探析建筑设计创新与可拓思维模式

2021-07-03杨丽淑

散装水泥 2021年3期

杨丽淑

（福建泷澄集团设计院有限公司，福建福州 350001）

可拓理论是解决复杂问题的方法学科，是将独立事物定义为可拓展的各类元素集合，通过总结矛盾现象表现与处理方法，经逻辑化、数学化、形式化处理，以模型研究事物拓展可能性和开拓创新性的规律和方法，形成了以形式逻辑和辩证逻辑思想相结合的新型逻辑和矛盾解决方法论。可拓理论特有研究方法是可拓方法，包括可拓分析方法、可拓变换方法、可拓集合方法等。由于可拓理论可解决各类复杂的矛盾，且不限于研究对象类型，自理论提出时即引发广泛关注，现已广泛应用于管理决策、金融、自动化控制、质量检测、人工智能、故障诊断、医学、新产品构思设计和机械设计等领域。

建筑设计创新是在建筑基本功能的基础上，对建筑外型、建筑功能、建筑结构的优化组合，因建筑设计思路和方法因人而异，且缺乏行之有效的理论和方法支撑，导致建筑设计创新面临较大的风险。针对此类问题，可借助可拓思维模式指导建筑设计创新实践，将可拓基元理论融入建筑空间设计过程，借助可拓理论分析和解决建筑空间设计中的难点问题得出最优的建筑设计解决方法，有利于明确建筑设计创新思路，为建筑设计过程提供理论基础、设计规律和设计创新方法，实现建筑设计过程的条理化、层次化，降低建筑设计中的不确定性，提高建筑设计创新效率。

1 建筑设计方法

1.1 循证设计法

循证设计法是基于循证医学衍生的方法学科，即在现有建筑设计基础上不断完善，达到最优的设计方法，可适用于各类建筑空间设计，但需要大量的数据为支撑，导致建筑设计难度增加。

1.2 空间句法设计方法

空间句法是以空间与社会关系量化分析为基础的建筑设计方法，通过对建筑空间进行量化分析，挖掘建筑空间中的隐含特征，关注建筑空间的互通性、联系性，并按一定规则组合空间，实现建筑空间与人、建筑设计与社会的关系协调。该方法重点研究了抽象空间的内在关系，并基于复杂的方格网绘制、测量重组空间，但由于该方法的科学性、智能化程度尚不成熟，导致实际应用难度较大。

1.3 定量设计法

定量设计法是基于现代系统工程理论提出的一种建筑设计方法，通过定量分析建筑设计，基于周期性观测、定测测试研究建筑空间使用者行为轨迹作为建筑空间设计依据，借助信息技术手段进行模拟设计，从而形成以建筑空间设计元素为基本构成的建筑设计图纸。该方法具有一定定量分析优势，尤其注重建筑空间与人的关系，但由于未基于信息技术系统性描述建筑空间构成，容易导致建筑结构设计缺乏系统性、整体性。

2 建筑设计方法的局限

当前，在建筑设计领域，基本形成了完善的建筑设计理论与设计方法，运用这些建筑设计方法能够设计出较为完善的建筑设计案例，但此类建筑设计方法依赖于设计师的感性认识和建筑设计经验，具有较强的不确定性，部分设计经验缺乏的设计师过度注重建筑设计造型，无法保证对于建筑空间使用性能、空间与空间的切合度、建筑空间设计与人的关系的关注度，导致建筑设计创新性不足。以循证设计方法为例，其基于医学循证理念发展而来，建筑设计一般是在现有基础上的改进与完善，而非对建筑设计中空间关系的重新审视与设计。空间句法虽然认识到该问题，但其方法未能系统化、体系化，仍依赖于设计师的设计经验，面临定量分析弱化、逻辑性不强的现实问题。

建筑设计创新是一个较为复杂的问题，涉及多种设计元素关系的梳理、元素提取与关系平衡，可拓理论是可以有效解决此类问题的方法论，有利于打破建筑设计思维模式的僵局，实现建筑设计创新的规律化、形式化、具体化。

