黃蔚欣清華大學建筑學院長聘副教授，冰立方廣場“雪絨星”主創(chuàng)設計師、項目負責人

我們以雪花冰晶為概念起源，參考‘水立方’建筑的多面體幾何原型，延續(xù)‘水立方’和‘鳥巢’形態(tài)基因，基于正二十面體和編織網(wǎng)格設計出三維的雪花雕塑。這個作品既像雪花，又像閃爍的星星，我們給它起了一個形象的名字——雪絨星。

——黃蔚欣

2022年，北京冬奧會開幕式在國家體育場鳥巢舉行，無數(shù)精彩瞬間在網(wǎng)絡上刷屏，96片“小雪花”組成“大雪花”，給人們留下深刻印象……說起冬奧雪花，在冰立方（即國家游泳中心“水立方”）南廣場也矗立著八片中國結(jié)造型的立體雪花，名為“雪絨星”。“雪絨星”是如何誕生的？有哪些科技創(chuàng)新亮點？為此，《城市建筑空間》雜志采訪了“雪絨星”的主創(chuàng)人員——清華大學建筑學院黃蔚欣團隊。

“雪絨星”緣起

Q“飄落”在國家游泳中心南廣場的八片閃耀的立體雪花“雪絨星”是在怎樣的背景下誕生的？請您談談這一創(chuàng)作造型是源于怎樣的考量？

A2020年，我們研究室接到任務：在冰立方（即國家游泳中心“水立方”）南廣場完成一系列主題雕塑，將科技與藝術(shù)相結(jié)合，為冬奧會增光添彩。在北京市科委的支持下，經(jīng)過團隊為期一年的設計與建造，八片編織立體雪花燈光藝術(shù)裝置在國家游泳中心南廣場完美落成。立體雪花包括4種燈光雕塑造型，分成3個組團分布于國家游泳中心南廣場不同位置。廣場中部是最大的一片雪花主題雕塑，高7m，位于地下冰場采光頂附近；東部組團是靠近冰上運動中心主入口的三片雪花，分別高5，3，2m；西部組團布置了四片雪花，頗具親和力。研究團隊為作品設計和建造付出了不懈努力，燈光雕塑整體造型如空中飛舞的雪花、又似夜晚墜落地面的流星，自然融入建筑背景。這個作品既像雪花，又像閃爍的星星，我們給它起了一個形象的名字——雪絨星。

“雪絨星”的設計方案以雪花冰晶為概念起源，雪花、冰晶的典型特征是完美的六軸對稱性，其形態(tài)千變?nèi)f化，又都源自六軸對稱的基本規(guī)則，是秩序與韻律的和諧統(tǒng)一?！把┙q星”基于雪花的對稱美特點，從正二十面體出發(fā)，通過“升維”，并抽象、簡化，形成了新的編織雪花。這樣的立體雪花設計，突破了傳統(tǒng)的平面雪花在藝術(shù)表現(xiàn)上的局限性，又體現(xiàn)了我們對雪花形態(tài)本質(zhì)——對稱美的理解。從不同角度看，空間編織的桿件前后疊加，如同空中飛舞的雪花、又似夜晚跌落的流星，自然融入水立方建筑背景，在夜色中，極致理性的曲線和感性彌散的光影塑造出一種夢幻般的絢爛效果（見圖1～6）。

圖1 以鳥巢和水立方為背景的“雪絨星”

圖2 “雪絨星”整體鳥瞰效果

圖3 不同尺度雪花生成

圖4 精細模型

圖5 陽光下的“雪絨星”

圖6 “雪絨星”燈光效果

“編織”的技藝

Q據(jù)悉，“雪絨星”是基于我國傳統(tǒng)編織工藝的“編織結(jié)構(gòu)”。請問，這一結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是如何將傳統(tǒng)編織工藝與現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)相結(jié)合的，體現(xiàn)出哪些創(chuàng)新點？

A“雪絨星”的構(gòu)造來源于我國傳統(tǒng)手工藝編織結(jié)構(gòu)的思考，編織結(jié)構(gòu)建造簡便，輕巧堅固，造型簡潔美觀，能夠?qū)崿F(xiàn)各種非線性形態(tài)?！把┙q星”的編織結(jié)構(gòu)彰顯傳統(tǒng)編織工藝和現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)的結(jié)合，融合了傳統(tǒng)編織快速成型的優(yōu)勢，利用數(shù)字技術(shù)發(fā)展編織的拓撲，可滿足更廣范圍自由曲面形態(tài)的建造（見圖7～9）。

圖7 基礎(chǔ)曲面與編織網(wǎng)格

圖8 完成效果

圖9 國家博物館“3D編織中國結(jié)”

