基于分体学的城市设计思路剖析——以巴特莱特建筑学院毕业设计为例

万之源 | Wan Zhiyuan

1 分体学的理论阐述

分体学（Mereology）源于希腊语“meros”，意为“部分”。这个词在哲学、形式学和逻辑学中都出现过；但在建筑学领域中，分体学被定义为通过对各个部分之间构成关系的研究从而达到“研究整体”的目的[4]。丹尼尔作为分体学介入建筑与城市设计领域的先驱者之一，曾于2016年出版了《分体城市》（The Mereological City）一书[1]，该书研究了现代主义时期建筑与城市之间从局部到整体的组合关系，认为分体学是从单体的特性（形态及参数）出发，达到对整体性质的把控，可为城市设计提供一种由零到整的新设计方法。

分体代表通过传递、映射和拼合等构成方式来展现建筑中一些具有相似属性的组成部分[3]，并在建筑领域有两种应用方式：①和类型学、形态学及拓扑学等一样作为一种阐述特定建筑空间属性的概念；②分体学也可以作为一种空间营造手法，将构筑物分解为单元并重构，在空间属性不变的情况下其重构形态却灵活多样，就好比水有固液气三态，微观下水蒸气和冰的分子结构相同，因分子排布方式不同，致宏观下两者的形态和功能皆不同。

为理解分体学原理，丹尼尔带领研究生曾做过一个前期设计实验。

课题是从单元（Un it）研究开始的。老师布置大家进行城市单元体的考察认知，本组以摩洛哥舍夫沙万的蓝色小镇（Chefchaouen-Blue City Morocco）为母体对象，将小镇按公共空间和非公共空间的构成关系分类进行单元萃取，得出内向型、外向型、下沉型和升高型4大类，共16种各异的空间基本单元；以其为基础，取任意4种单元进行组合，可得出256种复合单元；以空间通达性为甄别依据，遴选出15种至少两侧有外接路径的复合单元；再用该15种复合单元进行随机组合，仍以高通达性为甄别原则，从中优选出2种有城市片区意味的单层组团模型和2种多层（5层）组团模型（图1）。该过程研究的对象由小到大，诠释了分体学中从单元到整体的构成逻辑。

图1 空间组团

上述实验使我们认识到基于分体学的城市设计从城市空间调研中萃取基本单元的步骤，及单元由零到整的重构。实际上，空间单元既可来源于以城市体验为基础的原型捕捉，亦可来自设计师的奇思妙想，两者一道成为空间单元的重要思想源泉，而后者往往更为分体学青睐，这从丹尼尔布置的另一个空间单元设计研究课题中可初窥端倪。

空间单元设计研究分两步进行，第一步是单元设计，第二步为单元变形。

分体学的单元设计一般有静态与动态两种形式，所谓静态单元一般以建筑中的某一构造、部件为母题创作，类似前述萃取的蓝色小镇空间单元原型；动态单元则是以部件的机械运动为母题创作。显然，动态的单元设计充满更多的未知与挑战，下面以此为例进行阐述。

世界万事万物细分到最小单位时一般均表现出简洁、规则的元素构成，据此我们采用一个简单的长方体作为单元创作的主体，设想的空间单元具有滑动和旋转两种属性，故设a柱为基础，设b端为旋转支点，c为旋转轴，d为滑面；图2上部分表示单元相对滑动过程，下部分则表示单元绕轴旋转，由此完成空间单元设计初案。多个单元组合后的对象在分体学中被称为部件（component），而多个部件组合成的对象被称为组团（group）。现将4个单元分别赋予一些滑动与旋转动作后进行组合拼接尝试，图3a展示了一个优选出的部件；图3b则为以部件叠落方式组合而成的一个组团。

根据库伦摩擦模型，经过大量的几何参数研究，最初的结果说明了长度或者直径是影响拔出力的关键因素。然而，随着研究的深入，更多的模型被测试之后，结果说明总接触面积才是最终影响拔出力的因素。所以，单独根据长度或者直径得出的结论都是不可靠的[6]。

