数学与建筑学的关系探讨

数学与建筑学的关系探讨

数学是研究数量、空间变换以及其他信息的一门科学，而建筑学是研究建筑及其周边环境并为建筑物设计出谋划策的学科，数学与建筑学之间有着紧密的联系，研究二者直接的关系对数学和建筑学的发展都有着重要的作用，具有十分深刻的现实意义。

标签：数学；建筑学；美学；影响

数学与建筑学都是教育中重要的学科，二者虽然隶属不同的专业领域，但彼此之间却有着紧密的联系。数学影响着建筑学，建筑学又影响着数学。我们知道，建筑学是利用建筑材料对空间进行改造和设计的过程，在施工之前必须有合理的建造方案，而数学在这其中便起到了重要的作用。在建筑学中用到数学模型的现象也是屡见不鲜。因此，数学与建筑学的关系值得我们的深入研究。本文将就数学对建筑美学的影响以及建筑设计中的数学进行分析和探討。

1、数学对建筑美学的影响

建筑美学即在利用建筑学对材料和空间进行设计和创造的同时，实现建筑外观和功能上的美观。在建筑美学中，数学是一种重要的应用，数学对建筑美的实现具有十分重要的作用。最典型以及最早的例子便是世界奇迹古埃及金字塔，经过研究发现，金字塔的底座和侧面之间家角的余切正是黄金数值，单个金字塔的每一个侧面都正好是三角形形状，三角形是最稳定的结构，而黄金数值属于数学范畴内的一个重要内容。在现代建筑业中，三角构架是一种十分常见的结构，很多建筑房屋的屋顶都使用三角形支架来进行支撑。可以看出，要想实现一座建筑物的美感，需要通过设计图纸时以一定的数学比例进行科学合理的技术才能在施工过程中严格控制建筑的形态，最终实现建筑的外观和功能上的美观。

2、建筑设计中的数学

2.1建筑设计中的几何学

几何学是数学一个重要的内容，但它也来源于建筑设计的实践，是在建筑中获得了强大的现实支撑的。研究表明，几何学最早可以追溯到古埃及中的“测地术”，人类在治理尼罗河水灾的过程中所发明的一个概念。在后来逐渐的发展中，人们也从最开始只发现一些圆状和多边形的几何体发展到运用长方形和正方形，并在建筑中得到了实践。文艺复兴时期，建筑学也开始被人类重视，并且发展成为一门独立的学科。在建筑学中，数学中的几何学是一项重要的应用。几何学让建筑得以通过对物体几何关系的应用来实现建筑之美。很多建筑工程师也常常借助了圆顶和弧线来诠释自己对宇宙和地球的崇敬。可以说，几何体在建筑设计中的运用，给人类带来了更加美观的建筑，让人们看到更加美丽的世界。

2.2建筑设计中的黄金比例分割

黄金比例分割，即是按照1：0.618进行分割的一种方法。在建筑学中，黄金比例数字0.618被认为是一个神圣和完美的数字，是完美比例的代表。而在数学中，事物如果按照1：0.618的比例进行瓜分，便会认为是达到客观美的一种表现。作为数学中一个经典的比例数字，0.618已经超越了数学理性的范畴，而是被增添上了艺术美和和谐美的特点。在建筑学中被予以了高度的重视。从古至今，从西方到东方，建筑设计的过程中，为了实现建筑物的美，常常采用黄金比例分割的方式，按照1：0.618的比例划分建筑物，大到建筑群中的应用，小到建筑物中的门窗设计中。比如，巴黎圣母院整座建筑正面的高度与宽度之比为8：5，近似于黄金比例1：0.618，而它的每一扇窗户也是以8：5的比例进行设计的，体现了建筑的协调比例之美。而上海的东方明珠塔也有异曲同工之妙，其身高达462.85 米，上球体位于295米的地方，这两个高度的比例约为1：0.618，从整体上看，整座东方明珠塔散发着完美比例的气息。可以说，黄金比例分割这个数学知识在建筑学中是一个极其重要的内容，在各种建筑物中起到协调的作用。

2.3建筑设计中的等差数列

等差数列是数学中的一个重要的数列类型，是依照特定的规律进行排列的一组数字的组合，每个相邻数字之间的差值都是相同。看似完全由数字组成的数学知识却在建筑学中也能被大力应用。宁夏的一百零八塔就是一个很好的例子，一百零八塔是我国最整齐的塔群，塔的数量多达108个，这个108个塔整齐地排成了12行，每一行塔的数量依次为1、3、3、5、5、7、9、11、13、15、17、19。这12个数字，蕴含着等差数列的知识。从1开始连续10个奇数的和为100，但如果要建108座塔，还需要在100的基础上加上8，再将8拆分为3和5，就不破坏其奇数的排列。

2.4建筑学中的圆锥曲线

数学中，圆锥曲线包括圆、椭圆、双曲线和抛物线等几种，是截圆锥面而得的一种曲线，这种曲线的在建筑设计中的运用，能大大提升建筑物的美感。因为要使得圆形轨道上所有的点与中心的距离相同，可以让建筑表现出完美的比例和和谐感。比如，北京天坛就是古人对“天圆地方”的理解及表现。

2.5建筑学中的数字

数字在数学中或许没有被赋予艺术价值，但在建筑设计中，却有极大的艺术之美。例如“9”这个数字，就被给予了高度的美的价值。北京天坛上的圆丘，在某个意义上讲，是数字“9”在建筑学上的堆积，我们可以发现圆丘的上端是一块镶着九块弧形石板的太极石，从内到外，一圈一圈堆砌着，内外的石板数量相差九块，上层第九圈多出九块石板，以此类推，每一个外圈都比里面那一圈多出九块。这样的数字组合，是我国奉承九重天的表现，每一层都是九的倍数。另外，我国著名散文家秦牧也曾在其作品中叙述过——从天有九重，联想到地有九州，诗歌有九章曰九歌等。可以看出，九这个数字在我国人民中的重要地位，也可以看出，数学中的数字在建筑设计中的渗透作用。

总之，数学在建筑学中的应用，对实现建筑物的美感和稳固具有重要的作用。这就要求我们，必须重视对数学与建筑学之间关系的研究，以最科学的精神、最严谨的态度和最饱满的热情，在实践中不断探索，细心观察更多可以应用于建筑学中的数学知识，促进数学和建筑学的共同发展。

参考文献：

[1]唐炜.数学与建筑学的关系探讨[J].科技视界，2017，（10）：120.

[2]易中，刘捷.关于提高建筑学专业学生的数学修养问题[J].华中建筑，2010，（11）：180-182.