基于耦园的小区规划生成设计拓扑学分析

孙胜男，张一卓

(聊城大学 建筑工程学院,山东 聊城 252059)

拓扑学起源于著名的七桥问题。1736年欧拉解决了该问题后，于1750年发表了欧拉多面体公式，标志着拓扑学的诞生。其后，拓扑学在各个学科都得到了广泛的应用。现代建筑设计常以欧氏几何作为其几何理论支撑，然而欧氏几何是一门定量研究的几何理论，在研究不规则构图时常常会有较大的制掣。拓扑学则是一门定性的几何理论，其研究的是几何形体一些更本质的特征，如点的数量、顺序甚至图形对人的心理冲击等因素的联系等[1]。拓扑学在研究自由构图时具有独特优势，并且可以深刻地剖析空间构成中深层次的联系。

耦园是明清私家园林中的杰出代表，以其自然不对称的布局、奇趣不规则的空间形态取得了独特的空间效果，故以传统的欧氏几何作为理论平台去研究它的空间生成逻辑是非常困难的。拓扑学“定性”而不“定量”的研究方式可对园林的空间构成系统进行研究、归纳和总结。本文通过一系列的拓扑学分析，将耦园的空间形态、空间感受和路径应用到现代小区设计，以期带给使用者居于耦园般的生活体验。

1 园林空间骨架处理

1.1 园林空间原型确定

苏州耦园地理位置优越，又蕴含深刻的历史人文轨迹，加上建筑美感、山水空间设计饶富巧思，使它成为远离人事纷扰的芳草园[2]。它由一对伉俪情深的夫妇所建，不仅体现着古代士族“城市山水”的价值观，更处处透发着浓浓的生活情趣，符合当代城市居民的居住观念。本文选取耦园东园作为园林空间原型。

1.2 园林空间骨架提取

在运用拓扑学对空间形态进行处理时，大致可分为4个步骤：设定初始状态、建立转换机制、制定评价机制和编写设计程序。

1.2.1 园林骨架初始形态设定

路径作为园林游览路线穿插于园林各个景点之间，引导游人前行欣赏园中各景，因此可以认为人对园林的体验是以路径为基础的[3]。结点和弧段是反映拓扑关系的两个基本要素[4]，其中弧段指的就是连接空间节点的路段，而结点就是园林中的空间节点，即建筑空间或景观空间。

1)主要路径的提取

如图1所示，整个耦园东园的空间结构是以一条主要路径串联起主要功能景观空间的，即建筑学空间原型中常被提及的线型平面。自主要入口开始，经过各楼阁亭榭、山石水木等不同的空间节点，最终到达游园出口。将耦园主要的游览路径加以提炼，抽象出路径的具体组织形式，仅保留具有骨架意义的线段，可以清晰地观察到路径上的主要空间节点分布。

2)空间节点的提取

主要路径提取完毕后，根据平面图中所显示的各空间类型，可以提取出耦园不同的空间节点。在提取空间节点时，将形态各异的具体空间抽象成不包含具体形态的均质空间点，而后根据节点的空间性质变化，将节点归纳为6个主要的属性空间。此处所述空间性质变化，主要是指空间的围合与开敞变化给人带来的空间感受的变化。例如刚刚进入耦园后，是一连串的围合程度较高的实体空间，因此该处若干节点被归纳为一个空间区域，并辅以相同的颜色。在结束这段空间后，空间性质发生了变化，空间的围合程度降低直至消失，取而代之的是一片开阔的景观，因此接下来的几处相同空间性质的节点归入下一个空间区域，同样辅以相同的颜色加以示意，以此类推。完成空间路径各个节点的提取后，园林空间原型骨架如图2所示。

图2 园林空间原型骨架Fig. 2 Spatial prototype frame of Couples Garden

1.2.2 转换机制的建立

在进行拓扑变化时，必须要有一套确定的机制作为拓扑变形的平台。规则的“适应性衍生”是生成设计得以进行的根本。为了揭示规则变化的深层结构，我们借用“机制”来描述规则衍生的过程。生成机制主要由形态、效能、生成3个核心概念组成，“形态”是“生成体系”的物质载体[5]。为保持园林空间骨架原型的空间感受不变，而变换其原始的形态以满足新项目的需要，其转换机制以“形态要素”为中介。在保持其“弧段”和“节点”的空间结构体系不变的前提下，受项目地形、道路关系等诸多实际因素的限制，需对空间原型骨架形态做出一定的拓扑变形，如根据实际项目要求，小区需设两个主要入口，分别朝北向和东向，小区主要车行道路应满足“通而不畅”的要求等。

1.2.3 制定评价机制和编写设计程序

评价机制主要起效能评价的作用，即对方案设计概念的实现程度是否满足预期、功能性能是否能够满足使用者的生产生活需要等进行评价。在评价机制做出反馈后，转换机制会对生成规则做出调整，以保证生成的形态愈加合理。

