非线性建筑的低技术设计方法

非线性建筑的低技术设计方法
摘要：本文介绍非线性建筑建造过程中设计表达的整体描述，讨论的是如何从方案创意到建造图纸表达的过程。

关键词：非线性建筑、低技术设计方法、手工、表皮
非线性建筑的方案设计充满创意，超越了欧几里德几何学的框架，让人有不可思议的感觉。

非线性建筑造型创意办法很多，通过与复杂性科学相结合，建筑方案可以通过各种渠道的构思理念进行。

但是，面对不同于传统线性建筑的非线性的外形，如何用图面表达出来成为设计中的一个难题。

我们现在见到的如扎哈哈迪德的作品均大量的采用计算机虚拟技术，运用编程等手法将非线性建筑形体呈现出来。

接着在模型的基础上进行大量的虚拟剖切，得到各种施工用的图纸。

这是一种全新的设计方法，具有尖端性和高科技性。

我们身边的大量的普通建筑，或者投资规模小的建筑是无法做到的。

那有没有可能采用低技术的设计手段设计出非线性建筑，并将其付诸于实施呢？本文即是试图探讨相关的问题。

1、非信息技术的传统手工方式
在计算机带来的信息革命到来前，建筑师的工作手段就是草图、模型和二维图纸，而绘图的工具就是普通的尺规和图板。

而在这样原始的条件下，那些被称为风格派、自然主义、神秘主义的建筑师照样设计出很多非线性建筑。

这些建筑采用的设计流程现在看来很原始，一般是先绘制草图，
在此基础上制作草模，接着对模型进行不断的深入推敲，确定最终的形态，最后在模型的辅助下进行二维图纸的绘制。

由于手工绘图的局限性，在绘制的过程中只能是确定一些关键点的坐标信息，采用曲线板等方式放样绘图，这样就造成图纸绘制不精确，很多问题很难在图纸上发现出来。

由于图纸的不精确，这些项目在实施过程中只能靠对施工现场的控制，施工完成后的建筑形态是否完美取决于建筑师的现场控制和建筑工人手艺的高低。

而有些时候，由于建筑的非线性形态过于复杂，无法用图纸表达，就只能靠大尺寸模型和现场施工控制了。

门德尔松的爱因斯坦天文台被称为德国风格派的代表。

这个流派反对写实，主张用抽象形式强烈地表现人的情绪和心理感受。

孟德尔松在设计这个项目时，为体现爱因斯坦相对论的神秘性，选择了非线性的造型思路。

他首先从草图构思着手，然后再展开具体设计。

然而由于当时的施工工艺和材料表现力落后，他本想用钢筋混凝土现浇出整个非线性外形，但实际施工时发现很难做曲面木模，只好改用砖砌成形，外表抹灰。

由于这些技术上的缺陷，建筑建成后的形象离最初潇洒飘逸的草图还是有很大的距离。

类似的还有高迪的作品和罗旭的土著巢。

他们均是采用了原始的方法建造出的非线性建筑。

这些方法之共同点在于不用信息化作业，而采用传统的手工二维绘图或手工模型控制，设计效率低下，现场施工工艺对弥补设计表达的不足，完善建筑造型效果起到至关重要的作用。

其中高迪作品和土著巢在施工材料、工艺选择和现场
控制上做的好，出来的效果能够符合建筑师的预期；爱因斯坦天文台则由于运用了错误的施工材料，出来的效果与原设计草图差距很大。

在信息技术出现后，由于传统手工方式设计非线性建筑的效率和电脑绘图相比实在很低，已经逐渐淘汰了。

但是其关键点放样得到曲线、模型辅助设计、重视施工工艺控制等的设计思想还是值得继承的。

2、平面的非线性表皮方式
当今社会里，随着cad等计算机辅助设计技术在建筑领域的广泛运用，像上节所介绍的纯粹采用手工方法设计的建筑几乎绝迹了，一种建立在cad基础上的新型设计流程成为当前的主流。

cad的介入为建筑设计节约了大量的时间，也提高了设计的精确性。

但是，一方面，由于cad技术的固有原理，很难进行自由曲面的非线性设计。

一些新型的设计软件虽然很适合做自由曲面设计，可目前建立在这类软件基础上的工作方式还不能被大多数设计人员接受。

另一方面，很多具体的项目考虑到开发建设成本，很难像做地区标志性建筑一样不计成本，采用自由曲面的方案，带来大量的非标构件和高难度的施工方法。

在这种情况下，一种造型上既满足非线性的追求，设计过程又符合大多数设计人员工作习惯，建设成本也接近传统线性建筑的非线性建筑类型应运而生。

此类非线性建筑采用了一种折衷的设计办法，非线性外形只限于表皮部分，内部还是线性的功能和建筑结构。

这非线性表皮在体型上也属于线性范畴，只是在表皮开窗或划分处理上，采用了平面的
非线性方式，在平面上呈现一种无序、跳跃的非线性追求。

这种表皮处理可以通过脚本语言进行参数化生成，也可以更传统些，根据一些规则，用手工参数化的方法生成。

这样一来，所有的工作就都可以在cad里完成了。

相应的，施工方法和项目投资也接近线性建筑。

下面就举个例子来说明运用这套方法的非线性建筑生成过程。

北京复兴路乙59-1号改造项目是李兴刚设计的作品，与2007年工程完工。

平面形式的非线性表皮为其主要的立面特征。

该非线性表皮是通过因地制宜的逻辑思考，通过一系列构建规则自然而然生成的。

原建筑是是一座9层钢筋混凝土框架结构建筑，1层为商业，2～4层为办公，5～9层为公寓。

根据业主的需求，将其改造成包含1～2层餐饮、3～9层办公、西侧1～10层展廊的综合楼。

建筑的改造过程分三步进行，第一步是对原建筑体型的改造。

第二步是建筑外立面框架网络的生成。

这个框架网络展现出不规则形态，是由建筑自身不规则结构体系特点自然产生，而不是由某个非线性软件编程得来的。

第三步即是表皮的处理。

幕墙网络上选用四种不同透明度的玻璃，通过一定规则的组合处理，呈现出一种非线性的玻璃外表面。

平面的非线性表皮方式是一种运用传统cad绘图的低技术建筑设计方式，对设计人员的计算机能力要求不高，目前绝大多数设计人员都可以毫无技术障碍的设计施工图。

这种建筑的非线性体现是关键在于需要一定的设计策略。

建筑的非线性仅限于平面化的表皮，这样就使得设计的绝大多数工作都与传统线性建筑的工作方式毫
无差别。

面对非线性表皮，设计人员只需要建立一定的规则，由特定的规则自然而然生成表皮上的非线性变化。

这样的设计策略，既创造出了有特色的非线性建筑形象，又增加了可实施性，降低了设计成本和施工建造成本，特别符合我国目前经济条件不算发达的社会环境，也符合目前绝大多数建筑设计人员只掌握cad这种初级数字设计工具的设计环境，是当前值得推广的一种做法。

非线性建筑是一种试图突破传统线性方式的束缚，以非线性造型为目的的建筑形式。

在当今社会里，当计算机技术广泛运用到建筑设计领域当中后，仍然有很多建筑会因为预算和施工条件等方面的限制，以低技术含量的方式进行非线性建筑的设计。

因此本文探讨了相关的手法，特别是更符合当前成熟技术的表皮式设计方法，以期起到抛砖引玉的作用。

参考文献：
1、吴焕加，爱因斯坦天文台，建筑工人，1997（04）：58
3、李兴刚张音玄付邦宝，表皮与空间——背景复兴路乙59-1号改造，建筑学报，2008（12）：58-64。