其技術(shù)創(chuàng)新點值得關(guān)注。首先，我們創(chuàng)新性地開發(fā)了可以在任意自由曲面上進行網(wǎng)格重建的計算工具，可以便捷地生成均勻、連續(xù)、結(jié)構(gòu)性能良好的不同形態(tài)的編織式空間網(wǎng)殼。第二，我們提出基于非線性編程的優(yōu)化算法，結(jié)合非線性編程和多目標優(yōu)化，實現(xiàn)了在多重約束條件下的結(jié)構(gòu)性能最優(yōu)化設計。第三，我們提出基于計算機算法的編織桿件展開和建造工序優(yōu)化的編織式空間網(wǎng)殼快速綠色建造技術(shù)。第四，項目組開發(fā)了基于多層桿件協(xié)同和復合材料的結(jié)構(gòu)性能提升技術(shù)，同時，結(jié)合傳感智能控制和可編程燈光系統(tǒng)，實現(xiàn)編織式空間網(wǎng)殼與周邊環(huán)境的實時互動，提升其視覺表現(xiàn)。

藝術(shù)與科技的結(jié)合

Q“雪絨星”可謂是藝術(shù)與科技完美融合的作品，貴團隊如何通過科技來闡釋“雪絨星”的美學價值？

A“雪絨星”作品將聲光電現(xiàn)代技術(shù)綜合應用到公共空間藝術(shù)中，高度結(jié)合了幾何學、計算機圖形學和建筑結(jié)構(gòu)等多個領(lǐng)域的知識，具有非常獨特的美學價值，是科學與藝術(shù)的結(jié)晶。

每一片“雪絨星”都是用線元素塑造曲面，再拼接成鏤空的三維造型，使“雪絨星”宛若天外飄落的晶瑩雪花，在凜冽寒風中綻放別樣的輕盈優(yōu)雅，潔白的光芒在冰立方的表面四散出漫天的輝光，讓人想起“燕山雪花大如席，片片吹落軒轅臺”的蒼茫雪景，亦或是“星漢燦爛，若出其里”的遼遠夜空。

編織結(jié)構(gòu)燈光雕塑此前已得到應用，然而燈帶直接附著在玻璃鋼桿件上會影響雕塑的日間視覺效果。為保障全天候的良好視覺效果，我們團隊對雕塑材質(zhì)進行了升級，創(chuàng)新研發(fā)出鋁合金材料的數(shù)控編織技術(shù)。新材料實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)與燈光一體，電線也被藏了起來，使雕塑更為美觀?？紤]到大風影響，采用風阻小的細桿件，桿件相互編織形成結(jié)構(gòu)整體，編織好的雕塑連接在土層下的混凝土基座上，以抵御強風（見圖10～12）。

圖10 雪中的“雪絨星”

圖11 整體組裝

圖12 雕塑細部

歷經(jīng)為期一年的設計與建造，八片大小不一、錯落有致的“雪絨星”最終在冬奧會開幕式上完美綻放，作為矗立在冰立方南廣場的燈光藝術(shù)裝置，成為奧林匹克公園夜間景觀的亮點，提升了城市公共文化生活品質(zhì)。

一起向未來

Q請問貴團隊的工作信條是什么？基于“編織技藝”，您如何考慮團隊的未來發(fā)展布局？

A我本人有跨學科的背景，因此希望在科研、教學和實踐中將建筑設計和計算機技術(shù)、結(jié)構(gòu)工程等學科相結(jié)合，探索建筑學中的基礎(chǔ)性的科學問題。我團隊的3個研究方向包括：基于數(shù)據(jù)的建筑實證研究、智能算法輔助的設計方法研究及“編織結(jié)構(gòu)”等。

“編織結(jié)構(gòu)”面向的研究領(lǐng)域是自由曲面的建造，我們原創(chuàng)性地提出建筑結(jié)構(gòu)一體化的建造技術(shù)，其不同于一般的復雜形體制作技術(shù)（如三維打印等），是僅使用標準桿件和節(jié)點，不需要定制加工就可實現(xiàn)自由形體的建造。說到信條或理念，我認為一是用跨學科方法研究建筑學中的科學問題，拓展建筑學的學科邊界；二是用算法和信息技術(shù)，在研究、設計和建造中拓展建筑師的能力邊界。

“編織結(jié)構(gòu)”是我們過去8年來持續(xù)研究和實踐的方向，是一個不斷發(fā)展、逐步成熟的過程。經(jīng)過此次科技冬奧項目的研發(fā)，已具備更完善的工程性能和藝術(shù)表現(xiàn)力。在未來，希望這個系統(tǒng)能在公共藝術(shù)裝置、空間結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域得到更廣泛的應用，在提供一種全新的自由曲面建造技術(shù)及相應的形式語言的同時，表現(xiàn)幾何之美、空間之美、結(jié)構(gòu)之美、科技之美。