图2 单元滑动及旋转

图3 a 优选部件 图3b 组团图3c 塌落稳定

丹尼尔对动态组团还有一个更有趣的研究：对单元组构的组团进行场力测试（Field effect），场力在本实验中有推力和重力。设想对图3b中的组团在重力环境中施以水平推力，组团中的滑体会在水平推力作用下滑移至卡止点，旋转体会在外力作用下绕轴旋转至碰止；最终组团在重力场中会呈现新的塌落稳定（图3c），从而得到一个令人意想不到的设计结果。

第二步开展的是单元变形的研究。将图2中由abcd四种体块构成的空间单元（unit A）进行单轴缩放与倾角变化，得到如图4所示的六种变形单元。这一步对建筑空间的意义为：A中的竖向体块可看作建筑空间中的立柱，随着倾角的改变（A’），则变为斜柱、楼梯或坡道，由此带来整体流线的改变及空间功能的质变。变形单元也可按上述第一步进行单元—部件—组团—场力测试的实验，限于篇幅不再赘述。

图4 单元变形

上述设计研究均借助Unity软件完成，这是一个具有运动模拟功能，还可与C#、Python等编程软件联动，进而增强图形动作与功能的规划设计软件。相较我国当今常用的规划设计工具（Sketch up、CAD、ArcGIS），Unity能在一定程度上有效简化设计步骤，对结果进行量化分析，甚至制作或生成传统软件难以操作实现的图形与空间，故而对抽象空间具有更强的规划设计塑造能力，本文展示的绝大多数设计图便是借助该软件工作的结果。这也促进我们反思我国的城市规划与设计部门是否应与时俱进，适时实现设计工具的更新? 正所谓“工欲善其事、必先利其器”。

2 基于分体学的毕业设计

丹尼尔带领的第17研究组对基于分体学的设计历经8个月的渐进式分步训练，最后便是利用3个月的硕士毕业设计进行归总检验分体学的综合运用技能了。各小组毕设选题方向覆盖代表性的静态、动态两种单元形式，我们组还是坚持动态单元组构的研究方向。与前期小尺度训练不同的是，毕业设计需组构出更大、更综合的组团，且还需以城市环境为立地。该类更复杂组团对Unity提出了更高的要求，对于一些达成不了的设计操作，设计者还需利用代码插件自编程完成。例如获得银奖的静态单元小组——Enfilade Architecture，为实现单元在限定边界内自行生长复制，便需利用插件的代码命令经迭代模拟实现。本组所研究的动态单元组构则是利用机械节点组合成整体后，在场力作用下形成的塌落稳定体，这其间也需借助C#插件对运动的编码而实现。下面对本组毕业设计进行介绍。

本组拟定的设计目标为解决城市中高层建筑之间的空中连接问题，据此锁定了某国际大都市居住区中的4栋高100m、呈一梯四户布局的高层住宅楼，设想以分体学的动态设计理念，创作出一组桥接4栋高楼的构筑体。

明确设计目标与场地选址后，毕业设计工作依旧从最基础的单元设计开始。单元的构思源自城市空间意象中的母题提炼，该意象出自巴黎第13区布鲁特大道边一处城市花园中的一组有趣的楼梯（图5），该组楼梯将无障碍坡道和梯道巧妙结合，具有高度的实用性和流畅的美感。设想将其按照不同的4种走向拆解并组合，由此得到了本设计最为重要的基本单元（图6）。以此为基础，对基本单元分别采用了重复叠加、单轴缩放和水平镜像的分体学手法，组构出了3个双层的复合单元，再用这3个复合单元组构出一个可内部相对滑动的部件，图7是沿“Y”方向滑动形成的一个衍生体，类似的衍生体可无穷无尽生成，这赋予建筑桥接丰富的手段与可能，其基础便是下述对部件形式多样性的探究。

图5 一组有趣的楼梯

图6 毕设基本单元

图7 单元衍生体

部件形式多样性的探究也离不开分体学理论，故而对复合单元进行翻转和镜像尝试，以空间通达性为甄别依据，在得出的64种组合结果中遴选出了9种部件（图8a），用Unity对其反复滑动测试并优选，图8便是部件滑移所产生的空间最具多样性的一个结果；故确定以此搭构组团，并形成线性组团（图8b）、垂直叠落组团（图8c）和螺旋叠落组团（图8d）3种具有形态代表性的搭构结果。丹尼尔对线性及垂直叠落组团给予了肯定，并提议将这两类组团作为高层建筑之间的桥接方式，让城市凌驾于建筑之上（City in Architecture）。

