基于分體學的城市設計思路剖析
——以巴特萊特建筑學院畢業(yè)設計為例

萬之源 | Wan Zhiyuan

1 分體學的理論闡述

分體學（Mereology）源于希臘語“meros”，意為“部分”。這個詞在哲學、形式學和邏輯學中都出現過；但在建筑學領域中，分體學被定義為通過對各個部分之間構成關系的研究從而達到“研究整體”的目的[4]。丹尼爾作為分體學介入建筑與城市設計領域的先驅者之一，曾于2016年出版了《分體城市》（The Mereological City）一書[1]，該書研究了現代主義時期建筑與城市之間從局部到整體的組合關系，認為分體學是從單體的特性（形態(tài)及參數）出發(fā)，達到對整體性質的把控，可為城市設計提供一種由零到整的新設計方法。

分體代表通過傳遞、映射和拼合等構成方式來展現建筑中一些具有相似屬性的組成部分[3]，并在建筑領域有兩種應用方式：①和類型學、形態(tài)學及拓撲學等一樣作為一種闡述特定建筑空間屬性的概念；②分體學也可以作為一種空間營造手法，將構筑物分解為單元并重構，在空間屬性不變的情況下其重構形態(tài)卻靈活多樣，就好比水有固液氣三態(tài)，微觀下水蒸氣和冰的分子結構相同，因分子排布方式不同，致宏觀下兩者的形態(tài)和功能皆不同。

為理解分體學原理，丹尼爾帶領研究生曾做過一個前期設計實驗。

課題是從單元（Un it）研究開始的。老師布置大家進行城市單元體的考察認知，本組以摩洛哥舍夫沙萬的藍色小鎮(zhèn)（Chefchaouen-Blue City Morocco）為母體對象，將小鎮(zhèn)按公共空間和非公共空間的構成關系分類進行單元萃取，得出內向型、外向型、下沉型和升高型4大類，共16種各異的空間基本單元；以其為基礎，取任意4種單元進行組合，可得出256種復合單元；以空間通達性為甄別依據，遴選出15種至少兩側有外接路徑的復合單元；再用該15種復合單元進行隨機組合，仍以高通達性為甄別原則，從中優(yōu)選出2種有城市片區(qū)意味的單層組團模型和2種多層（5層）組團模型（圖1）。該過程研究的對象由小到大，詮釋了分體學中從單元到整體的構成邏輯。

圖1 空間組團

上述實驗使我們認識到基于分體學的城市設計從城市空間調研中萃取基本單元的步驟，及單元由零到整的重構。實際上，空間單元既可來源于以城市體驗為基礎的原型捕捉，亦可來自設計師的奇思妙想，兩者一道成為空間單元的重要思想源泉，而后者往往更為分體學青睞，這從丹尼爾布置的另一個空間單元設計研究課題中可初窺端倪。

空間單元設計研究分兩步進行，第一步是單元設計，第二步為單元變形。

分體學的單元設計一般有靜態(tài)與動態(tài)兩種形式，所謂靜態(tài)單元一般以建筑中的某一構造、部件為母題創(chuàng)作，類似前述萃取的藍色小鎮(zhèn)空間單元原型；動態(tài)單元則是以部件的機械運動為母題創(chuàng)作。顯然，動態(tài)的單元設計充滿更多的未知與挑戰(zhàn)，下面以此為例進行闡述。

世界萬事萬物細分到最小單位時一般均表現出簡潔、規(guī)則的元素構成，據此我們采用一個簡單的長方體作為單元創(chuàng)作的主體，設想的空間單元具有滑動和旋轉兩種屬性，故設a柱為基礎，設b端為旋轉支點，c為旋轉軸，d為滑面；圖2上部分表示單元相對滑動過程，下部分則表示單元繞軸旋轉，由此完成空間單元設計初案。多個單元組合后的對象在分體學中被稱為部件（component），而多個部件組合成的對象被稱為組團（group）。現將4個單元分別賦予一些滑動與旋轉動作后進行組合拼接嘗試，圖3a展示了一個優(yōu)選出的部件；圖3b則為以部件疊落方式組合而成的一個組團。

根據庫倫摩擦模型，經過大量的幾何參數研究，最初的結果說明了長度或者直徑是影響拔出力的關鍵因素。然而，隨著研究的深入，更多的模型被測試之后，結果說明總接觸面積才是最終影響拔出力的因素。所以，單獨根據長度或者直徑得出的結論都是不可靠的[6]。

