室内非线性形态的切片建造研究

张楚浛

室内非线性形态的切片建造研究

张楚浛

本文通过对非线性形态的切片设计的理论背景的梳理，并结合与非线性形态的切片设计相关实际案列，主要解读非线性形态的切片设计手法、特征、形式、以及建造方法等方面，来探索室内非线性形态的切片建造研究。

非线性设计 形态 切片 建造

引言

谈论到非线性设计，人们常常联想到一些形式复杂的设计以及高额的建造费用。在新型的室内空间设计中，非线性设计手法被使用地愈来愈普遍。随着数字化建模技术的成熟，通过采用数字驱动的建模和计算机切割材料的技术，我们几乎可以创造出任何想象的形态。切片设计是非线性形态设计中较为简单的设计方法之一。 这种设计方法虽然简单，但设计的形式却很多。在注重形式美的同时，也注重了设计的环保性。本文通过对非线性形态的切片设计的理论背景介绍，并结合相关的实际案例，来分析室内设计中非线性形态的切片设计的建造问题。

一、“切片”概念及理论背景

1.非线性设计与“切片”建造概念

“切片”的探索最早出现于医学的研究领域中，将各类细胞组织做成切片在光学显微镜下观察，获得了很多有价值的医学图片。 非线性设计中的“切片”主要指一个类型的设计方法，这种设计方法即将非线性的几何体切成片状形式。设计师可以通过切片的设计手法，创造出一些非常复杂的形态，但其建造过程却会变得相对简化。

“切片”的建造方式主要分为两种。 一种是非物质的数字技术建造，包括创造性的使用脚本，编程和非线性模型软件，主要运用到的建造平台软件是犀牛 （Rhino） 以及它的相关插件蚱蜢（grasshopper）。 犀牛主要是设计初始的几何形体，切片设计形式则需要通过它的插件蚱蜢来完成。 另一种是物质建造，主要指基于非物质建造基础上，通过材料切割并组装，实现实体的建造。常用的切割方式包括：数控切割、激光切割、高速水流等。 物质建造需要根据建造材料的不同，选择相对应的切割方式，但每一种切割方式都根据自己的特点具有一定的优势。 可以说，切片制造技术目前已经发展的比较完备，能做到与非物质建造中的数字模型信息的无缝衔接。

2.非线性形态的切片特征与手法

非线性形态主要是区别于线性形态而言。线性形态主要指一些规则的几何形体，而非线性形态则具有曲线、曲面、或不确定的属性等特征。 非线性设计形态的特征常常是一个有机的、动态的、以及仿生的统一的整体。 整体与局部之间往往属于同构的关系，他们拥有自相似性。 同时，非线性形态设计也许不都是从形式出发，但最终都将以形态的呈现作为结束，说明了非线性形态在非线性的诸特性中是一个具有总体概括性的要素。

图1-1 非线性曲面形态的切片

运用切片设计方法生成的形态也属于非线性形态，具有非线性形态的基本特征。切片形态设计是非线性形态设计中较为简单的设计方法，主要特征表现为大量的片与片之间的重复与堆叠。大量的简单切片形态通过一定的组织原则形成整体曲线形造型，涌现出超越材料本身属性表达的形态美。 非线性形态的切片具有多样性的特征，虽然不同的切片形式的设计方法差不多，但表现出来的形式却是不一样的。常见的切片形式有纵切、横切、斜切、相互正交切等（如图1-1）。

非线性形态的切片设计是一个将3D 几何体转化为2D 片状，再转为3D 几何体的一个过程。其设计手法主要是通过建立非线性几何形态，并在非线性形态的基础上，将非线性几何形态进行二维方向的切割。 其建造过程主要是在犀牛（Rhino）确立好想要的几何体量模型，在此基础上用犀牛的相关插件蚱蜢（grasshopper）的脚本将确立好的几何体进行切割（如图1-2）。 蚱蜢编程的原理是根据 XY 坐标轴做垂直、平行、45度角于坐标平面的多个等距的矩形，距离可以通过参数变量控制调节。然后通过将这些矩形设为中点，产生新的坐标体系后，绘制出半径大于最高点到 XY 轴平面的距离的多边形，再通过切割得出原轮廓模型的切口曲线，将曲面边缘生成平面，最后通过向各自曲面的法线方向推拉出一定的间隔作为材料的厚度。几何体形成的片状的厚度也可以通过参数变量控制进行调节，将几何体的切片提取出来布置在 XY 平面上， 用自动化的文字和数字标记他们，把文件保存成适合切割的格式，然后把模型用切割机切割出来，非线性的切片设计建造主要是用叠合方式，即把模型切片按照图纸上的标号逐个叠合起来形成整个造型。（如图1-3）

图1-2 切片脚本之一

图1-3 脚本解析

二、室内非线性形态的切片建造分析

非线性形态的切片设计在室内设计中的运用越来越为普及，不仅是因为切片设计能打破传统的室内设计手法，而且是因为非线性形态的切片设计同时具备强大的功能性，即非线性形态的切片设计能够使形式与功能完美融为一体，并更强调了其功能性。再者，非线性形态的切片设计的手法较为简单且建造成本相对较低，却可以达到很好的视觉效果，使室内空间变得生动活泼。下文将结合室内的非线性形态的切片设计实例，通过分析案例中的非线性形态的切片设计与物质建造，详细解读非线性形态的切片设计在室内空间中的运用。