图8a 优选部件 图8b 线性组团图8c 垂直叠落组团图8d 螺旋叠落组团

上述两种组团组构如何运用于高层建筑的桥接呢？首先要确定4栋高层的桥接点。接着是将部件以4栋高楼桥接点为基准进行嵌入式衔接。

针对现状高层建筑的标准层平面，将其水平通道（蓝色）、垂直通道（红色）及4个户型（黄色&绿色）按功能进行划分，保证部件与现状建筑的模数一致以便连接顺畅；同样以通达性为甄别依据，改造4种户型使其具有多样的对外衔接的空间，以此为基础进行拼接测试；从而得到整栋建筑的桥接点（图9），以此类推确定其他3栋建筑的桥接点；接着用前文所述的线性和垂直叠落组团与建筑群的桥接点按疏链组合（图10a）与密链组合（图10b）两种方式进行拼接，完成联系方案。此处还需利用Unity代码插件，自编程完成。

图9 建筑桥接点设置

图10a 疏链组合图10b 密链组合

为了让组团更具现实意义，丹尼尔鼓励大家探究小型组团中的空间功能。因部件中复合单元的滑移距离和各部件的组构方式不同，对应小组团上的流线也千变万化。例如，部件中的任意复合单元滑移出的缺角刚好够嵌入另一个部件时，会构成一个更大的平台；部件中的两个复合单元皆反向滑移至卡至点并列排布时，会构成线性廊道，错位排布时则构成围合型中庭等。接下来便是针对全局的深化设计，以组团为例。如将双层单元所构成的中空夹层加以利用，如让空间符合结构规律，再如在适当空间中加入材质和绿化等。如此这般使空间细节得以丰富，功能得以完整，并赋予空间良好的表现力（图11）。

图11 空间深化设计

在与丹尼尔深入探讨后，选择了图10a中首张组团桥接模型进行最后的运动模拟测试，并对其塌落稳定取样，最终定型方案（图12）。其中包含有对形体多样性，空间通达性和美观等诸多要素的权衡推敲，还有通过Unity插件中的可视化通达性模拟，手动删除了一些多余的悬挑与连接，以便简化实体模型制作的考量等（图13）。过程虽充满艰辛，但受益良多，从中体会到化不可能为可能的愉悦和理论结合实践的成就感。

图12 建筑中的城市

图13 设计模型（1∶100）

结语

本次设计的结果由笔者看来并非很理想，且在高层建筑中，如此繁杂的桥接关系也不太现实，但丹尼尔从未反对过我们这么做，而是不断地鼓励我们在单元—部件—组团的各个不同设计研究阶段注重精巧，注重空中桥接这种奇思妙想，还注重组构的多种可能性等。事后细思，丹尼尔其实更注重分体学介入城市设计的方法与过程，这种创造性思维的训练是我国建筑类规划设计专业所缺乏的。实际上通观本次设计，笔者深有感触的是，分体学的建筑设计思路不仅解放了建筑的形态，突破了原有功能，也对我国本科建筑教育中的以需求来主导研究方向的固有教学模式提出了新的拓展方向，为建筑行业未来的发展方向探寻出更多的可能性。例如本次的设计结果放在地球的重力环境下也许很难实现，但在月球甚至火星的微重力环境下，自由形态的建筑也许更能适应外星球复杂多变的地形和气候，其拼装式的单元组构也更便于批量制造和星际运输。此类设计方法以计算机辅助运算并仿真物理环境进行建模，产生的结果在组合上相较现状建筑有着更多的可能性，在形体上有更强的可塑性。如此的空间营造方法及结果，突破了我的想象，这也是我在巴特莱特学院一年中最宝贵的体验与收获，特以此文以觅同仁。

（注 感谢导师丹尼尔·科勒（Daniel Koehler），模型及理论助教拉萨·纳瓦萨蒂（Rasa Navasaityte），软件助教沙加夫·阿布·萨利赫（Sheghaf Abo Saleh），计算机编程助教何子明的指导）

资料来源：

图3～4，8：谌佩文绘制；

图5：https://huaban.com/boards/48415176；

文中其余图片均为作者绘制或拍摄。