分形理論在室內(nèi)設(shè)計中的應(yīng)用分析

楊雨露 李晶源

關(guān)鍵詞：分形理論 室內(nèi)設(shè)計 應(yīng)用分析

引言

隨著室內(nèi)設(shè)計行業(yè)的發(fā)展，要求設(shè)計師不斷地探索新的設(shè)計手法、設(shè)計理念來適應(yīng)人們審美方面的新變化。分形理論作為非線性科學(xué)重要組成部分之一，讓人們認(rèn)識了整體與部分之間的關(guān)系，并為此提供了一種新的方法論。筆者嘗試分析分形理論在室內(nèi)設(shè)計中的應(yīng)用，為其提供新的思維框架與設(shè)計方法，以期為室內(nèi)設(shè)計的后續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

一、研究背景

在人們的普遍觀念中，傳統(tǒng)幾何學(xué)通常被認(rèn)為是缺乏人情味，其主要原因在于其無法描述自然界中如云彩、樹木、山脈、海岸線等復(fù)雜對象的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。直到20世紀(jì)70年代中期，美籍法國數(shù)學(xué)家——Mandelbrot發(fā)表了題為《英國的海岸線有多長？》的著名論文，在文章中提出分形一詞。簡單來說，分形理論是將自然界中無法用數(shù)據(jù)具體測量出來的尺度以科學(xué)的方式表達(dá)出來。分形是非線性理論的重要分支之一，它是對傳統(tǒng)歐氏幾何學(xué)局限性的補(bǔ)充和拓展，為研究自然界普遍形態(tài)提供了一種的可能方法。

二、研究目的

分形理論在室內(nèi)設(shè)計中還未正式的引用，把分形思想應(yīng)用于室內(nèi)設(shè)計的案例較少，沒有形成專門的研究體系。不論是在建筑還是室內(nèi)設(shè)計中，有些先鋒派的建筑師與室內(nèi)設(shè)計師已經(jīng)在無意識的狀態(tài)下將分形的原理及特征用在各自的設(shè)計中，但這種無意識的設(shè)計是偶然的、零碎的、不成體系的。筆者詣在通過對室內(nèi)中分形的研究，一方面是對分形理論系統(tǒng)的拓展，另一方面是對在室內(nèi)設(shè)計過程中存在的問題提出相應(yīng)建議。將分形理論應(yīng)用到室內(nèi)設(shè)計中，會給室內(nèi)方案設(shè)計注入更多新活力，提升室內(nèi)空間設(shè)計質(zhì)量，優(yōu)化設(shè)計體系，增強(qiáng)室內(nèi)空間藝術(shù)效果。

三、分形理論的內(nèi)涵與外延

（一）定義闡述

分形（Fractal）一詞，最早是由數(shù)學(xué)家曼德布羅特正式提出，此詞源于拉丁文形容詞“fractus”，對應(yīng)的拉丁文動詞是“frangere”，有“不規(guī)則”和“破碎”兩層含義。然而目前對于分形理論沒有一個確切統(tǒng)一的定義，最初的分形理論只是一個數(shù)學(xué)公式的表達(dá)形式。分形是在各種尺度上表現(xiàn)出自相似特征的物體。為了讓人們清晰地了解分形的含義，曼德布羅特將其解釋為“部分與整體以某種方式相似的形體，稱為分形”。分形理論能夠描繪出山川、樹木、云朵、海岸線、閃電等自然對象的形狀，是因為它們本身具有自相似、無限細(xì)分的屬性。

（二）形式特征

1.粗糙性

分形理論的研究對象大多來自于自然界，是對大自然研究的成果。在日常生活中我們常見的山峰、閃電、樹木等自然形態(tài)從視覺上來看是不規(guī)整的，有的細(xì)部甚至顯得十分粗糙。其實這些粗糙的自然形態(tài)背后隱藏著分形自相似性的特性。其自相似性是一種迭代的過程，分形復(fù)雜性的原因正是分形迭代的不斷重復(fù)，這也是自然形態(tài)形成的必經(jīng)過程，所以說分形是粗糙的。

