折紙對建筑的啟發

賈福龍

摘 要：折紙作為一種古老的藝術形式，在工業設計上早已成為一種常見且實用的手段，建筑師也從這門傳統手工藝中汲取創作的靈感。折疊的奧秘在于可以把平面的紙張變成空間的結構，給建筑設計、結構設計帶來與眾不同的解決思路。本文從折紙的起源出發，結合經典案例回顧折紙在建筑設計實踐中的應用，總結折紙對建筑領域的啟發，并展望數字化時代下折紙在建筑領域的可能性。

關鍵詞：折紙藝術；建筑形式；結構；圖案

1 引言

在建筑設計和工業設計的發展歷史中，對使用單張平面材料（例如膠合板、金屬板、塑料板、紙板）直接生成三維形式的嘗試從未停止。將二維材料成型為三維造型這種空間轉換的手法在折紙中經常用到。因此，對折紙問題的研究為設計和建造過程中遇到的問題提供了一種新的解決方式。隨著對折紙數學原理研究的深入以及計算機技術的發展，使用計算機建模模擬折紙過程、分析結構力學特性已經成為現實，作為建筑設計領域一個重要靈感來源，折紙已經超越單純的美學追求在結構設計和動態建筑中扮演重要角色。

2 折紙藝術的起源與發展

折紙是紙藝的一部分，即在一張完整的紙張上運用翻、轉、拉、挑等手法在不發生剪切、粘合的前提下創造各種三維立體形態的手工藝。由于文獻和出土文物沒有確切關于折紙的記載，所以起源迄今無從考證，主要有中國起源說、日本起源說和西班牙起源說三種說法。不過可以確定的是現代折紙起源于日本，在公元1200年左右，日本武士中流行交換一種特殊折法折出的紙花來證明之間的友誼，之后到了室町幕府時期（公元1336年）紙成為廉價品，折紙開始流傳到社會各個階層并廣泛應用于日常生活、婚慶、祭祀活動中，并且一直流行到今天。

19世紀晚期，隨著第一次國際折紙學術會議在巴黎舉行現代折紙進入快速發展時期。日本折紙藝術家吉澤章創作出了大量充滿藝術魅力與創新精神的折紙作品，建立了描述折紙技術的標準語言，至今仍舊為全世界所通用，被稱為現代折紙藝術的鼻祖；20世紀80年代，人們開始注意到折紙可以作為一個數學問題被加以研究，1991年，藤田文章提出折紙過程中的六種基本操作，也稱為折紙幾何公理，之后數學家羽鳥公士郎補充了第七條公理，合稱藤田-羽鳥公理；90年代，羅伯特·朗成功將相關數學定理轉化成了算法，并基于這些算法開發了商業軟件，允許人們輸入任何自己心目中想要的形狀，然后電腦會計算出為了折出該形狀所需的折痕圖樣；2004年，東京大學三浦公亮發明三浦折疊法應用于衛星太陽板的折疊；2013年，東京大學館知宏教授提出了折疊自由曲面的實用算法。隨著數學和計算機領域對折紙研究的深入，折紙已經不僅僅是一門傳統手工藝，成為了一個有完整理論基礎和廣泛應用領域的新學科。

3 建筑中折紙的應用

折紙在多個領域有著廣泛的應用，從生活中常見的彈出式立體折紙賀卡到醫療應用，從汽車零部件到航天器的制造，涵蓋數學、計算機科學、工程學、生物學等學科。在建筑學領域，折紙的影響分為兩個方面：一種是形式上的折疊，即建筑造型模擬折疊的效果；另一種是互動式的，即建筑構件可以在機械動力的作用下發生折疊、位移、旋轉等從而使得建筑形態發生折疊或展開的效果。過去由于技術條件的制約，建筑師主要從形式上來模擬折紙，卡拉特拉瓦、FOA等做過很多這方面的嘗試，而隨著科技的發展尤其是計算機技術的進步，折紙可以作為一個媒介來獲得關于空間轉換的認知體驗和建筑結構設計的重要手段。

近幾年興起的仿生建筑、可變動建筑、互動建筑都受到了折紙的影響。以仿生建筑為例，以自然界某些生物體功能組織和形象構成規律為研究對象，探尋其規律來豐富和完善建筑的處理手法，促進建筑形體結構和功能布局等更加高效合理。折紙的可展開可折疊性為處理建筑中不同組件之間的結構關系提供了一種新的模式，例如上海旗忠體育館的開閉屋蓋結構體系。

4 建筑實踐

4.1 西班牙Valleaceron小教堂

教堂沒有刻意塑造成一個集中式的宗教空間，而是從空間、結構與游覽路線之間的關系出發，每個要素回應不同的重點，從象征性空間到安靜空間再到私密空間層層遞進。這個思路貫穿整個建筑，最終實施為一個引人注目的緊繃的“折疊盒子”。建筑師對不同形態的折紙盒進行了研究，通過大量的折疊后尺度和規模的推敲，打破完全緊湊的空間，呈現出一系列開放緊湊而又碎片化的空間。盒子的折疊變形使地面與墻壁與屋頂之間產生錯位，使得單一的混凝土材料變得豐富起來。縫隙中泄漏進來的自然光是構成建筑的第二種材料，與堅實的混凝土形成強烈對比，隨著時間推移光影變換，自然光在建筑中創造出不同的空間氛圍。

4.2 日本九州蕓文館

隈研吾設計的九州蕓文館受折紙啟發，以屋頂造型為設計的中心，眾多折疊面形成建筑內部的庭院和通道，同時將創作空間和展覽空間分隔開來。屋頂低而棱角分明的形態模擬遠山的輪廓和附近河流形態，與周圍環境融為一體。折疊的立面使光線與墻面產生互動，通過切割這個幾何折疊的體量確定開窗的位置，引入自然光線，使得內部空間與外部空間都更加豐富有趣。建筑外表的石墻和植物墻紋理蘊含著日本傳統的山河、紙、絹和木材的影子，使建筑與傳統文化與地域特點產生聯系。建筑整體性的獲得不僅是因為折疊的使用，更體現在材質以及文化元素的呼應。

4.3 折紙住宅

英國建筑師大衛·本·格倫伯格設計了一座可以根據時間、季節和天氣條件變化變形的住宅。建筑概念來源于亨利·杜德尼關于將一個正三角形分割成四塊并拼成一個正方形的研究，將整體分割為四個獨立的模塊，并提供了八種不同的組合模式。每個建筑模塊都位于軌道之上可以沿軌道運動折疊，冬天厚重的保溫墻將內外隔絕以保證室內的溫暖，到了夏天，住宅通過折疊旋轉將內外翻轉，厚重的外墻轉換為內墻，輕薄的內墻轉換為外墻，以便通風散熱。除了應對季節的變化，建筑甚至可以隨時間一直處于緩慢的運動之中，例如在寒冷的冬季起居室可以隨著太陽旋轉，使主人一直處于陽光中。折紙為新建筑模式的出現提供了可能性，技術的進步將這種可能性轉化成現實。

5 結語

折紙作為一種新的建筑設計方法，為尋求傳統之外的建筑設計提供了可能性，對于建筑實踐來說它并不具有直接的指導性，而是從傳統建筑規則之外開始建筑設計的嘗試。當今的建筑形式越來越多樣化，并且伴隨著功能需求和審美需求的提高，建筑開始向著復雜化、多維度的、動態的方向發展，隨著計算機技術的進步，折紙在建筑設計領域必將創造出豐富的可能性。