圖2 單元滑動及旋轉

圖3 a 優(yōu)選部件 圖3b 組團圖3c 塌落穩(wěn)定

丹尼爾對動態(tài)組團還有一個更有趣的研究：對單元組構的組團進行場力測試（Field effect），場力在本實驗中有推力和重力。設想對圖3b中的組團在重力環(huán)境中施以水平推力，組團中的滑體會在水平推力作用下滑移至卡止點，旋轉體會在外力作用下繞軸旋轉至碰止；最終組團在重力場中會呈現新的塌落穩(wěn)定（圖3c），從而得到一個令人意想不到的設計結果。

第二步開展的是單元變形的研究。將圖2中由abcd四種體塊構成的空間單元（unit A）進行單軸縮放與傾角變化，得到如圖4所示的六種變形單元。這一步對建筑空間的意義為：A中的豎向體塊可看作建筑空間中的立柱，隨著傾角的改變（A’），則變?yōu)樾敝?、樓梯或坡道，由此帶來整體流線的改變及空間功能的質變。變形單元也可按上述第一步進行單元—部件—組團—場力測試的實驗，限于篇幅不再贅述。

圖4 單元變形

上述設計研究均借助Unity軟件完成，這是一個具有運動模擬功能，還可與C#、Python等編程軟件聯(lián)動，進而增強圖形動作與功能的規(guī)劃設計軟件。相較我國當今常用的規(guī)劃設計工具（Sketch up、CAD、ArcGIS），Unity能在一定程度上有效簡化設計步驟，對結果進行量化分析，甚至制作或生成傳統(tǒng)軟件難以操作實現的圖形與空間，故而對抽象空間具有更強的規(guī)劃設計塑造能力，本文展示的絕大多數設計圖便是借助該軟件工作的結果。這也促進我們反思我國的城市規(guī)劃與設計部門是否應與時俱進，適時實現設計工具的更新? 正所謂“工欲善其事、必先利其器”。

2 基于分體學的畢業(yè)設計

丹尼爾帶領的第17研究組對基于分體學的設計歷經8個月的漸進式分步訓練，最后便是利用3個月的碩士畢業(yè)設計進行歸總檢驗分體學的綜合運用技能了。各小組畢設選題方向覆蓋代表性的靜態(tài)、動態(tài)兩種單元形式，我們組還是堅持動態(tài)單元組構的研究方向。與前期小尺度訓練不同的是，畢業(yè)設計需組構出更大、更綜合的組團，且還需以城市環(huán)境為立地。該類更復雜組團對Unity提出了更高的要求，對于一些達成不了的設計操作，設計者還需利用代碼插件自編程完成。例如獲得銀獎的靜態(tài)單元小組——Enfilade Architecture，為實現單元在限定邊界內自行生長復制，便需利用插件的代碼命令經迭代模擬實現。本組所研究的動態(tài)單元組構則是利用機械節(jié)點組合成整體后，在場力作用下形成的塌落穩(wěn)定體，這其間也需借助C#插件對運動的編碼而實現。下面對本組畢業(yè)設計進行介紹。

本組擬定的設計目標為解決城市中高層建筑之間的空中連接問題，據此鎖定了某國際大都市居住區(qū)中的4棟高100m、呈一梯四戶布局的高層住宅樓，設想以分體學的動態(tài)設計理念，創(chuàng)作出一組橋接4棟高樓的構筑體。

明確設計目標與場地選址后，畢業(yè)設計工作依舊從最基礎的單元設計開始。單元的構思源自城市空間意象中的母題提煉，該意象出自巴黎第13區(qū)布魯特大道邊一處城市花園中的一組有趣的樓梯（圖5），該組樓梯將無障礙坡道和梯道巧妙結合，具有高度的實用性和流暢的美感。設想將其按照不同的4種走向拆解并組合，由此得到了本設計最為重要的基本單元（圖6）。以此為基礎，對基本單元分別采用了重復疊加、單軸縮放和水平鏡像的分體學手法，組構出了3個雙層的復合單元，再用這3個復合單元組構出一個可內部相對滑動的部件，圖7是沿“Y”方向滑動形成的一個衍生體，類似的衍生體可無窮無盡生成，這賦予建筑橋接豐富的手段與可能，其基礎便是下述對部件形式多樣性的探究。

圖5 一組有趣的樓梯

圖6 畢設基本單元

圖7 單元衍生體

部件形式多樣性的探究也離不開分體學理論，故而對復合單元進行翻轉和鏡像嘗試，以空間通達性為甄別依據，在得出的64種組合結果中遴選出了9種部件（圖8a），用Unity對其反復滑動測試并優(yōu)選，圖8便是部件滑移所產生的空間最具多樣性的一個結果；故確定以此搭構組團，并形成線性組團（圖8b）、垂直疊落組團（圖8c）和螺旋疊落組團（圖8d）3種具有形態(tài)代表性的搭構結果。丹尼爾對線性及垂直疊落組團給予了肯定，并提議將這兩類組團作為高層建筑之間的橋接方式，讓城市凌駕于建筑之上（City in Architecture）。

