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1、 浅探分形学在建筑设计方面的应用摘 要：分形学是数学中非线性科学的重要组成部分，其中的数学思想在建筑设计方面得到了充分的应用，本文首先给出分形学的相关概念及分形几何图形所具有的一些重要特点，然后，就分形学在建筑设计方面的应用进行探索，分析其在建筑设计方面的具体应用，最后，对分形学在建筑设计方面的应用进行展望。关键词：分形学；建筑设计；应用分析随着我国经济建设的飞速发展，人们对建筑物的审美观念也发生了很多变化，不再单纯的注重建筑的实用价值，更注重其视觉的美感。分形学在建筑设计的很多方面都有所应用，比如说表皮的分形、体的分形、细部构造分形等等。一、分形学的相关概念及其特点（一）分形学的概念作为非线
2、性科学中重要概念之一的分形学，其“分形”的含义字面上理解为“破碎”和“不规则”。分形理论作为现代数学的一个分支，本质上阐述了一种新的世界观和方法论。（二）分形几何的特点1.分形几何其实一直都存在于自然之中，比如：著名的koch曲线，给出一条直线段，将这条线段中间的二分之一部分替换为等边三角形的两条边，并且，在新的图形中，将图形中各个直线段的三分之一部分继续用等吧三角形的两条边进行替换，反复的进行操作，就形成了koch曲线，这条曲线的构成主要利用了分形学的原 理。2.分形几何学主要的研究对象就是具有自相似性质的无限精细结构，将事物的自然形态看作是拥有无限的嵌套层次的逻辑构造，并且不因为尺度的变化
3、而改变其相似性。二、分形学在建筑设计方面的具体应用建筑设计的好坏不仅仅关系到建筑的美观，更关系到建筑的整体安全性问题，因此，建筑设计是一项非常讲究科学性的研究性工作。分形学作为数学的一个研究领域，其科学性是毋庸置疑的。其在建筑设计方面的应用相当广泛，下面就具体的介绍一下其在建筑设计方面的主要应用。（一） 分形学在建筑的表皮设计应用在这个方面的应用，北京奥运会的游泳比赛场馆水立方是非常具有代表性的，水立方以其简约大方的形象设计为广大的中外游客留下了很深的印象，其设计理念源于wearie phelan提出的“无限等体积肥皂泡阵列几何图形学”的问题解答。首先，需要生产一个与建筑物相比更大的weari
4、e phelan泡沫结构阵，然后，将这个生成阵以其的中某一个矢量为中心进行旋转，最后将建筑的外部空间和内部空间中的泡沫结构剪切下去，之后剩下的部门作为建筑的屋面以及墙体构成。这样，基本的“水立方”就宣告完成了，其，中泡沫构成的建筑结构按照三个正交的坐标轴规律的进行重复构建，从而形成整体的建筑模型。分形的理念在水立方的墙体建筑以及屋面的设计应用中得到了充分的体现。其基本的结构体是利用了旋转和切割等方法加以实现的，给人的感觉就是整体观极强并且 还很微 妙。（二）分形学在建筑的“体”的设计应用1.建筑的三维分形设计。建筑的三维分形通常被称为是“体”分形，就是建筑的“体”通过适当的旋转、缩放和线性转译
5、等相关的分形操作，把一个简单的单元变为很多个相似或相同的元素，并将这些元素合理的组合在一起，进而组成了更高一级的粒子单元，工作完成之后，继续进行新一轮的转译，不断的重复这样的过程，最终形成了很多无线多层级的单元组合。2.彼得埃森曼的尺度缩放。美国著名的前卫建筑是彼得艾森曼设计的的住宅是复杂性科学在建筑设计领域的首次正式应用，他充分利用了分形几何中的比例缩放理原，运用立体l形的复杂旋转构造成建筑的体量，是建筑师第一次有意识的运用分形几何来表现建筑的复杂与多元。（三）综合体分形设计建筑师祯文彦设计的螺旋大厦（ sprial building，1985），以“正方形”作为其建筑的“生成元”，通过缩放
6、的方法构造出一系列的不同大小的正方形，并将其用于建筑当中，实现了建筑的分形构造，并且，除了利用分形维度理论之外，还融入了很多异质元素，进行有序的拼接混合，充分体现出建筑物与城市之间，整体与部分之间，混沌与秩序之间的同构原理。建筑师本人声称： “螺旋大厦的建筑设计理念同城市的理念有很多相似的地方，是要将自身完全的奉献出来，让人们随意的进行切割，在被完全的肢解之后，重新获取生命”。设计师就是要有建筑本身的复杂多元性来体现社会的 复杂性与多元性。三、分形学在建筑设计发展中的展望自从上个世纪二十年代开始，世界各国的建筑设计师们就在不断的寻求建筑设计方面的突破，希望能够对原有的建筑语言进行改革与创新，从
