论非线性建筑设计

黎佩根

摘 要：当前，在西方建筑创作中出现的追求非线性形态的建筑倾向对非线性学科有着不解的渊源，一些建筑师有意或无意地引入了非线性科学的基本原理来拓展建筑创作的理论和方法。复杂形体建筑是用理性表达感情的典型建筑类型，虽然在目前世界范围内，总体的建造量不算太大，但它代表了建筑设计领域和建筑技术的最高水准。

关键词：建筑空间；非线性；设计

引 言：建筑非线性设计理念作为今建筑设计最前沿的科学理论，它正改变着人们的审美观与思维模式，在建筑非线性设计在城市规划建筑空间设计中的实践，是有效塑造特色城市的可资研究重要指导方法。

一、非线性建筑

非线性建筑是一种连续流动状的形体，这种形体作为结果是来自于对本身建筑性能结合周边环境因素的分析，通过对各种影响建筑因素的研究，提练和综合，最终将各种影响因子从概念发展到形象，作为建筑的最终形体。由于影响的因素是复杂的，建筑的形体也必然是不规则的。因而建筑的形体是设计研究过程的结果，是分析发展的生成物，从而也最符合建筑的性能，并也能最好地适应场地。流动状的非线性形体不仅在形体的生成上依赖于计算机软件技术，并且在形体的建造上依靠于计算机辅助制造技术（CAM）。借助于编程或已有软件，影响建筑的各种因子首先转化成计算机内在逻辑语言，而后可通过计算机生成建筑形体，经过不断地修正与反馈，确立最终建筑形体。而借助于计算机数控机床（CNC机床），非标准的建筑形体可以拆分成不规则的部件，由计算机数控机床自动制造出来，并组装成型。计算机强大的运算能力为非线性建筑的产生与发展奠定了坚实的基础。

非线性建筑探索是上世纪60年代发生的非线性科学理论（即复杂科学理论）在建筑设计上的反映，受到模糊理论、混沌学、耗散结构理论、非标准数学分析等学科的启发，同时在思想上以20世纪哲学家吉尔·德勒兹的去中心学说及相关哲学思想为武器，但最重要的技术手段在于依靠计算机强大的运算能力解决各种综合性复杂问题，包括分析影响参数、图解系统分析结果、生成建筑形体、选择多样结果、控制数字化机床、制造建筑构件、指导建筑施工等等。60年代，当复杂科学理论建立时，就有建筑师把它运用在建筑上，试图改变设计方法，但是因为缺少有效的计算机手段而流产，但90年代末，这种科学的建筑设计方法却迅速地在世界各地蔓延，这主要功劳应归于计算机技术的发展。

二、非线性建筑空间设计

非线性建筑设计探讨了褶子的世界。在这个世界中，时间和空间随着物质的折叠、展开和再折叠而形成。物体是在由内向外及由外向内的双向折叠中形成的，因此，物体本质上没有内外之分，外观是物体自组织的体现。这一观念打破了欧几里德几何的传统空间概念，展开了一个动态运动中时空共存的流动世界。

非线性建筑设计是对游牧空间的瞬时定格取型，游牧空间对应于矢量状态空间而言，在矢量空间中的运动受力的牵制，只能在固定点之间运行，而游牧空间是开放的，运动可以在任意点之间发生，变量永远处于变化的状态之中。因而非线性设计追求“平滑”，它是游牧空间的个性写照。

三、非线性建筑设计中建筑表皮的表现性和逻辑性

1、表现性

非线性建筑中，建筑表皮的表现性直白来说是材料的表现。从远古时期开始，材料的选择和运用就是建筑设计的不可或缺的组成部分，对于非线性建筑这种特殊的建筑，材料所形成的建筑表皮的显得至关重要。“如大跨度建筑物顶盖、中小跨度屋面板、工程结构与衬砌、各种工业用管道压力容器与冷却塔、反应堆安全壳、无线电塔、贮液罐等。工程结构中采用的壳体多由钢筋混凝土做成，也可用钢、木、石、砖或玻璃钢做成。……所有这些都是建筑师的材料，是我们的材料。”表皮的应用会给非线性建筑的设计带来怎么样的诠释，是现代建筑师关注的焦点。