圖8a 優(yōu)選部件 圖8b 線性組團圖8c 垂直疊落組團圖8d 螺旋疊落組團

上述兩種組團組構如何運用于高層建筑的橋接呢？首先要確定4棟高層的橋接點。接著是將部件以4棟高樓橋接點為基準進行嵌入式銜接。

針對現狀高層建筑的標準層平面，將其水平通道（藍色）、垂直通道（紅色）及4個戶型（黃色&綠色）按功能進行劃分，保證部件與現狀建筑的模數一致以便連接順暢；同樣以通達性為甄別依據，改造4種戶型使其具有多樣的對外銜接的空間，以此為基礎進行拼接測試；從而得到整棟建筑的橋接點（圖9），以此類推確定其他3棟建筑的橋接點；接著用前文所述的線性和垂直疊落組團與建筑群的橋接點按疏鏈組合（圖10a）與密鏈組合（圖10b）兩種方式進行拼接，完成聯(lián)系方案。此處還需利用Unity代碼插件，自編程完成。

圖9 建筑橋接點設置

圖10a 疏鏈組合圖10b 密鏈組合

為了讓組團更具現實意義，丹尼爾鼓勵大家探究小型組團中的空間功能。因部件中復合單元的滑移距離和各部件的組構方式不同，對應小組團上的流線也千變萬化。例如，部件中的任意復合單元滑移出的缺角剛好夠嵌入另一個部件時，會構成一個更大的平臺；部件中的兩個復合單元皆反向滑移至卡至點并列排布時，會構成線性廊道，錯位排布時則構成圍合型中庭等。接下來便是針對全局的深化設計，以組團為例。如將雙層單元所構成的中空夾層加以利用，如讓空間符合結構規(guī)律，再如在適當空間中加入材質和綠化等。如此這般使空間細節(jié)得以豐富，功能得以完整，并賦予空間良好的表現力（圖11）。

圖11 空間深化設計

在與丹尼爾深入探討后，選擇了圖10a中首張組團橋接模型進行最后的運動模擬測試，并對其塌落穩(wěn)定取樣，最終定型方案（圖12）。其中包含有對形體多樣性，空間通達性和美觀等諸多要素的權衡推敲，還有通過Unity插件中的可視化通達性模擬，手動刪除了一些多余的懸挑與連接，以便簡化實體模型制作的考量等（圖13）。過程雖充滿艱辛，但受益良多，從中體會到化不可能為可能的愉悅和理論結合實踐的成就感。

圖12 建筑中的城市

圖13 設計模型（1∶100）

結語

本次設計的結果由筆者看來并非很理想，且在高層建筑中，如此繁雜的橋接關系也不太現實，但丹尼爾從未反對過我們這么做，而是不斷地鼓勵我們在單元—部件—組團的各個不同設計研究階段注重精巧，注重空中橋接這種奇思妙想，還注重組構的多種可能性等。事后細思，丹尼爾其實更注重分體學介入城市設計的方法與過程，這種創(chuàng)造性思維的訓練是我國建筑類規(guī)劃設計專業(yè)所缺乏的。實際上通觀本次設計，筆者深有感觸的是，分體學的建筑設計思路不僅解放了建筑的形態(tài)，突破了原有功能，也對我國本科建筑教育中的以需求來主導研究方向的固有教學模式提出了新的拓展方向，為建筑行業(yè)未來的發(fā)展方向探尋出更多的可能性。例如本次的設計結果放在地球的重力環(huán)境下也許很難實現，但在月球甚至火星的微重力環(huán)境下，自由形態(tài)的建筑也許更能適應外星球復雜多變的地形和氣候，其拼裝式的單元組構也更便于批量制造和星際運輸。此類設計方法以計算機輔助運算并仿真物理環(huán)境進行建模，產生的結果在組合上相較現狀建筑有著更多的可能性，在形體上有更強的可塑性。如此的空間營造方法及結果，突破了我的想象，這也是我在巴特萊特學院一年中最寶貴的體驗與收獲，特以此文以覓同仁。

（注 感謝導師丹尼爾·科勒（Daniel Koehler），模型及理論助教拉薩·納瓦薩蒂（Rasa Navasaityte），軟件助教沙加夫·阿布·薩利赫（Sheghaf Abo Saleh），計算機編程助教何子明的指導）

資料來源：

圖3～4，8：諶佩文繪制；

圖5：https://huaban.com/boards/48415176；

文中其余圖片均為作者繪制或拍攝。