編織系統在建筑設計中的應用

栗 鵬

(同濟大學建筑設計研究院(集團)有限公司，上海 200092)

編織是人類古老的一種把少數物質匯集成大片物質的方式。它通過把細長的東西互相交錯或鉤連而組織起來。這樣一種用在紡織行業的主要手段，如今也被應用在建筑設計系統中。一根線承受力的能力是小的，但我們可以通過改變線的數量和結合方式的方法使線的承受力的能力增加，這就是編織的最重要的優點，也是它之所以廣泛應用在除衣物編織的許多領域的重要的力學特點。例如，單純一根線受拉易斷，但當我們拉一捆線的時候，由于整個線的數量使力的作用分散，從而使這一捆線不易斷開。又如，單純線的排列不能夠形成一個整體，當我們通過編織的某種特定的方法，如plain weave，可以使線與線之間有序排列，從而形成一個統一的整體。這種形成整體的線使自身形成空間感而不是單純的一維的線的概念，同時也改變自身的受力狀況，形成一種更適于抵抗外界拉力的新的形式。在服裝領域，由于編織的主要目的是供人衣物穿著，所以編織技術所用的材料是線。與服裝領域不同，建筑領域對編織技術的應用主要是針對于編織的技術和結構特點，對于材料的選擇則靈活多變。我們可以選擇木頭，金屬，塑料等等具備與線的受力形式一致或者相近而且適于應用到建筑上的材料作為建筑編織的物質基礎。編織技術在建筑領域的應用十分廣泛，人們已經創造出各種各樣的方法對建筑材料交織相錯以創造出各種各樣復雜多變的空間形式。這些由編織方法形成的建筑形式可以是二維的也可以是三維的，可以作為建筑的表皮或者創造整個建筑的空間，并且在整體上與自身形成的結構相互融合統一。例如，中國北方游牧民族的蒙古包就是以編織的方法搭建起來的易拆易建的靈活自由的傳統民居。蒙古包的主體哈那是以柳木條用皮繩縫編成菱形網眼的網片。將若干哈那連結，形成一個圓形柵框，就是蒙古包的墻壁。通過柳條編織的哈那改變了柳條原本的物理性質，并且使之發生了結構和受力特點的根本改變。

1)哈那具備自由的伸縮性，由于哈那的編織方法使柳條與柳條之間留有菱形的空間，它的高低大小可以相對來進行調節，以適于游牧民依照不同的地點變換哈那的高低，從而使室內空間發生改變。

2)它有巨大的支撐力。哈那均勻地編織成一個圓圈，哈那頭均勻地承受了屋頂傳來的重力。這些荷載通過網眼分散和均攤下來，傳到哈那腿上。所以指頭粗的柳棍，能承受二三千斤壓力。由此可見，編織能夠通過對一種材料的物理性質的改變以達到對材料受力特點的改變。

中國國家體育場鳥巢是當代利用編織的手法設計的最有代表性的案例。鳥巢看似凌亂沒有章法，但實際上它的內部存在著利用參數化建立起來的結構，荷載傳遞和空間的規律。鳥巢的設計者充分發揮了鳥巢的材料鋼的抗拉性能，將鳥巢的主要受力結構設定為48品門式桁架，即，框形的鋼架結構，鋼架結構自身跨距達100多米。每兩榀門式桁架共用一對鋼架柱，這些鋼架柱從地面升起，向上彎曲伸展成水平鋼架，編織出鳥巢的大模樣。結構建筑師們結合參數化設計通過計算機模擬定位出軌跡線讓它們得以旋轉成現在我們看到的優美的環形結構。組成這個巨大結構的矩形鋼構件最大的尺寸為1.2 m×1.2 m，足夠供工人在里面行走并進行各種工作。建筑師赫爾佐格想達到鳥巢這樣一種凌亂的效果，為此他也在這些有規律的主要受力鋼筋上再劃了很多斜聯系梁，這在結構建筑師的眼里是次結構。這些斜杠梁并不是純裝飾作用，它也起到了一個輔助受力的作用，有了它，鳥巢的空間結構性能更加的完整。編織的基本元素是線，通過某種編織方法對其進行編織以改變它們的物理性質和空間狀態。它可以由一維的初始元素創造出自由的二維或三維的空間形式。用不同維度的方法看待編織的生成原理，我們可以看到，宇宙中所有的物質都是由最為基本的點構成的，點構成一維的線，一維的線構成二維的面，二維的面構成三維的體。而編織形成空間的步驟也在遵循維度的改變，與點面的維度轉化一樣，其生成機制也可以互相貫穿。