完成前面的步骤后，根据设定编写设计程序。

1.3 园林空间骨架的拓扑变形

在园林空间原型骨架的基础上，作出如图3所示的第一次拓扑变形。可以看出，本次拓扑变形属于拓扑同胚变形，即在形态变化过程中可以发生拉伸、扭转、弯曲、放大、缩小及其组合作用的形态变化，发生这些同胚变换时还可以同时引起皱折或展平折痕，与形态发生变化前的原生形态有着一定的联系，仍然可以分辨出形态之间变换的传承关系[6]。在完成第一次拓扑变形后，可以看出虽然骨架的欧氏几何形态发生了巨大的变化，但是基本的空间结构却与园林空间原型保持一致，在进行空间体验时，依然可以保持与原始园林空间相似的空间感受。

图3 第一次拓扑变形Fig.3 The first topological deformation

第一次空间骨架拓扑变形后，空间骨架形态已基本满足项目基地的各项需要，但为了使骨架形态更符合当代生活需求和审美观感，满足园林空间观感中路径曲折萦绕、自然的要求，机制对生成规则做出调整后实现了第二次拓扑变形，生成了如图4所示的空间骨架形态。

图4 第二次拓扑变形Fig.4 The second topological deformation

第一次拓扑变形形态作为基础空间网格处理时的骨架结构，第二次拓扑变形形态作为空间网络进行拓扑变形时的骨架结构。

2 基于空间骨架的小区空间形态拓扑处理

实际操作中，需要基于空间骨架对整体空间进行适用于实际地块的处理。如图5所示，方案设计用地位于B地块，整体地块大致呈正方形。

图5 方案设计用地Fig.5 Project site

2.1 基于空间骨架的项目用地处理

在进行项目用地处理时，首先将地块像素化，分割成均质的矩形块，而后植入生成的空间骨架形态。这一过程具体可分为两个部分。

1)将空间骨架中的路径系统，即第一次生成的拓扑空间形态植入像素网格中，此时路径在空间网格中支撑起了初始的空间骨架。

2)根据空间点的空间性质，将处于空间点分布位置处的网格涂色以示意不同的空间属性，形成小区空间形态原型。最终效果如图6所示。

图6 空间形态原型Fig. 6 Prototype of space

2.2 基于空间骨架的空间形态拓扑变形

具有相似空间属性的区域，由于其空间感受相似，在原始的园林空间中，这些节点也是通过一个完整的序列给人以一个完整的空间区域体验的。因此对具有相似空间属性的空间区域进行合并，形成了6个主要的属性空间。其中由于2个属性空间区域由一条虚化路径联系，具有行为的可达性，并且在视线上呈现通透联系，在视线上亦具有可达性，所以其空间属性相似，可归纳为一个属性空间。这样就形成了5个主要的空间区域，对应小区规划中不同的建筑组团。

在完成空间形态的原始处理后，将生成的形态原型设定为初始状态，以空间骨架第二次拓扑变形得到的形态为转换机制对其进行拓扑变形，得到的最终拓扑空间形态如图7所示。

图7 最终的拓扑空间形态Fig.7 Final form of space on topology

经变形得到的最终拓扑空间已经形成了基于耦园空间关系的新形态，但不同的空间区域还处于均质的状态。为了还原耦园空间的固有空间属性，需要对不同的空间区域做出针对性处理。

3 拓扑最终形态的空间感受处理

基于原有园林的空间体验营造新地形的空间感受时，首先应了解园林空间的特质。江南传统园林在对有限空间的处理上，有独特、丰富的经验和手法，如空间对比、空间分隔、空间曲折及其组合等方法[7]。

3.1 空间特质的拓扑学转译

在转译耦园的空间特质时，鉴于空间是一个无形的抽象概念，因此引入“心理拓扑”的概念。当建筑的使用者处于某建筑空间里，在心理上享有与拓扑建筑同样的心理感受时，含有这样空间的建筑为心理拓扑建筑[8]。三维空间之间相互的影响常可以产生超越三维的效果，以常规的拓扑学几何理论很难将这种多维度的感受表现出来。但是通过心理拓扑的手段，研究各种空间变化对心理产生影响的原因，并总结成拓扑空间原型，基于原有空间核心进行拓扑变形，就可达到心理拓扑的效果。

3.1.1 空间对比的转译

空间对比的形式有许多种，在选取的耦园空间原型中，主要有旷奥、虚实等对比形式。旷奥对比一般指带给人开敞明亮感觉的空间与给人沉闷压抑之感空间的对比，两者间的强烈冲突带给人猛烈的心理变化。虚实对比则是具有高围合度的实体与低围合度的虚体的对比，带给人丰富的空间体验。二者均是通过两种截然不同的空间类型的猛烈转变给人以多层次的体验，故空间对比的原型即将几种互相对立的空间以一定的方式加以组合，通过其类型的差异营造对比感。在进行心理拓扑变形时，由于内核存在于空间巨大差异的对比而非形式的变化，所以其变形不局限于大小、虚实的对比，通过明暗、规则与不规则等的对比变化，同样可以达到空间对比的效果。

