非線性科學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究論文

時(shí)間：2023-03-23 04:50:57 建筑畢業(yè)論文我要投稿

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　　摘要:介紹了建筑非線性的定義，從突變、混沌、分形等角度，闡述了非線性建筑的重要形式語(yǔ)言，提出了新幾何學(xué)、非線性結(jié)構(gòu)、環(huán)境生態(tài)學(xué)等幾種設(shè)計(jì)非線性建筑的新途徑，以豐富建筑的外觀形態(tài)。

非線性科學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究論文

　　關(guān)鍵詞:建筑設(shè)計(jì)，非線性科學(xué)，環(huán)境生態(tài)學(xué)，新幾何學(xué)

　　1建筑非線性概述

　　非線性科學(xué)使人類從全新視角認(rèn)識(shí)自然和社會(huì)。超越了牛頓原理和線性科學(xué)，而屬于隨機(jī)的、模糊的復(fù)雜科學(xué)領(lǐng)域。非線性建筑，概括地說(shuō)，就是在其設(shè)計(jì)過(guò)程、方法、結(jié)果等方面符合非線性特征的建筑形式。非線性建筑在狀態(tài)上具有開(kāi)放、動(dòng)態(tài)、模糊、非平衡特征，在結(jié)構(gòu)上具有去中心、層次、相關(guān)特征。受涌現(xiàn)、混沌、模糊、耗散等復(fù)雜性、非線性科學(xué)理論影響，非線性建筑得出一種自由曲面建筑形態(tài)，它從自身性能要求和周圍環(huán)境影響出發(fā)，試圖構(gòu)建一種新的美學(xué)、科學(xué)和哲學(xué)框架，從而適應(yīng)了非標(biāo)準(zhǔn)、不規(guī)則的因素。

　　2非線性建筑的建筑表達(dá)

　　非線性建筑在形式語(yǔ)言上呼應(yīng)了復(fù)雜理論、自組織理論、混沌理論、非線性動(dòng)力學(xué)等，曲面非線性是其在建筑形象上的首要特征。突變、自組織和分形是非線性建筑的重要形式語(yǔ)言。

　　2．1突變

　　從突變論出發(fā)，極度優(yōu)化的建筑設(shè)計(jì)也預(yù)示著對(duì)缺陷的極度敏感，而易于產(chǎn)生致命的損傷和災(zāi)害。運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的，刻意追求靜止穩(wěn)定態(tài)會(huì)引發(fā)根本的矛盾。以高層建筑為例，允許其在風(fēng)力等荷載作用下產(chǎn)生一定的位移反而是合理的，能夠有效預(yù)防突發(fā)的傾覆。建筑設(shè)計(jì)也是如此，過(guò)度追求形體均衡和功能嚴(yán)密，就會(huì)造成建筑對(duì)其環(huán)境因素的極度敏感。非線性建筑則在根本上解決了這個(gè)問(wèn)題。非線性思維下的設(shè)計(jì)本身就充滿矛盾，建筑設(shè)計(jì)處于持續(xù)的運(yùn)動(dòng)中，并不追求極度的勻稱。這樣，就能夠在運(yùn)動(dòng)中找到更和諧的平衡。由扎哈哈迪德建筑師事務(wù)所設(shè)計(jì)的黎明之塔就是變與不變和諧統(tǒng)一的典范之作，圖1是黎明之塔的設(shè)計(jì)過(guò)程中的形體演變。

　　2．2混沌

　　決定論認(rèn)為，初始條件一定時(shí)，事物的發(fā)展是可以預(yù)見(jiàn)的。而混沌否定了這一想法，它是產(chǎn)生自確定性的非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，表面卻似無(wú)規(guī)則的類隨機(jī)現(xiàn)象。仙臺(tái)媒體中心就很好地體現(xiàn)了混沌的思想，它由十三根海草型的管柱支撐起六層地板，形成空間主體。設(shè)計(jì)師伊東豐雄基于人與空間的開(kāi)放性與互動(dòng)性思考，設(shè)計(jì)了這種不確定的空間�？臻g主體不設(shè)隔墻，給使用者充分的空間和自由的感覺(jué)。整棟建筑于混沌中充滿了和諧和柔和，如圖2所示。

　　2．3分形

　　混沌具有確定與非秩序的矛盾屬性，而分形，則可以認(rèn)為是秩序的保留，是非線性和混沌中隱藏的確定性。自然界中，非確定的物質(zhì)常常在其功能、結(jié)構(gòu)等方面存在自相似性，這就是分形。這種分形是對(duì)復(fù)雜性更深層次秩序性的重要表達(dá)，這種自相似、自仿射的手法也是非線性建筑的重要形式。眾多建筑師采用分形幾何的理念成就了許多建筑的經(jīng)典之作，如圖3所示。

