分形在建筑造型設(shè)計(jì)的應(yīng)用

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摘要:隨著城市化的不斷推進(jìn)和城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市中建筑設(shè)計(jì)也越來(lái)越新穎，越來(lái)越多樣化。這與分形理論和相關(guān)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用是密不可分的，因此，我們?cè)诮ㄖO(shè)計(jì)時(shí)要注重分形技術(shù)的應(yīng)用，只有這樣，才能不斷推進(jìn)建筑設(shè)計(jì)行業(yè)的不斷健康、穩(wěn)步、快速地發(fā)展和壯大。本文探討了分形在建筑造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:分形;建筑造型設(shè)計(jì);應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)的建筑行業(yè)也呈現(xiàn)出高速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，在當(dāng)前的建筑建設(shè)過(guò)程中，分形是建筑造型設(shè)計(jì)中常用的一種建筑技術(shù)，隨著該技術(shù)的在建筑工程中的發(fā)展應(yīng)用，使建筑的形象和外觀得到了大幅度提升。

1分形學(xué)的定義及其產(chǎn)生背景

1．1分形學(xué)的定義

分形學(xué)也被人們稱之為分形幾何學(xué)，它是一門(mén)以非規(guī)則幾何結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的幾何學(xué)科。目前，在自然界中，不規(guī)則現(xiàn)象一直是普遍存在的，因此，也有許多人將分形學(xué)認(rèn)為是以大自然為核心內(nèi)容的幾何學(xué)科。然而近年來(lái)在我國(guó)建筑行業(yè)發(fā)展的過(guò)程中，人們對(duì)也逐漸認(rèn)識(shí)到了分形學(xué)的重要性，因此就將其廣泛的應(yīng)用到了建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中，這樣不僅很好的滿足了當(dāng)前現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)的個(gè)性化特點(diǎn)，還充分的體現(xiàn)了出了建筑設(shè)計(jì)的藝術(shù)美感。

1．2分形學(xué)產(chǎn)生的背景

分形學(xué)其實(shí)就是非線性科學(xué)中的一種，它在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，主要是以自然界中一些非規(guī)則性的幾何形態(tài)為基礎(chǔ)，在人們的理念研究分析下創(chuàng)造而來(lái)的，因此它在使用時(shí)就具有破碎和不規(guī)則這兩個(gè)方面的特點(diǎn)。在當(dāng)前我國(guó)現(xiàn)代數(shù)學(xué)發(fā)展的過(guò)程中，分形理念的相關(guān)內(nèi)容也成為了其中重要的主持部分，而且隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，也將分形學(xué)的內(nèi)容應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中。

2建筑造型設(shè)計(jì)模塊中分形原理的應(yīng)用

建筑造型模塊的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，利用分形理論在處理這方面工程的建筑設(shè)計(jì)中很好的體現(xiàn)了這點(diǎn)，在復(fù)雜的建筑設(shè)計(jì)中采用將需要?jiǎng)h除的進(jìn)行量化控制，同時(shí)也需要通過(guò)在建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的基礎(chǔ)上，使建筑設(shè)計(jì)更加接近自然，才能讓建筑設(shè)計(jì)更具有豐富的天然韻味。對(duì)形式和創(chuàng)新設(shè)計(jì)起指導(dǎo)作用的是后期造型設(shè)計(jì)，這讓具有分形的建筑風(fēng)格與周圍的環(huán)境更和諧。其實(shí)現(xiàn)過(guò)程:①并置。對(duì)尺度不同、外觀相似的空間形體進(jìn)行并置操作，是實(shí)現(xiàn)一個(gè)具有初步自相似群體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。在單體組成群體之間，它們既可以是簡(jiǎn)單的連接關(guān)系，也能是復(fù)雜的穿插關(guān)系。在自相似的條件下，偶然的群體往往能誘發(fā)更加豐富的空間特效;②嵌套。對(duì)空間尺度不同的對(duì)象采取相同或相似的重復(fù)的空間操作，達(dá)到空間上的嵌套，無(wú)論是針對(duì)實(shí)體的操作、還是針對(duì)空間的本身和邊界，其都是以空間自相似性的形成為目的;③擬態(tài)。將建筑形態(tài)模仿為天然的生長(zhǎng)形態(tài)，尤其要模仿為有機(jī)體形態(tài)的生長(zhǎng)過(guò)程，這也是自相似生成的一種辦法;④劃分。劃分是按某一規(guī)則對(duì)平面進(jìn)行圖案分割。對(duì)規(guī)則領(lǐng)域進(jìn)行層層深入劃分的過(guò)程，也是自相似性的傳遞過(guò)程。

3分形在建筑造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3．1建筑地坪的紋樣設(shè)計(jì)