本人對編織的應用進行了系統的測試和分類。

第一類是不考慮點的垂直分布直接從平面的角度考慮點用編織手法的連接。這種編織方式是點與點之間的直線連接，并且連接的方式對于所有點是平均對待的。每一個點都和它周圍特定方位和數目的點連接，即對于任一個點來說，都有相同數目和固定方位的點與之相連。這樣就對于空間中所有的點在平面上的連接方式都是相同的并且呈中心對稱圖形。例如，在這里用斜向的相隔的連接方式連接兩個點，那么，對于每一個點來說，在平面上在它的周圍一共有8個點與之相連，這9個點形成了以一個點為中心8個點環繞與之相連的圖形。但是在三維空間上，由于所有點依據自身透明度的等級而導致的在垂直位置的空間分布的不一致，所以由這種方式連接形成的圖形的空間和結構就相對比較錯綜復雜。這種編織的優點是使空間中的點依據某種邏輯關系相互連接從而形成三維的空間結構，但是它的缺點是形成的結果十分復雜，線條繁多。

第二類不再像第一種編織方式只是考慮平面上的所有點的連接，而主要考慮了層與層之間的點的編織手法的運用。由于整個點的分布是隨透明度的不同而逐層分布，從剖面看時可以清楚地看到整個物體表現出12個層次。我試圖在相鄰的層與層之間運用編織的手法，同時結合平面上呈中心對稱的點的連接方式。這種編織方式清楚地反映了整個物體的層與層之間的結構系統的層次性和條理性。

第三類編織手法是依據結構層次的垂直分布成生長般的使每一層逐一連接其上各層。例如，第1層連接第2層～第12層，第2層連接第3層～第12層，以此類推。這種編織手法的使用清楚自然的反映了整個系統的結構生長方式，使整個邏輯系統符合自然規律如樹木一樣呈現出向上生長的結構系統并且在每一層不斷分支的生長狀態。同樣，在平面上還是如第一種編織手法一樣，采取對每一個點以同樣的方式相連接的形式。但在這個案例中，在層與層連接中，由于在平面上并不是所有的點都緊密地相鄰排列，所以不是所有的點都能與周圍特定范圍和方向的點連接，依據某種規則設定的編織手法使具有符合這種規則的點與點相互連接。

由于發現單純用直線連接的方式體現不出編織的手法，于是我試圖用曲線來作為結構依某種規則連接點，并且采用第三類編織手法從下至上成生長性地依據結構邏輯連接層與層。如，我在點的初始階段對點的分布來進行選擇，使最下層只有正中心一個點，以它作為整個系統的結構的出發點，并且成為整個結構受力的中心。在這個案例中，荷載通過點與點之間的曲線的連接從最頂層傳遞到最底層，所以每一層的點作為荷載的集中承載對象，起到支撐整個結構系統的作用。這種編織手法對整個系統的結構的傳遞作了最好的詮釋，同時在編織的線與線之間創造了有疏有密的空間。

在這個案例中，每個點相當于一個節點，正如編織手法中的節點。節點在整個結構系統中起到了承接荷載并且傳遞荷載的作用，同時節點還把整個結構束縛為一個整體，而不開散。從剖面方向可以清楚地看到整個系統正如樹木生長的樣子，每一層支撐著每一層，結構與結構之間的荷載從下到上一層一層地分散。由編織形成的曲線形成的有弧度的曲線形式再被每兩層的節點固定束縛住，體現了荷載的合理傳遞。但在這個案例中，由于每一層有眾多的點存在，所以經由編織手法形成的結構和空間形式紛繁復雜，有些凌亂。

實際上，要支撐起整個結構并不需要如此多編織的曲線，只要通過合理的程序計算，對一部分結構曲線進行合理地分配布置就可以達到目的。雖然這個案例中的編織手法有自己的邏輯性，但是復雜的線條穿插于整個空間，并不簡化明了，有些多余。所以我的這種編織手法的運用尚待完善，應找出合理簡明的邏輯性的編織方法，以達到空間和結構都完善的成果。

本設計方案是對編織手法的使用，依據維度的轉化的基本原理引入編織手法，使直線和曲線交織穿插其中，連接每一層的點，達到合理的結構和空間分布。但是，這個編織手法的運用并不完善，尚有許多邏輯性和合理性的因素需要進一步考慮。

［1］Caruso St.John Architects.Knitting Weaving Wrapping Pressing，Luzern，Architkturgalerie，2002(Caruso St.John Architects，編織包裝學，盧塞恩，2002).

［2］Stephen Kieran，James Timberlake.The Architecture of Kieran Timberlake，Princeton Architectural Press，Inc，2002.

［3］Julie Paama-Pengelly.Maori Art and Design:Weaving，Painting，Carving and Architecture［M］.New Holland Publishers(NZ)Ltd，2010.5.7.

［4］常志剛，冉茂宇.肌理之于建筑［J］.建筑學報，2003(10):81-82.