3 基于可拓思维模式的建筑设计创新

可拓理论是跨领域的横断学科，重点研究物、事、关系，并以物元、事元、关系元描述事物。基于可拓理论和建筑设计创新之间的关系，可供选择的建筑设计创新方法包括可拓分析法、共轭分析法和可拓变换法，以下重点探讨可拓分析法和共轭分析法的应用。

3.1 基于基元理论可拓分析法的建筑设计创新

可拓分析法是在已建立的模型中对构成目标和条件元素进行拓展分析，获得相关元素和下位元素，拓展获得解决矛盾问题的思路。该方法倾向于定量分析，即借助可拓思维对建筑空间设计过程、关系和要素进行形式化模型描述，该方法并非否定建筑设计的创新，而是对现有建筑设计创新的优化和完善。

可拓分析法应用于建筑设计中，首先，要分解建筑设计基元，即，式中，表示建筑设计基元，表示事物、建筑设计中空间关系等，表示空间特征，表示空间特征量值。在解决建筑设计中的复杂问题时，将建筑空间特征分解为功能、形态，如居住空间、商业空间等，并根据不同的建筑空间特征进一步分解为空间特征量值，具体为建筑设计中的基本元素，如混凝土、玻璃、砖混等（如公式1所示）。

公式1 厂房建筑基元分解

基于可拓分析法构建建筑设计模型，在具体应用时应量化界定建筑设计中目标、条件和矛盾问题，以便于具体分析和应用。建筑设计目标设定可通过量化建筑设计功能和空间来实现目标确定，如商业综合体项目外形构造和功能分区等。条件是对建筑设计现状和目标之间的形式化表达，如安全性、环境要素、造价等，以具体物元“增加”“减少”的形式体现（如公式2所示）。通过约束条件量化，有利于进一步细化建筑设计创新目标，改善建筑设计创新目标笼统的问题，平衡限制性因素之间的关系，如材料与造价、功能空间与结构设计等，从而将建筑设计创新中的矛盾问题以定量分析的形式模型表述。

公式2 建筑室内环境基元分解

在界定建筑设计目标和条件约束后，可就具体问题进行分析研究。以室内外空气流动为例，如建筑设计要求减少空气流动，满足冬季保暖和夏季制冷需求，则应从维护结构设计、围护结构厚度、开窗面积等方面综合考虑，通过具体分析量化物元、事元和关系元，探寻解决建筑设计创新中矛盾问题的解决思路和方法。

以范斯沃斯住宅为例，其设计的最大特点是建筑空间与自然环境融为一体，以玻璃作为空间隔断，室内可直接透视室外景色。该建筑设计思路可运用可拓思维进行分析，即建筑设计目标为“与自然融为一体建筑”，物元则是自然环境中的声环境、光环境、颜色环境、尺度感觉等（如公式3所示），并对各物元进行进一步分解，得出建筑设计需求和条件约束差距，进而为建筑设计创新中矛盾问题解决提供思路。

公式3 建筑设计目标分解

3.2 基于可拓共轭变换法的建筑设计创新

共轭变换法是一种传导变换研究方法，即对不同性质的事物进行性质变换，以此达到创新的目的。在可拓理论中，共轭变换法包括虚实变换、软硬变换、潜显变换、负正变换四种类别，通过变化条件，满足不同条件下目标要求。如建筑空间中灯光颜色差异可表现为冷、暖，可根据建筑设计中人的感官需求进行分类设计。

可拓共轭变换法可将不同类型的建筑空间条件进行变换，以此达到创意创新的效果。如将写字楼建筑与创意建筑设计条件变换（如公式4、公式5所示），改变传统的规则性办公空间设计模式，有利于拓展建筑设计创新思路，实现建筑设计中不同元素的融合。

公式4 办公建筑设计目标与约束条件分解

公式5 办公建筑与创意建筑条件变换

基于共轭变换法进行建筑设计创新时，首先，要基于可拓物元理论建立问题模型，界定建筑设计中存在的问题，明确建筑设计目标和约束条件。其次，对建筑设计思路进行拓展，分解不同类型的建筑设计条件，研究建筑设计目标不变、变化的情况下，建筑设计条件变换产生的建筑设计思路，并分析可能产生的问题。通过上述过程可以获得更多的设计方案，同时，明确设计方案的设计目标、设计意向、现有条件和限制因素，可比选方案后，再选择最佳的建筑设计方案。