在建筑地坪的紋樣設(shè)計(jì)中我們采用龜形圖法，即L－Sys-tems算法進(jìn)行分形圖的生成設(shè)計(jì)。之所以被稱為龜形圖法是由于在計(jì)算中我們采用三組向量依據(jù)烏龜行走的方式進(jìn)行描述，其中H代表前行，L代表向右行走，U則表示向上方行走，同時(shí)三者之間的關(guān)系用H×L=U來(lái)表示，而烏龜?shù)膭?dòng)態(tài)行走狀態(tài)則可用三維六元組進(jìn)行表述。即增加x，y，z表述烏龜?shù)膭?dòng)態(tài)坐標(biāo)而烏龜?shù)男凶叻较騽t由旋轉(zhuǎn)矩陣表示為(H1，L1，U1)=(H，L，U)R。同時(shí)，在該算法中為了令烏龜行走的控制轉(zhuǎn)向定義更便利，我們可設(shè)計(jì)一些自主定義符號(hào)，例如加號(hào)代表烏龜?shù)淖筠D(zhuǎn)角度，減號(hào)則代表右轉(zhuǎn)角度，斜杠與反斜杠分別代表繞的左轉(zhuǎn)及右轉(zhuǎn)角度等。接著我們依據(jù)地坪生長(zhǎng)規(guī)則及其算法確定的生成流程進(jìn)行合理的紋樣設(shè)計(jì)。我們可沿用科學(xué)的地坪建筑設(shè)計(jì)思想在三維的環(huán)境中進(jìn)行循序漸進(jìn)的流程式設(shè)計(jì)，并構(gòu)建出豐富多樣的地坪設(shè)計(jì)方案，將其納入計(jì)算機(jī)構(gòu)件庫(kù)中形成豐富的參考資源，便于設(shè)計(jì)師們進(jìn)一步擴(kuò)充與信息共享的參考使用并使設(shè)計(jì)效果更加豐富多樣、靈活美觀，達(dá)到最佳的可視化效果。例如我們可首先利用公理進(jìn)行龜形起點(diǎn)及其初始角度的確定，并通過(guò)賦予ID不同數(shù)值、合理進(jìn)行生成改寫(xiě)及數(shù)次迭代，從而實(shí)現(xiàn)建筑地坪的多樣設(shè)計(jì)，ID的取值與迭代次數(shù)的遞增可設(shè)計(jì)出不同規(guī)則，分布均勻的地坪圖形實(shí)現(xiàn)較好的設(shè)計(jì)效果。

3．2建筑穹頂?shù)目茖W(xué)設(shè)計(jì)

在建筑穹頂?shù)南嚓P(guān)設(shè)計(jì)中我們主要采用建模及其計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)方式，用幾何分形及立體空間的曲線方程作為理論依據(jù)并按照相應(yīng)的選點(diǎn)規(guī)則進(jìn)行深化設(shè)計(jì)探討。在該方式中我們可將生成的具有不同分形特征的幕墻結(jié)構(gòu)作為單體建筑的穹頂，井將其組合生成的不同曲面穹頂類別存于構(gòu)件庫(kù)之中以便后續(xù)的合休組裝。另外我們還可通過(guò)合理的立方體初始元墻體衍生方式在遵循相關(guān)規(guī)則的前提下進(jìn)行不同階層的轉(zhuǎn)換。基于墻體衍生的無(wú)限次套用組裝規(guī)則我們可運(yùn)用豐富的設(shè)計(jì)思維展下自由的想象，從而設(shè)計(jì)出全新的墻體造型，力求分割界限的清晰，并使造型設(shè)計(jì)易于控制，令建筑墻面的結(jié)合方式更自然，更具實(shí)用性與美觀性。

3．3分形設(shè)計(jì)中穹頂、墻體及地坪的合理組裝

在合理的組裝過(guò)程中我們主要采用可塑性強(qiáng)、自由發(fā)揮空間大的人工組裝方式，首先設(shè)計(jì)師可在內(nèi)容豐富的構(gòu)件庫(kù)中依據(jù)建筑特色選擇適用的素材元素，構(gòu)成生動(dòng)、多樣化的設(shè)計(jì)方案，該類組合庫(kù)選的組裝優(yōu)勢(shì)在于設(shè)計(jì)師不必勞費(fèi)過(guò)多的經(jīng)歷進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，而是可依據(jù)自身積累的豐富經(jīng)驗(yàn)對(duì)所要開(kāi)展的設(shè)計(jì)、履行的設(shè)計(jì)方案有一個(gè)直觀、感性的認(rèn)識(shí)。同時(shí)在組裝進(jìn)程中可依據(jù)需求進(jìn)行自由、循序漸進(jìn)的調(diào)整，因此較適用于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式及設(shè)計(jì)領(lǐng)域。在不同元素的比較組合中組合方案體現(xiàn)了變換多樣的特色，因此為了凸顯其組合方案的優(yōu)勢(shì)及明顯特征并更進(jìn)一步簡(jiǎn)化組裝操作，我們可利用可視化環(huán)境的計(jì)算機(jī)模擬手段為組裝提供有力的參考依據(jù)，在資料庫(kù)提供的線框圖及透視圖的合理指引下，建筑設(shè)計(jì)師可較為客觀的評(píng)價(jià)建筑設(shè)計(jì)元素并選擇最合理的設(shè)計(jì)方案構(gòu)建豐富多樣的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

4結(jié)語(yǔ)

總之，在現(xiàn)代社會(huì)的建筑企業(yè)之中，使用怎樣的方式來(lái)創(chuàng)新建筑的造型并且對(duì)提高建筑企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力已經(jīng)成為了現(xiàn)代建筑企業(yè)發(fā)展的動(dòng)力源頭。

參考文獻(xiàn)

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作者:王宇 單位:成都惟尚建筑設(shè)計(jì)有限公司