文/大連民族大學(xué)建筑學(xué)院 劉欣然 馮梓琪 薛文一 趙霄冉

0 引言

“有機”這個概念源于生物學(xué)，是指事物構(gòu)成的各部分相互關(guān)聯(lián)，具有不可分割的統(tǒng)一性。隨著建筑技術(shù)的不斷發(fā)展和人們對于建筑形態(tài)的不同理解，曲面、不對稱、非線性的建筑逐漸進入大眾視野。這種建筑無論是在流線方面還是空間形式方面，均非偶然生成，而是在自然界中尋求靈感，將其抽象化處理、邏輯化整合后呈現(xiàn)一種結(jié)構(gòu)表皮一體化的連續(xù)有機形態(tài)。與傳統(tǒng)的“盒子”形態(tài)不同，有機非線性建筑更像一個流動的整體，各組成部分相互交融使空間的對話感更強。隨著對國際建筑的審美疲勞，與以往任何一次建筑運動或是建筑風(fēng)格、思潮的產(chǎn)生相同，非線性建筑的產(chǎn)生不僅受到科學(xué)技術(shù)及審美的影響，同時其哲學(xué)思想也為非線性建筑的產(chǎn)生提供依據(jù)。

1 國內(nèi)有機非線性建筑設(shè)計研究現(xiàn)狀

相較國外，國內(nèi)對于有機非線性研究起步較晚，但目前發(fā)展速度喜人。由于受相關(guān)研究者、技術(shù)以及資金方面的局限，某些設(shè)計僅停留在理念與模型階段。但最近參數(shù)化設(shè)計軟件的使用加大了方案的落地幾率，越來越多不同形態(tài)的建筑也在“破土而出”，無論是概念設(shè)計還是模型搭建軟件的間相互協(xié)調(diào)、輔助，均成為有機非線性建筑生成中不可或缺的一部分。施工方面由于參數(shù)化軟件的加入，將整體化的模型打碎成為獨立的構(gòu)件再進行編號與重組，為施工提供極大便利。

2 典型案例實踐與驗證

2.1 加拿大夢露大廈

2.1.1 建筑概況

夢露大廈是由中國建筑師馬巖松及其團隊MAD建筑師事務(wù)所負責(zé)設(shè)計的位于加拿大安大略省密西沙加市的地標(biāo)性建筑（見圖1）。夢露大廈的設(shè)計試圖反映并強調(diào)自然與人類的復(fù)雜性和合理性，希望建筑本身是一種自然的反映和強調(diào)。高塔形設(shè)計有力陳述了其重要性和標(biāo)志性，使得基地區(qū)域再次成為城市的中心[1]。

圖1 夢露大廈外觀效果

2.1.2 建筑結(jié)構(gòu)

作為超高層建筑，夢露大廈的結(jié)構(gòu)屬于框架-筒體主體，外觀無論如何旋轉(zhuǎn)扭曲，均只是在表皮形態(tài)上操作，用建筑中間的核心筒結(jié)構(gòu)作為主要的承重體系。這種方法不僅可保證結(jié)構(gòu)的堅固,而且使外形的設(shè)計更加自由，外表皮每層扭曲的造型和荷載均由核心筒結(jié)構(gòu)承載，同時核心筒內(nèi)鋼柱間隙用來布置交通電梯井道和各種管井、樓梯間、衛(wèi)生間等。

2.2 參數(shù)化設(shè)計邏輯與程序

參數(shù)又稱參變量，數(shù)學(xué)概念中是為解釋因變量與自變量關(guān)系而存在的變量形式，重在描述變量之間的關(guān)系或變量之間存在的運作形式，能控制變量之間的變化[2]。參數(shù)化設(shè)計分為2個部分：首先是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的取得，然后是參數(shù)化模型的生成。通過對取得數(shù)據(jù)的整合與嘗試，將其輸入提前設(shè)計好的建筑形態(tài)生成的邏輯框圖中，實時觀察各視圖中建筑的變化，保證建筑模型統(tǒng)一（見圖2）。

