基于可拓理论的传统民居建筑改造创新设计研究<br/>——以北京市房山区宝水村为例

基于可拓理论的传统民居建筑改造创新设计研究
——以北京市房山区宝水村为例

2022-04-06李文杰

广东工业大学学报 2022年2期

王涛，李文杰

（北京理工大学设计与艺术学院，北京 100081）

1 中国传统民居保护与创新设计的现状

我国的传统古村落是民族的宝贵遗产，体现了地方传统文化、建筑艺术和村落空间格局，每一座蕴含传统文化的古村落都是人与自然和谐相处的血脉精髓和历史记忆。

然而，在城市化进程中，村落遭到严重破坏。近年来，乡村问题引起各界关注。2018年1月2日国务院发布中央一号文件，提出乡村振兴策略。十九大也提出乡村振兴的发展理念，为乡村的发展带来新的机遇。在《北京城市总体规划》中更是明确提出：“提升基础设施和公共服务设施水平；加强传统建筑保护、传统村落规划；弘扬传统文化，培养特色产业等。”

传统民居改造实践虽多，但也存在很多问题，如建筑设计的创新性不足、改造后的建筑不能融入地区建筑环境、建筑改造缺乏科学性、传统建造技艺缺失等。村落传统民居创新设计方面的研究存在着研究范围较窄、方法论不整合、没有形成较为系统的研究体系等问题。所以传统民居保护与创新设计非常重要。

2 可拓学在传统民居创新设计中的应用价值

“可拓”一词指代一门称为“可拓学”的学科，定义为“用形式化模型研究事物拓展的可能性和开拓创新的规律与方法，主要用于解决矛盾问题[1]，研究核心是如何通过变换处理各种不相容问题和对立问题。” 经过多年的研究，可拓创新方法已逐步成熟，目前已在工程技术、信息科学与智能科学、经济与管理等领域得到广泛的应用，并在机械、建筑、日用品等产品的技术、管理和组织创新等方面发挥重要作用[2]。

以往的传统民居改造方法主要是从建筑设计实践中总结出来的，多带有经验性的局限。在传统村落民居改造设计中，需要考虑的因素不仅局限于场地、空间、建筑形象等，村落民居文化、传统建造技艺、自然环境等非物质的因素更需要被设计师重视[3-4]。而可拓学基于对事物的发散性、可扩性、相互性、蕴含性、共轭性的科学认识，提出发散树、分合链、相关网、蕴含系、共轭对等理性的方法[5]，为传统民居改造实践中科学分析矛盾以及提出可行策略提供了工具。

3 可拓学在传统民居创新设计策略生成中的应用实践

3.1 宝水村民居概况

宝水村位于“北京蒲洼市级自然保护区”，位于北京市房山区蒲洼乡的东北角，是京冀重要交通廊道的必经之地，是北京最西端、海拔最高(1 180 m)的村落。2018年3月，宝水村入选北京首批市级传统村落名录。

本文设计的宝水村民居院落布局为四合院，属于石板房[6]，平面图见图1。石板房地域特色浓厚，具有独特且成熟的建造体系。民居建筑立面信息丰富，材料结构一目了然。建筑结构为抬梁式木架构，建筑材料多样：台基与墙体均以石头为主，带有少量青砖，门窗为木质，屋顶采用页岩石板；整体色调朴实自然[7-8]。民居现状见图2。

图1 民居平面图Fig.1 Residential plan

图2 民居现状图Fig.2 Current situation of residential building

3.2 民居改造的创新问题

在宝水村的村落规划中，除了提出产业、经济、文化的发展策略外，村落中的街巷空间、公共空间、居住空间的改造也是工作重点。其中传统民居如何改造是和村民生活息息相关的问题，能直接反映村落规划的整体理念，是村落改造中最重要的一环。

本文设计的民居原来存在结构老化、内环境性能缺陷、空间利用局限等问题，需要对它进行改造。要使改造符合村落以发展旅游为目标的整体规划，

首先要列出非矛盾创新问题模型[9]。

对L进行发散[10]，得到

还可以从L发散出多种基元表达式，此略。同理，对L1进行发散得到二级发散的基元表达式。

以此类推，可对L11，L12，L13乃至L1n进行发散，形成对L的三级表达式，以对L11进行发散为例。

以此类推，依据其他条件对发散结果进行收敛，得到

由此可见，将民居改造为民宿，最符合村落在发展旅游业的同时，保护村落民居建筑，持续发展的整体目标。

3.3 项目问题的界定

根据村落规划、村民需求、民居现状，对L1114中的L11142、L11147建立发散树的物元模型，并对发散的物元分别进行多角度的分析。得到L1114的复合元模型。

在民居改造成民宿过程中，存在以下矛盾问题：(1) 如何使建筑外立面在保留原有传统民居特色的同时，又能有现代风格元素；(2) 功能区布置时，如何安排民宿的主人房间，使房间距离餐饮区、茶室较近，也能满足私密性的需求；(3) 如何协调民宿现代生活的使用需求和尊重建筑传统结构之间的对立[11]；(4) 如何保证民宿营业区(茶室、餐厅)和住宿区互不干扰。