2.自相似性

自相似源于自仿射，是物體的整體與局部之間存在的某種相似性。通常按照數(shù)學(xué)規(guī)則生成的分形，具有嚴(yán)格的自相似性;而自然界中的分形，自相似性并不是嚴(yán)格的，是無規(guī)則分形。由于自相似性具有比較復(fù)雜的表現(xiàn)形式，所以放大其局部一定倍數(shù)后也不一定簡單地與整體完全重合。在室內(nèi)設(shè)計中自相似結(jié)構(gòu)的案例較多，如武漢武商摩爾城電影院，如圖1。在本次項目中，設(shè)計師以電影與“像素”的關(guān)系為主軸，將正方形立體化，用上無數(shù)模擬像素的方形盒子，以獨(dú)特3D手法在影院中展現(xiàn)這些神奇的元素。有些正方形盒子模塊放大或者縮小，以不同的高度豎立著，形成高低的落差，使空間在三維的形式上體現(xiàn)出分形的特征。

3.不規(guī)則性

從分形理論的幾何層面上進(jìn)行分析，分形具有不規(guī)則的特性。但其不規(guī)則、隨機(jī)中同時蘊(yùn)含著它本身特有的規(guī)則與秩序。不規(guī)則性在建筑設(shè)計中的運(yùn)用非常廣泛，同時也逐漸引申到室內(nèi)設(shè)計中來。不規(guī)則性使空間得到了完美的延伸和體現(xiàn)。國際建筑師扎哈哈迪德的許多設(shè)計作品中體現(xiàn)出對不規(guī)則分形的應(yīng)用。如香奈兒流動藝術(shù)展覽館，如圖2。藝術(shù)展覽館的流動形體充分展現(xiàn)出飄逸、運(yùn)動的韻律，這也是對自然有機(jī)系統(tǒng)研究的結(jié)果。不規(guī)則性使得空間在整體上呈現(xiàn)出運(yùn)動變換的分形體驗。

4.標(biāo)度不變性

標(biāo)度不變性，是指在分形物體上任意選擇一個局部，將其進(jìn)行放大或者縮小，得到的圖像又會顯示出原圖的形態(tài)特征。所以，分形的形態(tài)、復(fù)雜程度、不規(guī)則性等各種特性均不會因其放大或縮小等操作，而發(fā)生變化。改變的只是其外部的表現(xiàn)形式。標(biāo)度不變性與自相似性是密切相關(guān)的，一個具有自相似特征的結(jié)構(gòu)或者圖形必定滿足標(biāo)度不變性，也可以說這類物體沒有特征長度。如，云是具有自相似性的物體，所以具有自相似性是沒有特征長度的物體的一個重要性質(zhì)。

四、分形理論在室內(nèi)設(shè)計中的應(yīng)用分析

將分形理論應(yīng)用在室內(nèi)設(shè)計中，是一種方法論的體現(xiàn)。經(jīng)典的現(xiàn)代室內(nèi)設(shè)計是美觀性、功能性、生態(tài)性等完美融合的產(chǎn)物。當(dāng)代人們對居住環(huán)境的審美標(biāo)準(zhǔn)是不斷變化的。在室內(nèi)設(shè)計的過程中，以分形理論作指導(dǎo)，把其當(dāng)成一項藝術(shù)作品來對待，在藝術(shù)概念的基礎(chǔ)上結(jié)合室內(nèi)的實用功能，使室內(nèi)空間成為一種科學(xué)與藝術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，從而達(dá)到二者之間的相互滲透。所以，通過對分形理論的概念和特征進(jìn)行分析，進(jìn)一步探討其在室內(nèi)空間、結(jié)構(gòu)、界面造型、材料中的應(yīng)用。

