎng)的重量感與云的漂浮屬性產(chǎn)生一種向上的張力。同時(shí)，金屬高反光的視覺(jué)感受，消除了長(zhǎng)方形店鋪空間的沉悶感。

我們所熟知的扎哈.哈迪德的大部分設(shè)計(jì)作品，在表現(xiàn)飄逸、運(yùn)動(dòng)韻律的分形形態(tài)時(shí)，多采用GFRc（Glass Fibre Reinforced Compound）材料。其中文名稱為特種玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合板。GFRC是一種綠色環(huán)保材料，不僅能夠節(jié)約能源，降低污染而且具有質(zhì)輕、不易變形、抗腐蝕、色彩豐富等優(yōu)勢(shì)。在制作分形的空間造型時(shí)，GFRC已成為一個(gè)能夠隨意造型、完全呈現(xiàn)設(shè)計(jì)師想法的首選材料，也被廣大設(shè)計(jì)師所追捧。如西班牙衛(wèi)浴品牌樂(lè)家在倫敦的展覽藝術(shù)館，如圖9。整個(gè)展館是一體化的，形如洞穴迷宮一樣的分空間內(nèi)，不同的空間區(qū)域布置了不同的拱門，不僅可以接待來(lái)賓，還用于發(fā)布該展區(qū)的相關(guān)資料等，在室內(nèi)外的交互性上起到了很大的作用，打破了封閉式看展的固有模式。

結(jié)語(yǔ)

目前分形理論在室內(nèi)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用并不廣泛，相關(guān)的理論研究也是處在淺顯階段，但是分形理論在室內(nèi)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用有著重要意義與價(jià)值。分形理論之于空間形態(tài)有著強(qiáng)大的塑造力，通過(guò)眾多跨門類學(xué)科的概念和方法為室內(nèi)設(shè)計(jì)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和一個(gè)行之有效的理論引導(dǎo)。

分形理論雖然不具有普適性，但打破了室內(nèi)設(shè)計(jì)抱殘守缺的狹隘視域，豐富了室內(nèi)設(shè)計(jì)手法。文章基于分形理論，以室內(nèi)設(shè)計(jì)領(lǐng)域?yàn)檠芯繉?duì)象展開(kāi)探討分析，其意義在于將室內(nèi)設(shè)計(jì)的理論科學(xué)化、空間形式多樣化。通過(guò)對(duì)本論文的撰寫，期待能引發(fā)室內(nèi)設(shè)計(jì)相關(guān)從業(yè)者們更多地對(duì)空間本質(zhì)性的思考，從而為今后的設(shè)計(jì)工作提供有效的借鑒。