建筑设计中分形学的运用浅析

建筑设计中分形学的运用浅析
一、分形学的相关概念及其特点
从建筑物的细部构造分形方法出发，使用非线性设计方法，可以细化城市建筑全体中的轴线尺度设计，实现尺度比例的和谐。

分型几何其实一直存在与自然界中，比如：数学领域中著名的瑞典数学家Helge von Koch在1904年发表的一片具有划时代意义的论文《Sur une courbe continue sans tangente，obtenue par une construction》，论文中提出了KOCH曲线，给出一条简单的直线线段，将这条长度较短的线段正中间的二分之一部分，替换成一个等边三角形的两条边，这样可以组成一个具有显著分形对称特征的新图形。

并且，在这个新图形中，将图形中的每一个直线的线段的三分之一部分继续用等边三角形的两条短边进行替换，这样，又会得到一个简单的新对称性图形，如此反复进行替换和重组的操作，就形成了KOCH曲线。

这条曲线的构成主要是利用了图形中的分形学的基本原理。

其中，分形几何学的主要研究对象就是具有自相似性质的无限精细结构，通过将事物中的自然形态看做是一个独立的整体，通过无限次数的嵌套层次的逻辑思维深层构造，实现几何图形的分形特点。

并且，这种图形还不会因为直线线段有限长度的尺度问题改变而改变自身的相似性。

在西方的古典建筑中，存在着大量KOCH曲线分形在建筑设计中的运用经典案列。

使用KOCH曲线可以实现建筑物的多样性对称，减轻人体的视觉欣赏疲劳，提升建筑物的古典美和艺术气息。

图示：西方koch分形线设计
二、分形学在建筑的表皮设计运用
建筑设计分形学在建筑方面的运用十分广泛。

从建筑物的表皮设计的应用方面来看，我国2008年举办的北京奥运会中的游泳比赛奥林匹克场馆非常具有代表性。

北京游泳比赛中的主题馆水立方以其简约大方的风格和朴实的分形学设计特色形象为广大的中外游客留下了十分深刻的印象。

其中，水立方的设计理念源于著名的建筑设计师Wearie Phelan提出的“无限等体积肥皂泡阵列几何图形学”的问题解答。

首先，在建筑设计的过程中需要先产生一个与建筑物相比更大的Wearie Phelan泡沫组序结构阵。

然后，将这个生成阵列以其中的某一个矢量为中心进行
逆时针旋转，最后，将这个生成阵所组成的建筑物外部空间和内部空间中的泡沫结构垂直剪切下去。

这样可以实现水立方场馆建设的每个面的整体垂直，之后剩下的部门作为建筑的屋面以及墙体的主要构成。

这样，基本的奥林匹克游泳馆主题比赛场所“水立方”就完成了。

其中，以泡沫填充物作为主要构成结构的建筑风格按照三个正交的坐标轴规律进行重复构建，从而形成了游泳场馆的主要比赛建筑模型。

建筑分形的理念在水立方的墙体建筑以及屋面的设计应用中得到了充分的体现，在水立方的墙体设计中，使用大胆的矩阵图形转换的造型，体现了水滴与大自然的美感。

图示：奥运场馆水立方
三、分形学在建筑的“体”的设计与运用
在建筑的三维分形设计的过程中，建筑三维分形通常被称为是“体”分形。

在进行房屋建设“体”分形的建筑设计活动时，要严格按照数学中的分形学原理来展开，根据科学施工的相关规范要求进行实施。

“体”分形的建筑设计活动是一个单独的分部工程，它和基础与地基等分部工程一样，需要单独组织验收。

在分形的建筑设计活动工程项目施工过程中，施工操作人员根据建筑图纸，制定出针对性较强的施工方案，充分考虑到房屋施工建筑中的经济效益，避免施工的满目性，在建筑活动开展的过程中尽量不要破坏房屋本身的协调性，切忌为了可以实现“体”分形的建筑设计而忽视了对于建筑物的“节能性”和“安全性”的考虑。

必须要减少对房屋建筑的本身结构展开框架性的破坏，不要去安装一些并不适合施工建筑“体”分形设计图纸的设备，只要既会导致“体”分形的设计成型效果大打折扣，又会导致由于过度装修而浪费了不必要的资金。

建筑空间和建筑实体是机和形体的组合与叠加，运用对称轴线设计手法进行建筑设计，就是通过将建筑物和城市空间进行连续堆成排列，使得各自的对称性彼此吻合，才能够体现出建筑物设计科学中的现实美感。

四、分形学在建筑设计中的细节考量和展望
建筑设计师在运用“分形学”设计理念时，要对建筑物的整体结构设计开展综合性的考量，尤其是建筑物的基本外形设计方面，在设计的过程中，要充分运用几何学中，图形转换翻转、旋转、对折、平移和镶嵌设计。

在建筑设计的方法上，在实际的施工操作过程中，还应该对建筑物内部的照明设备进行科学设计，应该采取高效能的节能灯具，为建筑物内部提供稳定的照明光源。

在一般室内场所的情况下，应该尽量选取发电功率比较小的荧光灯，或者是发光效率较高的高
压钠灯，以及稳定性能好的LED节能灯。

在室外和建筑物的楼梯通道的照明活动中，可以使用金属元素卤化物灯和高压钠灯，通过能量集中，提高照明使用的效率。

这样可以通过一些拟态的操作，使得运用了“分形学”几何设计思维的建筑物分形效果更佳明显，人体眼球可以再充足光线的可视环境下实现欣赏的目的，使得建筑物外观发生一些随着周围景观灯变化的操作，使得建筑分形的建筑活动“事半功倍”。

结束语
建筑分形学在现代化建筑设计的很多方面都有具体的应用，比如在表皮的分型设计方面、通過对建筑物的幕墙碎片化设计，体现出建筑设计中的“不规则”美感。

在建筑物的墙体分形方面，使用破碎和组合原理，可以实现建筑群体的整体对称性，体现出建筑设计中的和谐与统一。

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