下文以第一个建筑形象的问题为例，根据设计要求和现实条件，介绍可拓学在民居改造实例中的策略生成过程，以此体现可拓学在传统村落改造中的实践价值。

3.4 问题模型

首先列出这一矛盾问题的核问题模型。

3.5 可拓分析、可拓变换和设计策略

对条件元运用逆向思维进行发散分析。

依据其他条件，对发散结果进行收敛。

M1=(金属，c，v)

M2=(玻璃，c，v)

M3=(塑料，c，v)

对条件元增删变化，得到策略

T1(建筑物，建筑材料，砖⊕石)=

(建筑物，建筑材料，砖⊕石⊕金属)

T2(建筑物，建筑材料，砖⊕石)=

(建筑物，建筑材料，砖⊕石⊕玻璃)

T3(建筑物，建筑材料，砖⊕石)=

(建筑物，建筑材料，砖⊕石⊕塑料)

最后，得到策略

T1(建筑物，建筑材料，砖⊕石⊕金属)

T2(建筑物，建筑材料，砖⊕石⊕玻璃)

T3(建筑物，建筑材料，砖⊕石⊕塑料)

3.6 优度评价

本节继续以宝水村民居建筑形象改造的矛盾问题为例，以“民宿建筑外立面风格既要保持原有建筑特色，又要有现代风格元素”为目标，以“原建筑形象较为低调、建造材料为砖和石”为条件，通过可拓分析和可拓变换得出解决策略。

——近日，澳大利亚葡萄酒管理局首席执行官安德烈亚斯·克拉克(Andreas Clark) 在采访时表示，过去几年，中澳双边自贸协定大力推动了澳大利亚葡萄酒走进中国市场。明年关税进一步下调后，澳大利亚葡萄酒将获得更大的竞争优势。

ZI=(建筑物，建造材料，砖⊕石⊕金属)

ZII=(建筑物，建造材料，砖⊕石⊕玻璃)

ZIII=(建筑物，建造材料，砖⊕石⊕塑料)

下面应用优度评价法对上述3个策略进行评价。

第1步，确定衡量指标。

第2步，确定权重。

第3步，首次评价。

利用非满足不可的指标SI12，SI222对评价进行筛选，ZI，ZII，ZIII都满足该指标，进行下一步骤的优度比较。

第4步，建立关联函数，计算关联度。

首先，为每个衡量指标建立相应的关联函数。根据实际的情况，为衡量指标SI11、SI12、SI212、SI221、SI222、SI243和SI251建立一个统一的离散型关联函数K1(x)；为衡量指标SI211、SI231、SI232、SI233、SI241和SI242建立一个统一的离散型关联函数K2(x)。

其次，分别给出3个待评策略ZⅠ、ZⅡ和ZⅢ关于各衡量指标的关联度，见表1。

表1 待评策略 ZⅠ、ZⅡ和 ZⅢ关于各衡量指标的关联度Table1 Correlation degree of the strategies to be evaluated ZⅠ, ZⅡand ZⅢ with respect to each measurement index

再次，计算3个待评策略ZⅠ、ZⅡ和ZⅢ关于每个衡量指标的规范关联度[13]，见表2。

表2 待评策略 ZⅠ、ZⅡ和 ZⅢ关于各衡量指标的规范关联度Table2 Normative correlation degree of the strategies to be evaluated ZⅠ, ZⅡ and ZⅢ with respect to each measurement index

最后，计算3个待评策略ZⅠ、ZⅡ和ZⅢ的优度。

C(ZI)=−0.187 5，C(ZII)=0.1，C(ZIII)=0.037 5

第5步，对评价结果进行总结。

通过评价过程和结果可以看出，虽然策略ZⅢ在建造资金耗量、运输材料资金耗量、运输材料时间长度、创新度的评价都处于优势，但在对环境的污染程度、对自然景观回应度等方面的评价都处于劣势，而改造是在传统村落中进行的，对自然环境的保护尤为重要。

由评价过程中的关联度能够看出，策略ZⅡ不仅优度值最高，而且对各项衡量指标的满足度也比较稳定。虽然策略ZⅡ创新度不是最高的，但却是最稳妥的方案，在后续民居改造过程中，可以通过改变玻璃材料的呈现形式来提高创新度。

本文只针对单一目标和条件的策略进行优度评价，并不是对整体方案的评价。

3.7 方案展示

针对3.3项目问题的界定，将改造中的4个矛盾问题重复上述步骤，建立矛盾模型，对目标和条件进行可拓分析和变换，再用优度评价法对措施进行评价，得到以下改造措施：(1) 引入现代材料——玻璃，玻璃材料以砖的形式呈现，提高创新度，民宿西侧立面图见图3。(2) 将主人房间和茶室用楼梯连接，并用两道门分割，提升私密度[14]。民宿平面图见图4，主人房效果见图5。(3) 不改变建筑传统结构的前提下进行空间划分。(4) 区分服务人员流线和顾客流线，营业区和住宿区之间用庭院景观分隔，保证私密性。流线图、公私分区图见图4。