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摘要:介紹了建筑非線性的定義，從突變、混沌、分形等角度，闡述了非線性建筑的重要形式語言，提出了新幾何學、非線性結構、環境生態學等幾種設計非線性建筑的新途徑，以豐富建筑的外觀形態。

關鍵詞:建筑設計，非線性科學，環境生態學，新幾何學

1建筑非線性概述

非線性科學使人類從全新視角認識自然和社會。超越了牛頓原理和線性科學，而屬于隨機的、模糊的復雜科學領域。非線性建筑，概括地說，就是在其設計過程、方法、結果等方面符合非線性特征的建筑形式。非線性建筑在狀態上具有開放、動態、模糊、非平衡特征，在結構上具有去中心、層次、相關特征。受涌現、混沌、模糊、耗散等復雜性、非線性科學理論影響，非線性建筑得出一種自由曲面建筑形態，它從自身性能要求和周圍環境影響出發，試圖構建一種新的美學、科學和哲學框架，從而適應了非標準、不規則的因素。

2非線性建筑的建筑表達

非線性建筑在形式語言上呼應了復雜理論、自組織理論、混沌理論、非線性動力學等，曲面非線性是其在建筑形象上的首要特征。突變、自組織和分形是非線性建筑的重要形式語言。

2．1突變

從突變論出發，極度優化的建筑設計也預示著對缺陷的極度敏感，而易于產生致命的損傷和災害。運動是絕對的，刻意追求靜止穩定態會引發根本的矛盾。以高層建筑為例，允許其在風力等荷載作用下產生一定的位移反而是合理的，能夠有效預防突發的傾覆。建筑設計也是如此，過度追求形體均衡和功能嚴密，就會造成建筑對其環境因素的極度敏感。非線性建筑則在根本上解決了這個問題。非線性思維下的設計本身就充滿矛盾，建筑設計處于持續的運動中，并不追求極度的勻稱。這樣，就能夠在運動中找到更和諧的平衡。由扎哈•哈迪德建筑師事務所設計的黎明之塔就是變與不變和諧統一的典范之作，圖1是黎明之塔的設計過程中的形體演變。

2．2混沌

決定論認為，初始條件一定時，事物的發展是可以預見的。而混沌否定了這一想法，它是產生自確定性的非線性動力學系統，表面卻似無規則的類隨機現象。仙臺媒體中心就很好地體現了混沌的思想，它由十三根海草型的管柱支撐起六層地板，形成空間主體。設計師伊東豐雄基于人與空間的開放性與互動性思考，設計了這種不確定的空間?？臻g主體不設隔墻，給使用者充分的空間和自由的感覺。整棟建筑于混沌中充滿了和諧和柔和，如圖2所示。

2．3分形

混沌具有確定與非秩序的矛盾屬性，而分形，則可以認為是秩序的保留，是非線性和混沌中隱藏的確定性。自然界中，非確定的物質常常在其功能、結構等方面存在自相似性，這就是分形。這種分形是對復雜性更深層次秩序性的重要表達，這種自相似、自仿射的手法也是非線性建筑的重要形式。眾多建筑師采用分形幾何的理念成就了許多建筑的經典之作，如圖3所示。

2．4非線性建筑設計的表現方法

圖4運用流動、折疊、傾斜和旋轉手法的建筑設計非線性建筑設計的表現方法主要有:流動曲面、折疊融合、傾斜疊加和旋轉扭曲，如圖4所示。流動手法通過運用曲線和曲面構造建筑的空間，給予傳統“盒子”建筑難以呈現的強烈運動感。折疊手法打破了傳統建筑立面與平面的絕對垂直關系，使之融為一體，將建筑構建成內部與外部空間相融合，空間與人流相適應的形態。傾斜手法的運用是用多緯度的幾何體替代了傳統笛卡爾坐標系的橫平豎直，賦予建筑破碎感。旋轉手法基于基本型的旋轉生成沿母線的流動形態，構成新的多維建筑形態。