2、逻辑性

对于当代建筑师而言，以图案性的装饰重现建筑表皮显然是比较肤浅的。在进行建筑表皮的建构时，如何将表皮的装饰性统一在建造的逻辑之中是一个不容回避的问题。

三、非线性建筑设计中表皮的表现性与逻辑性冲突

1、表现性与逻辑性的矛盾原因

建筑表皮的表现性与逻辑性有着怎样的关系？符合逻辑的表皮就一定有表现力吗？是否可以为了表皮的表现性而違反逻辑？这两者能不冲突地共存吗？

在一定程度和范围讲，表现性和逻辑性是相互矛盾的。如中国传统建筑中的斗?，用非常复杂的构件来传递梁到柱子的荷载，远没有一根斜撑来的直接，从逻辑角度来说，斜撑是最有效、最经济的减小跨度的手段，但是试想一下，如果造型丰富的斗?被一根细杆所代替，中国传统建筑就会失去神韵，也失去了其伦理功能.

通常情况下，建筑本身的复杂性决定了建筑结构与构造不能完全替代建筑本身，由于建筑有很深刻的人文因素，人的感情和意识在很大程度上也影响了人们对建筑的认知。比如很符合力学逻辑的三铰拱在地面附近由于没有弯矩，构件截面很小，会给人以不安全的感觉。此时的结构构件虽具有逻辑性，但是它并没有表现出强壮有力的支撑感，给人以错误的直观感受。而往往不完全符合或违反逻辑的构件却有预期的表现力。所以，应充分利用现代材料加工技术，对材料和结构进行“真实与清晰”的表达，体现材料自身的美，或者用新的加工手段创造材料以往从未有过的感官体验。这样我们既忠实了材料和构造，也没有放弃对美的追求，并且能更有效地推动建筑的发展。

2、表现性与逻辑性矛盾的解决方法

关于讨论非线性建筑中表皮的表现性与逻辑性的关系问题，我们会首先想到2010年上海世博会，各国带来的“建筑盛宴”。外部观察每一个国家馆的建造，每一座非线性建筑中表皮的表现与逻辑是非常融洽的，怎样做到这种平衡关系？以下就以世博为主要实例来分析这种关系。

（1）视觉表现的逻辑性

材料本体的表现是一种永恒的、实在的表现，可以抵抗建筑在意义上的阐释和形象上的象征，使建筑在这个纷繁瞬变的图像时代里成为人们实在的、可以依托的处所。通过材料有序或者是有秩的组织塑造，给非线性建筑赋予非同一般的特点，使得视觉表现淋漓尽致。

（2）设计逻辑中的材料表现 建筑设计不应该只关注表面形式，而生成逻辑才是重点。对于非线性建筑来说这点尤为重要，否则非线性设计的建筑革命将沦为对形式风格的时髦追求，而对建筑表皮这个多年来作为无数建筑师关注焦点和设计出发点的研究，不应只停留在形式的总结和经验的分析层面，更应从设计理念和建构方式的层面进行探索。

（3）逻辑性与表现性结合

当代社会生活的各个方面都存在着矛盾。同样，非线性建筑的表皮设计中的表现性与逻辑性相互作用也存在矛盾。建筑师通过表皮围合奇异的空间形式，反映了他们探究矛盾解决的表达方式。在这些表达方式中，充分诠释了非线性建筑中表皮的表现性和逻辑性的结合。这种结合驾驭在矛盾之上，完美地展示了建筑所要传达的哲学精神。

结束语：

随着社会大背景的变化，作为建筑美学主要体现者的建筑表皮已经逐渐地改变从属地位，受到了广泛关注。非线性建筑表皮就是非线性建筑理论在建筑表皮设计上的具体应用，结合多元文化的繁荣，视觉艺术、数字技术的空前发展，以及非线性建筑设计下的表现性与逻辑性完美的结合，使得非线性建筑更具魅力。

参考文献：

[1] 袁承志.论非线性建筑设计[J]，华中建筑2012年 第8期 9

[2]（德）托马斯·施密特著，肖毅强译.建筑形式的逻辑概念[M」.北京：中国建筑工业出版社，2002

[3]《大师》编辑部编，彼得·卒姆托传[M」.北京：中国建筑工业出版社，2007