1.顶面与立面非线性形态的切片建造

非线性形态的切片设计当被用来做室内的顶面与立面时，室内的空间结构将会发生改变，使得原本的空间形式不再单调，而是具有丰富性与动态感。虽然切片设计在整个空间中更多的是起到一种装饰的效果，但是位于澳大利亚的墨尔本的贝克.D.芝瑞科（Baker D Chirico）面包店却将顶面与立面非线性形态的切片设计赋予了功能性在其中。

该面包店的灵感来源于寻求保持简单和真实的产品，把面包店构想成为一个超大号的粮仓。这个面包店立面的切片形态形成了一面起伏变化的切片墙并延伸到了顶面，立面的切片墙被设计成一个可以放置面包的货架，架子上的每个格子的宽度和高度都通过精心的安排，以适应各种面包、罐头的形状，并可以自由调节（如图2-1）。

这个空间务实的布局，内部线性的排列，使有限的空间在最大程度上得到利用。面包店的切片形态首先根据空间的尺寸进行了3D 软件模拟建造，运用正交切片的设计形式，选择胶合板作为切片的材料，然后进行计算机编号和排序，通过数控切割的方式将木片单元体进行切割。木片的支撑结构没有用到钢筋固定或是连接件，而是通过具有一定间隔的横向与纵向的木片垂直交叉的方式来当作形体支撑的骨架。（见表1）

2.室内固定设施非线性形态的切片建造

利用非线性形态的切片设计代替室内固定设施，可以弱化空间中垂直墙面给人带来的生硬感，有秩序的曲面切片还能引导人们的人流走向。 SPAR 超市处于匈牙利的布达佩斯，整个空间中随处可见曲面切片，货架和天花板都是非常流畅的木质线条，肆意的蜿蜒使空间充满了设计感。地面也同样地运用了深色的地砖，搭配温和柔软的灯光,营造了一个尽管在强调工业主要元素，但又非常舒服的氛围。

图2-1

空间设计的灵感来源于超市的名字 SPAR，在荷兰语中的意思是松林，因此整个空间中随处可见非线性形态的木片。 天花板上的切片结构具有一定的引导性，可供顾客选择购物的路线。非线性的切片形式不仅运用在了天花板上，就连放置葡萄酒的柜子也运用了切片形式。天花板由上向下流动到地面并转换成三维形式，在摆放葡萄酒的区域，天花板的木片继续流淌到地面上，形成一个类似酒窖的空间。 （如图2-2）

图2-2

图2-3

这个店面切片形态的建造首先根据空间的尺寸，通过3D 软件先进行模拟建造。然后将设计好的形态运用切片竖切的设计手法生成片状单元体，然后通过数控切割机切割与组装。由于顶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。 顶面的切片建造主要是通过钢筋固定，片与片之间的距离通过钢筋管预先设定好。地面上酒柜的建造方法主要是运用片与片之间的垂直正交穿插。（见表1)

3.可移动设施非线性形态的切片建造

室内可移动设施运用非线性形态的切片设计越来越普遍，很多校园的实验性教学中，也会涉及的可移动设施的切片设计。位于西班牙的塞维利亚的野营（Camper）鞋履店内的可移动设施如：展示柜、座椅都是运用的非线性形态的切片设计。 由于这个室内空间的建筑面积只有66平方米，空间类型属于简单规则的矩形空间，所以非线性形态的切片设计就成为了店面的亮点。

空间的设计灵感来源于店名“Camper”在加泰罗尼亚的语意“农村”，想象顾客的鞋子踩着不规则的地面，像一个步行者悠闲地徒步在农村。设计师运用非线性形态的切片设计将多种功能集于展示柜一身，其形态的创意来自不同鞋款的外形轮廓，而不同的展示柜有高大、有短小，象征的男人、女人；展示柜形态表面有凸起和凹陷，象征着有山丘和洼地。 起伏变化的展示柜，凹陷的部分则具有座椅的功能。

这个空间切片形态首先通过3D软件进行模拟建造出不同鞋款的外轮廓，制作出起伏变化的非线性形态，然后同样是运用切片设计手法将非线性形态进行切片处理，生成片状单元体，通过数控切割机切割。片与片之间主要是通过钢筋固定，将组装好的展示柜表面嵌入一层扭曲的“镜子”（反光的金属片），营造出一种在反射面中显示出扭曲倒影的效果，顾客可以从中获得快乐的体验。（如图2-3）（见表1）

案列 室内运用 切片形式 材料 切割方式 切片建造Baker D Chirico 顶面、立面 正交切 胶合板 数控切割 切片垂直穿插固定SPAR 室内固定设施 竖切为主正交切为辅 木板 数控切割 平行切片之间钢筋固定、切片垂直穿插固定Camper 室内可移动设施 竖切 胶合板 数控切割 平行切片之间钢筋固定

结语：

非线性设计往往被人与纷繁复杂的非常规的形式联系在一起，使得它被片面的理解了。其实非线性设计方法所表达的形式不一定是复杂的，也可以将形式做的很简单。非线性形态的切片设计打破了人们印象中复杂的非线性设计方法，通过简单的切片设计手法，将一些预想不到的形态得以实现并实施。非线性形态的切片设计运用静态的设计,却展示出了动态的效果，使得原本单调的室内空间变成生动活泼，富有动感。 在技术发展的推动下，非线性设计与非线性的建造以及彼此的互动将是设计发展的必然趋势。 所以，我们应该从设计与建造的之间的关系出发，来研究非线性设计并以推动其向更好方向的发展。

[1]【美】尤卡·约崎雷多，邱博舜译．建筑维护史［M］．台北：国立台北艺术大学出版社，2010．

[2] 刘先觉．中国近代建筑总览——南京篇［M］．北京：中国建筑工业出版社，1992．

作者单位：南京艺术学院设计学院