7、而有个质的飞跃。现代数学中的分形理论以其所具有的“自相似性”、“无尺度性”、“尺度层次”、“尺度变换”等特性，引起了建筑设计领域学者的极大关注，并且不断的在建筑设计方面予以大胆尝试，并取得了非常令人满意的效果，设计出的建筑物更加的贴近大自然，并与周围环境相协调。符人合们的审美观念。但是，毕竟还是发展的时间较短，很多方面都需要进一步的摸索和尝试，在取得成绩的同时，也必须认清国内的经济建设发展 状况和社会对其的认识程度，不能单凭自己的想法，随意的进行设计，否则设计出来的作品一旦不能与社会环境相互协调，将会造成不良的社会影响，对此方面的设计发展也将产生不利影响，因此，要注重设计方案的可操作性，发挥其
8、最大的设计优势。如今的时代，为新形式、新思维创造了优越的生长环境，尤其是在当今的中国建筑市场，正处于异常活跃时期，要牢牢把握机会，为建筑设计的质的飞跃努力奋斗。参考文献：1顾红男，詹巨聪.分形学在建筑设计的应用j.四川建筑，2011，012林秋达.从“师法自然”到“算法自然”分形法则在建 筑设计中的运用j.福建建筑，2010/11 分形几何与建筑设计本章讨论分形几何观点对建筑设计，特别是建筑形态创作的影响。第1节讨论这种影响的核心，第2节讨论这种影响得以实现的不同过程。 5.1 核心：通过对自相似性的表现实现不规则性与秩序性的统一与新兴的复杂科学一起，分形几何带来了新的美学。在建筑设计中发挥这
9、种新的美学的影响，就是要把握那些在以前的历史上不曾被把握的形式美，进而创造属于我们时代的设计。 分形几何学对自相似性规律的揭示一方面为我们提供了认识自然形体的新的观点，另一方面也为我们创造人工形体提供了全新的思路。就象我们的思维总是依赖语言一样，我们对形式的想象也依赖于我们的几何语言。在形式的语言方面，分形几何不仅为我们提供了新的词汇分形的形式，更为我们提供了全新的句法通过自相似性的多层次构成。 我们完全有可能借助这套全新的语言去探索未知的边境，拓宽建筑形式可能性的领域，把我们时代的审美价值观不折不扣地加以物化。 对不规则的、有机的形体的偏好是我们这个时代审美的重要特征。然而，把当今的不规则形
10、式与早年的巴罗克山花或是 20世纪初孟德尔松的爱因斯坦天文台这样的“有机现，建立在自相似性基础上的不规则性与秩序性的统一是我们这个时代的不规则形式的突出特点。这样的特点使当代的不规则形式更接近自然有机体构成的本质，具有更丰富的层次、更复杂的意义，从而也具有更强大的艺术表现力。回本章页首 ”建筑加以比较不难发5.2 实现过程显然，体现分形几何思维影响的建筑设计并不意味着建筑师都要象分形几何的数学家一样去编制算法，再由计算机计算出最终的形式。建筑设计本身的自主性使建筑师不可能接受公式与算法的束缚。事实上，在时代美学的影响下，建筑师在有意无意地应用分形几何的或自相似性的观点去 做设计时，他所使用的往
11、往是更为直接明确的建筑手段。如何将这些手段概括成程式化的手法并不是值得我们关注的问题，值得我们关注的是，不同的建筑师在不同的作品中，是如何通过必要的实现过程传达分形几何的美学价值的。 并置 把不同尺度的、相似的空间形体加以并置，这是形成具有自相似性群体的一种实现过程。在组成群体的单体之间，其关系既可以是简单的连接关系，也可以是复杂的穿插关系。在自相似的基础上，偶然的群体组成往往会诱发更丰富的空间属性，因而也更受到当代建筑师的重视（图版5-2-1）。 嵌套 在不同尺度的空间对象上重复相同或相近的空间操作，从而达到空间层次上的嵌套，无论操作所针对的是实体、空间的边界还是空间本身，都是形成空间自相似
12、性的有效过程。简单的操作在这种不同层次的重复中可以形成强烈的表现力（图版5-2-2）。 拟态 以建筑形式模仿自然形体生长的形态，特别是模仿有机体生长过程中的一组形态，也是达到群体自相似性的一种实现方法。应当指出的是，这种模仿有别于对有机体静态形状的简单描摹，而是强调其对过程的不同中间状态的描绘（图版5-2-3）。 运动 运动是有机体发展变化的一个基本状态，因而对运动的表现，特别是对群体或系统内部运动的方向和速度的刻画也能有效地表现自相似性、实现复杂而统一的系统。此外，由于运动本身能造就强烈的系统内部相互作用，所以表现运动往往同时也会打破建筑原有的静态尺度（图版5-2-4）。 划分 划分是对平面按照某一规律进行的图案化分割。象中国建筑院落的嵌套一样，对规则领域（不论它是整组建筑的平面还是建筑的某一个立面）的层层深入的划分过程往往也是传递自相似性的过程。我们在当代的建筑中看到了很多关于表皮的处理，其中就不乏利用自相似的划分来达到特殊的效果的实例（图版5-2-5）。 以上列举的不同实现过程仅仅是一小部分实例，展现了建筑师在通过自相似性实现不规则形式与秩序性的统一方面，所做的努力。事实上，在包含了分形几何美学的当代美学的影响下，建筑师控制不规则形式、达到系统秩序的工作过程是完全个性化的，不可能被枚举的。毫无疑问，这些纷繁的实践是我们时代的建筑作品的多样性的来源之一。