　　2．4非線性建筑設(shè)計(jì)的表現(xiàn)方法

　　圖4運(yùn)用流動(dòng)、折疊、傾斜和旋轉(zhuǎn)手法的建筑設(shè)計(jì)非線性建筑設(shè)計(jì)的表現(xiàn)方法主要有:流動(dòng)曲面、折疊融合、傾斜疊加和旋轉(zhuǎn)扭曲，如圖4所示。流動(dòng)手法通過(guò)運(yùn)用曲線和曲面構(gòu)造建筑的空間，給予傳統(tǒng)“盒子”建筑難以呈現(xiàn)的強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)感。折疊手法打破了傳統(tǒng)建筑立面與平面的絕對(duì)垂直關(guān)系，使之融為一體，將建筑構(gòu)建成內(nèi)部與外部空間相融合，空間與人流相適應(yīng)的形態(tài)。傾斜手法的運(yùn)用是用多緯度的幾何體替代了傳統(tǒng)笛卡爾坐標(biāo)系的橫平豎直，賦予建筑破碎感。旋轉(zhuǎn)手法基于基本型的旋轉(zhuǎn)生成沿母線的流動(dòng)形態(tài)，構(gòu)成新的多維建筑形態(tài)。

　　3設(shè)計(jì)非線性建筑的新途徑

　　3．1新幾何學(xué)

　　非線性建筑以形態(tài)為最顯著特征，其發(fā)展離不開(kāi)對(duì)分形、拓?fù)涞葞缀螌W(xué)(如圖5所示)的研究。分形幾何的本質(zhì)在于自相似，是非線性建筑空間的重要來(lái)源，可以產(chǎn)生傳統(tǒng)幾何難以企及的構(gòu)型。從拓?fù)鋵W(xué)出發(fā)，將空間進(jìn)行扭曲延展也是非線性建筑設(shè)計(jì)的重要思想，可以產(chǎn)生極好的形態(tài)效果。

　　3．2非線性結(jié)構(gòu)

　　直線受力是牛頓力學(xué)中最科學(xué)的結(jié)構(gòu)形式。但在非線性科學(xué)角度，曲線結(jié)構(gòu)的優(yōu)美和合理性是無(wú)法取代的。西班牙建筑師Calatrava是建筑結(jié)構(gòu)美學(xué)大師，善于將建筑和結(jié)構(gòu)兩個(gè)層面相結(jié)合，來(lái)指導(dǎo)建筑設(shè)計(jì)，進(jìn)行創(chuàng)作。這種結(jié)構(gòu)美學(xué)與建筑形態(tài)美學(xué)相結(jié)合的方法能夠把力學(xué)、數(shù)學(xué)、美學(xué)完美結(jié)合在一起�；谶@種思想，他創(chuàng)作的一批建筑作品享譽(yù)世界，如巴倫西亞科學(xué)城中這種把橋梁結(jié)構(gòu)和建筑結(jié)構(gòu)相結(jié)合的形式。

　　3．3環(huán)境生態(tài)學(xué)

　　建筑總是存在于一定的環(huán)境中的，而且必須具有對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。地域環(huán)境對(duì)建筑形式的選擇、結(jié)構(gòu)的確定和空間的優(yōu)化都具有顯著的影響。如果建筑師能夠主動(dòng)的利用環(huán)境，比如光線、風(fēng)向、地勢(shì)、降雨降雪，將會(huì)創(chuàng)作出令人眼前一亮的作品，而且將會(huì)有利于建筑節(jié)能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。比較典型的例子來(lái)自于倫敦市政廳(見(jiàn)圖6)，它來(lái)自于建筑師NormanFoster之手。整個(gè)市政廳建筑呈變形后的球形體，整體向南傾斜3°的設(shè)計(jì)使得每一層樓板自動(dòng)成為下一層空間的遮陽(yáng)板，而且這種錯(cuò)位的設(shè)計(jì)還自然而然的加強(qiáng)了市政廳內(nèi)部的自然通風(fēng)，從而降低了人工通風(fēng)能耗，增強(qiáng)了節(jié)能能力。這種傾斜設(shè)計(jì)也保留了對(duì)建筑環(huán)境的敬畏。建筑北側(cè)沿河的人仍然可以接受到日光而不被建筑遮擋。另外，市政廳曲線靈動(dòng)的形態(tài)也更好的實(shí)現(xiàn)了與周圍環(huán)境的融合。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　非線性建筑以非線性思維為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，常常在突變、混沌中體現(xiàn)出復(fù)雜性，又會(huì)以分形和拓?fù)涞姆绞襟w現(xiàn)出更深層次的秩序性。非線性建筑可以創(chuàng)造出不同于傳統(tǒng)歐幾里得幾何建筑的優(yōu)異形態(tài)。通過(guò)前沿幾何學(xué)、非線性建筑結(jié)構(gòu)、環(huán)境生態(tài)學(xué)的研究，能夠形成新的非線性建筑設(shè)計(jì)思路。依托于飛速發(fā)展的數(shù)字技術(shù)，非線性建筑設(shè)計(jì)為城市空間提供了浪漫和靈動(dòng)的氣質(zhì)，取得了飛速的發(fā)展。但必須指出的是，在進(jìn)行非線性建筑和線性建筑的選擇時(shí)，需要根據(jù)現(xiàn)實(shí)的區(qū)域環(huán)境、經(jīng)濟(jì)條件和人文歷史進(jìn)行深入細(xì)致的探討對(duì)比分析。

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