（一）空間中分形的應(yīng)用

空間是物質(zhì)存在的一種客觀形式，依賴于形體而存在的。在限定室內(nèi)空間時，需要借助形體，形體依存于空間之中。室內(nèi)空間通常是滿足藝術(shù)性和實用性的需求，而分形理論在室內(nèi)空間中應(yīng)用更傾向于藝術(shù)性。空間具有豐富的尺度層級和多變的組合形式，這種空間層級通常用一個簡單的操作使其與整體空間形式相似。

扎哈.哈迪德的卡利亞里現(xiàn)代藝術(shù)博物館，如圖3。其空間充分體現(xiàn)出分形理論的自相似特征，室內(nèi)空間以基地與海岸線形成的卯形為基準(zhǔn)，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、拉伸、扭曲、變異等。自相似結(jié)構(gòu)的卵形洞穴空間為建筑內(nèi)部增添了維度，使得室內(nèi)空間與建筑整體空間形成了自相似的嵌套。

扎哈設(shè)計的Neil Barrett日本旗艦店，如圖4。在其室內(nèi)空間設(shè)計中將迭代進(jìn)行了獨(dú)特的演繹。分形的產(chǎn)生是一種不斷迭代的過程，這種迭代過程是空間形體變換的基本方式。從方案的平面上來看，首先將扇形的四分之一以錯位、縮放、疊合的方式進(jìn)行設(shè)計，并使用三次迭代的方式，將其復(fù)制、鏡像。從室內(nèi)空間上看，設(shè)計師將分隔空間的界面以90。彎折，形成一定角度的縮放，并進(jìn)行五次疊合，從而打破了方盒子空間的枯燥，形成多界面、多維度，又極具張力的室內(nèi)空間。

（二）結(jié)構(gòu)中分形的應(yīng)用

分形理論背景下結(jié)構(gòu)分形，通常運(yùn)用非線性規(guī)則打破常規(guī)空間的形態(tài)。在改變空間結(jié)構(gòu)形態(tài)時，展現(xiàn)出整個空間效果與藝術(shù)張力。

“泡泡筑M”（Bubbletecture M）是由日本著名建筑師遠(yuǎn)藤秀平設(shè)計的位于大阪的泡泡型木質(zhì)結(jié)構(gòu)幼兒園，如圖5。巨大的殼狀屋頂由三角形面連接成一個整體屋頂，充滿結(jié)構(gòu)美感和幾何連貫性，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和幾何造型給與空間設(shè)計很大自由度。木質(zhì)結(jié)構(gòu)桁架和預(yù)制化三角形板材構(gòu)成一個連續(xù)變化的泡狀殼體空間。在這個連續(xù)的殼體空間下，頂棚高度平滑地發(fā)生變化，空間仿佛生物體內(nèi)的腔體一般。

國家游泳中心——水立方。水立方的設(shè)計師發(fā)現(xiàn)了自然的神奇，利用水獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)和裝飾性，在“泡沫理論”的設(shè)計靈感基礎(chǔ)之上，將水的神韻在建筑內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用得到了完美體現(xiàn)。

（三）界面造型中分形的應(yīng)用

界面在室內(nèi)空間中具有劃分和阻隔的功能。界面造型直接影響整個空間的功能、格局、形態(tài)等，也對整體空間氛圍和風(fēng)格起決定性作用。

香港友天地咖啡館的界面造型，如圖6。通過對六邊形幾何造型的展示，將空間感和品質(zhì)感融合至最佳。平面的概念被轉(zhuǎn)化為立體六邊形造型，六邊形結(jié)構(gòu)造型在整齊適宜的布局中無不表現(xiàn)出動態(tài)的變化。這種自相似性的不規(guī)則并置組合方式使得群體魅力大為增加，創(chuàng)造出富有節(jié)奏感的動態(tài)空間。