3設計非線性建筑的新途徑

3．1新幾何學

非線性建筑以形態為最顯著特征，其發展離不開對分形、拓撲等幾何學(如圖5所示)的研究。分形幾何的本質在于自相似，是非線性建筑空間的重要來源，可以產生傳統幾何難以企及的構型。從拓撲學出發，將空間進行扭曲延展也是非線性建筑設計的重要思想，可以產生極好的形態效果。

3．2非線性結構

直線受力是牛頓力學中最科學的結構形式。但在非線性科學角度，曲線結構的優美和合理性是無法取代的。西班牙建筑師Calatrava是建筑結構美學大師，善于將建筑和結構兩個層面相結合，來指導建筑設計，進行創作。這種結構美學與建筑形態美學相結合的方法能夠把力學、數學、美學完美結合在一起。基于這種思想，他創作的一批建筑作品享譽世界，如巴倫西亞科學城中這種把橋梁結構和建筑結構相結合的形式。

3．3環境生態學

建筑總是存在于一定的環境中的，而且必須具有對環境的適應性。地域環境對建筑形式的選擇、結構的確定和空間的優化都具有顯著的影響。如果建筑師能夠主動的利用環境，比如光線、風向、地勢、降雨降雪，將會創作出令人眼前一亮的作品，而且將會有利于建筑節能目標的實現。比較典型的例子來自于倫敦市政廳(見圖6)，它來自于建筑師NormanFoster之手。整個市政廳建筑呈變形后的球形體，整體向南傾斜3°的設計使得每一層樓板自動成為下一層空間的遮陽板，而且這種錯位的設計還自然而然的加強了市政廳內部的自然通風，從而降低了人工通風能耗，增強了節能能力。這種傾斜設計也保留了對建筑環境的敬畏。建筑北側沿河的人仍然可以接受到日光而不被建筑遮擋。另外，市政廳曲線靈動的形態也更好的實現了與周圍環境的融合。

4結語

非線性建筑以非線性思維為設計基礎，常常在突變、混沌中體現出復雜性，又會以分形和拓撲的方式體現出更深層次的秩序性。非線性建筑可以創造出不同于傳統歐幾里得幾何建筑的優異形態。通過前沿幾何學、非線性建筑結構、環境生態學的研究，能夠形成新的非線性建筑設計思路。依托于飛速發展的數字技術，非線性建筑設計為城市空間提供了浪漫和靈動的氣質，取得了飛速的發展。但必須指出的是，在進行非線性建筑和線性建筑的選擇時，需要根據現實的區域環境、經濟條件和人文歷史進行深入細致的探討對比分析。

作者:解麒華 單位:廈門大學建筑與土木工程學院

參考文獻:

［1］武杰．跨學科研究與非線性思維［M］．北京:中國社會科學出版社，2004．

［2］Jencks，C．Nonlineararchitecture:newscience=newarchitec-ture［J］．ArchitecturalDesign，1997(67):9-10．

［3］Jencks，C．Thearchitectureofthejumpinguniverse．Apolemic:howcomplexityscienceischangingarchitectureandculture［M］．Revisededition．Chichester:Academy，1997．

［4］徐衛國．非線性建筑設計［J］．建筑學報，2005(12):32-35．

［5］徐衛國．非線性體:表現復雜性［J］．世界建筑，2006(12):118-121．

［6］伊利亞．普利高津．確定性的終結———時間、混沌與新自然法則［M］．湛敏，譯．上海:上海科技教育出版社，1998．

［7］穆清．非線性建筑空間解析［D］．大連:大連理工大學碩士學位論文，2006:57．

［8］朱曄．談空間形象與建筑創新［J］．山西建筑，2010，36(16):16-17．

［9］龔曉文，王小凡．非線性理論在建筑設計中的應用［J］．山西建筑，2007，33(36):23-24．

［10］袁承志，易中．論非線性建筑設計［J］．華中建筑，2008(12):9-13．