3.1.2 空间分隔的转译

空间的分隔同样具有多种形式，在耦园中常见的有两种，即实隔与虚隔。

实隔即运用阻隔视线的物体或空间将两个空间分隔开，达到藏而不露的效果，并通过一些心理暗示的语汇引发人探索的兴趣。实隔的空间原型可以转译为以实体构筑物、建筑物甚至植物等阻隔人视线的可达性，保留其行为的可达性，甚至保留两个空间之间声音的可达性，以保留出空间内核，在其他方面做出变化。

虚隔即是通过视线可达、渗透性的分隔手段，在两个空间相接触的层面做出模糊于两种空间属性之间的空间暗示，使人同时接受两套空间系统的影响，自然地进行空间体验的过渡。这种模糊边界的空间原型即是虚隔空间原型。

3.1.3 空间曲折的转译

空间的曲折就是在造园过程中为求景境的变幻，达到引人入胜的效果和意境的深远，在空间布局上极尽蜿蜒曲折之能事，并发展成对空间曲折性的追求，各个空间交互穿插，形成曲折多变的空间序列，带给游人曲折无穷尽的空间意境[9]。曲折空间在进行拓扑转译时，应注意其“曲”不止于形态，而是在于空间体验的迂回往复，如视线的回放与转移、建筑语汇的反复出现等。转移到空间原型上，就是在形态曲折的基础上在空间中出现曲折的概念，使人在空间体验的过程中重复切入到相同或相似的空间中，带给人幽深奇幻之感。

3.2 基于心理拓扑的空间营造

3.2.1 建筑组团的营造

在完成空间的拓扑学转译后，即可将耦园的空间原型一一对应到新的空间体系中去。如图8所示，每一个空间区域都对应于新方案的一个建筑组团，以保持空间区域的完整性、统一性和可操作性。方案最终空间结构如图9所示。

图8 空间体系Fig.8 Spatial system

图9 最终空间结构Fig. 9 Final spatial structure

1号区域在原有园林空间中属于实体空间较多的区域，其空间较封闭，因此在营造1号空间区域时需注意其空间应较私密、建筑形体应较高大、建筑密度可适度增加，或者种植较为高大浓密的植物，营造封闭的空间。2号区域则比较开敞明亮，给人以压抑后得见天光的感受，因此其区域建筑密度应适度降低，建筑高度也不应过高，才能给人以心旷神怡之感。二者间形成的旷奥对比，体现在建筑密度、景观的营造方式等各方面。

3号区域较为特殊，其室内外空间交叉渗透，且中间并无实隔。因此在营造这部分空间时，采用形体对比的方式，分别在3号区域两个部分建造曲线山形建筑和较为规整的方盒子建筑，并且在建筑中营造大量灰空间，既能体现这两部分的不同，又使人在相似的空间体验中感受到空间的连续性。

4号空间同样是比较开敞的空间，并且由于水景的存在产生了使人停留的活动空间。因此在营造4号空间时，不仅规划了小型高尔夫球场、垂钓池等大量室外休闲场所，小区中主要的公共服务建筑也集中于此，在场地功能、场所氛围等多个方面创造出有利于使用主体间、使用主体与自然环境间互相交流的空间特质。

5号空间与1号空间相似，因此在设计时独立成为一个组团，但其原型空间还具有内外渗透的特性，因此该区域同样营造有较多灰空间。

6号区域与2号区域空间属性类似，空间感受基本相同，且视线可达性较好，只是两个区域之间有一道虚隔断。所以在空间营造时，该两个区域保持高度一致性，只是在区域中间以水池介入的方式产生空间细微的变化。

3.2.2 小区路径的营造

小区路径遵循原有空间蜿蜒曲折的特性，并且通过心理拓扑的手段保留空间的曲折。小区共分为三级路径：小区级道路、组团级道路和人行道路，其与植物景观、水池景观相结合，再现了耦园曲径通幽的空间感受，最终形态如图10所示。

图10 路径最终形态Fig.10 Final form of road system

4 结论

通过本次方案一系列的拓扑学生成过程分析，归纳出在现代小区设计中，基于古典私家园林、运用拓扑学理论进行空间形态、空间感受、路径生成的一般过程与方法，并得出如下结论：

1)路径应该先于其他具体空间出现在分析的首要位置，依据路径的拓扑学特性抽象出园林空间原型的空间骨架结构，以便于方案的进一步生成和分析。

2)在进行园林空间序列分析时，可将园林平面网格化处理，并将具体的园林空间节点化，依据节点的组合归纳出空间序列的变化，并总结出各空间序列的空间属性。

3)在进行空间感受的拓扑重构时，可不局限于具体形式的拓扑结构，还可以采用“心理拓扑”的方式，以人的心理感受作为拓扑变形中的不变量，而将具体空间的“量”与“形”作为可变量进行操作，这样得出的空间对于空间原型依然具有强继承性。