Karim Rashid設(shè)計的德國銀行休息室，如圖7。應(yīng)用了非線性曲面構(gòu)建法來營造空間的變化和延伸。其設(shè)計靈感來源于自然物象的表面和邊緣的標(biāo)度形狀，流線型的體態(tài)使得空間有一種動態(tài)美感。設(shè)計師將非線性圖形與墻面造型結(jié)合到一起，墻面變化的曲線是具有分形特征的非線性圖案。室內(nèi)采用紅、黃、紫等明亮顏色，顛覆了傳統(tǒng)銀行嚴(yán)肅的形象。設(shè)計師通過光影效果，將二維圖形轉(zhuǎn)變成三維的效果。與此同時，墻面造型和窗洞上巧妙的處理方式，使運(yùn)動的變換貫穿于整體空間。

（四）材料中分形的應(yīng)用

材料是實現(xiàn)室內(nèi)方案設(shè)計的物質(zhì)基礎(chǔ)和手段，在室內(nèi)空間中材料不僅具有基礎(chǔ)的保護(hù)功能，而且其本身又具有文化和藝術(shù)屬性，所以材料對于整個空間情感與藝術(shù)的塑造起著重要作用。

金屬材料強(qiáng)度高、韌性好、性能穩(wěn)定、易于加工的特性被當(dāng)下許多設(shè)計師所喜愛。北京POPPEE設(shè)計師品牌配飾集合店是一個典型材料分形的案例，如圖8。其設(shè)計靈感來自自然中的奇妙景象云隙光。由于金屬本身具有高強(qiáng)度的特性，所以設(shè)計師在施工時采用直徑為2.5mm的金屬作為店鋪頂面結(jié)構(gòu)的搭建，塑造出一朵金屬格網(wǎng)狀的云。金屬格網(wǎng)的重量感與云的漂浮屬性產(chǎn)生一種向上的張力。同時，金屬高反光的視覺感受，消除了長方形店鋪空間的沉悶感。

我們所熟知的扎哈.哈迪德的大部分設(shè)計作品，在表現(xiàn)飄逸、運(yùn)動韻律的分形形態(tài)時，多采用GFRc（Glass Fibre Reinforced Compound）材料。其中文名稱為特種玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合板。GFRC是一種綠色環(huán)保材料，不僅能夠節(jié)約能源，降低污染而且具有質(zhì)輕、不易變形、抗腐蝕、色彩豐富等優(yōu)勢。在制作分形的空間造型時，GFRC已成為一個能夠隨意造型、完全呈現(xiàn)設(shè)計師想法的首選材料，也被廣大設(shè)計師所追捧。如西班牙衛(wèi)浴品牌樂家在倫敦的展覽藝術(shù)館，如圖9。整個展館是一體化的，形如洞穴迷宮一樣的分空間內(nèi)，不同的空間區(qū)域布置了不同的拱門，不僅可以接待來賓，還用于發(fā)布該展區(qū)的相關(guān)資料等，在室內(nèi)外的交互性上起到了很大的作用，打破了封閉式看展的固有模式。

結(jié)語

目前分形理論在室內(nèi)設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用并不廣泛，相關(guān)的理論研究也是處在淺顯階段，但是分形理論在室內(nèi)設(shè)計中的應(yīng)用有著重要意義與價值。分形理論之于空間形態(tài)有著強(qiáng)大的塑造力，通過眾多跨門類學(xué)科的概念和方法為室內(nèi)設(shè)計提供了堅實的基礎(chǔ)和一個行之有效的理論引導(dǎo)。

分形理論雖然不具有普適性，但打破了室內(nèi)設(shè)計抱殘守缺的狹隘視域，豐富了室內(nèi)設(shè)計手法。文章基于分形理論，以室內(nèi)設(shè)計領(lǐng)域為研究對象展開探討分析，其意義在于將室內(nèi)設(shè)計的理論科學(xué)化、空間形式多樣化。通過對本論文的撰寫，期待能引發(fā)室內(nèi)設(shè)計相關(guān)從業(yè)者們更多地對空間本質(zhì)性的思考，從而為今后的設(shè)計工作提供有效的借鑒。