圖2 參數(shù)化設(shè)計流程

2.3 基于Rhino-Grasshopper的夢露大廈形態(tài)設(shè)計驗證

無論多復(fù)雜的建筑表皮，其最開始均以二維形式出現(xiàn)。所以建筑表皮的設(shè)計，最開始一般要從平面著手分析漸變表皮的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，然后設(shè)計結(jié)構(gòu)形體[3]。通過對夢露大廈形態(tài)的分析與模型的生成掌握Rhino的操作，以參數(shù)化插件Grasshopper進行加成。與此同時，二者的相互協(xié)作使一成不變的建筑元素變?yōu)殪`活多變的參數(shù)模型。了解Grasshopper中每個電池的特性（選擇類、數(shù)學(xué)運算類、狀況類、矢量類、線性工具、面工具、網(wǎng)格工具、變換類工具、展示類），首先在Rhino中找到結(jié)構(gòu)的中心平面，再利用Grasshopper進行可視化編程，曲線工具中選擇橢圓工具賦值在平面上生成1個橢圓。平面生成完畢后，利用移動與向量指令(Series)確定方向與所需數(shù)量向上生成多個等距相同橢圓，將大量需要重復(fù)人為操作的步驟直接交由程序自動生成（見圖3）。

圖3 基礎(chǔ)平面形體生成

確定橢圓幾何中心點，使用旋轉(zhuǎn)工具形成旋轉(zhuǎn)形態(tài)（Geometry表示所需要旋轉(zhuǎn)的對象Angle旋轉(zhuǎn)角度Plan基于某平面進行旋轉(zhuǎn)），于其幾何中心點進行旋轉(zhuǎn)總計。從平面的角度實現(xiàn)模型整體拆分式的扭轉(zhuǎn)，形成1個表面平順的非線性三維模型。由于夢露大廈的旋轉(zhuǎn)角度為180°，因此使用平分工具（Range Domain區(qū)間Steps區(qū)間的分割次數(shù)），自此夢露大廈基線已經(jīng)生成完畢（見圖4）。

圖4 扭曲外形生成

下一步是要根據(jù)基線生成樓板層，具體思路是利用偏移命令（Offset指令中的Distance接收口）將基線向外偏移出一定的尺寸，設(shè)定偏移距離生成平面，由于此時生成的僅是沒有厚度的平面，因此要將其向上擠出成為1個三維體塊，將線段平分再次向上擠出形成建筑玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，此過程結(jié)束后，樓板層與玻璃幕墻生成完畢，下一步同理偏移擠出生成樓板層外部基線形成陽臺的圍護結(jié)構(gòu)。接下來為圍護結(jié)構(gòu)添加細部扶手部分。首先將圍護結(jié)構(gòu)底部基線向上移動，利用矩形工具(Rectangle)基于x、y平面進行生成扶手細部平面矩形，最后將生成的矩形進行形態(tài)偏移（Swp1）形成一個以圍護構(gòu)件平面橢圓為基線的一個閉合形態(tài)。生成外部圍護結(jié)構(gòu)的支撐結(jié)構(gòu)，首先將外圍護結(jié)構(gòu)進行等分并用射線工具（Pipe）將等分點生成線，同理生成玻璃幕支撐。自此整個模型的Grasshopper部分生成完畢（見圖5）。

圖5 模型細部點綴

3 結(jié)語

隨著后工業(yè)化時代來臨，新型建筑空間結(jié)構(gòu)技術(shù)的成熟與新型建筑材料性能的提高，未來將會有更多的有機非線性建筑產(chǎn)生，這將是一個時代的必然產(chǎn)物。本項目經(jīng)過1年的學(xué)習(xí)研究，從前期對有機非線性建筑的大量調(diào)查，到對典型案例夢露大廈，從基地環(huán)境，體態(tài)生成均進行詳細的分析，最后在基于Rhino的Grasshopper中進行了夢露大廈的結(jié)構(gòu)與形態(tài)的復(fù)原生成。由此實踐操作認識到非線性建筑參數(shù)化設(shè)計的便利性，因此對項目的研究有更加深刻的理解。