基于幾何學(xué)的數(shù)字化建筑設(shè)計(jì)策略探討

袁 崟 中國(guó)聯(lián)合工程有限公司

1 建筑幾何學(xué)

建筑幾何學(xué)的理論基礎(chǔ)為西方建筑設(shè)計(jì)學(xué)，這一理論本質(zhì)上是建筑設(shè)計(jì)理論和計(jì)算機(jī)數(shù)字設(shè)計(jì)理論的融合產(chǎn)物，借助數(shù)字模型，來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑的科學(xué)設(shè)計(jì)。建筑幾何學(xué)屬于綜合性學(xué)科，其中包含了多個(gè)不同的學(xué)科分支，例如設(shè)計(jì)學(xué)科、建筑學(xué)科、計(jì)算機(jī)學(xué)科、結(jié)構(gòu)學(xué)科、材料學(xué)科等等。建筑幾何學(xué)問(wèn)世之后，受到了設(shè)計(jì)領(lǐng)域相關(guān)人員的青睞，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展歷程，無(wú)論是理論框架的形成還是實(shí)際應(yīng)用都已經(jīng)相對(duì)成熟。幾何建筑學(xué)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展年限較短，在理論設(shè)計(jì)與實(shí)踐應(yīng)用方面還存在一定的局限性，容易受到西方幾何學(xué)的約束，為了打破這種局限性，我國(guó)建筑領(lǐng)域的設(shè)計(jì)人員必須要具備創(chuàng)新精神，從西方相關(guān)理論的桎梏中脫離出來(lái)。

在建筑工程中，其材質(zhì)的類型和結(jié)構(gòu)與建筑物本身的安全等級(jí)息息相關(guān)，不同類型的幾何造型穩(wěn)定性也存在差異，在數(shù)字化建筑設(shè)計(jì)的領(lǐng)域中，巧妙應(yīng)用幾何造型設(shè)計(jì)策略能夠更多的降低成本，并實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新目標(biāo)。對(duì)于傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，其中雖然包括幾何學(xué)的應(yīng)用，但是人工繪制存在很多局限，還會(huì)出現(xiàn)較大誤差，為了避免出現(xiàn)繪制誤差，設(shè)計(jì)人員往往會(huì)選擇保守的設(shè)計(jì)方式，應(yīng)用幾種固定的幾何模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。久而久之，很難出現(xiàn)新穎的設(shè)計(jì)作品。幾何學(xué)作為建筑設(shè)計(jì)的核心靈魂，合理運(yùn)用幾何元素不但能夠保證設(shè)計(jì)作品的邏輯性，其設(shè)計(jì)體系和建筑的后期建設(shè)也可以完美融合，建筑設(shè)計(jì)師能夠突破僵化的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理論，充分發(fā)散設(shè)計(jì)思維，做出更多優(yōu)秀的建筑設(shè)計(jì)。

2 基于幾何學(xué)的數(shù)字化建筑設(shè)計(jì)策略分析

2.1 幾何生形設(shè)計(jì)策略

幾何生形是數(shù)字化建筑設(shè)計(jì)與幾何學(xué)最直接的融合設(shè)計(jì)模式，通過(guò)在計(jì)算機(jī)設(shè)備中設(shè)置幾何算法的參數(shù)方程，能夠生成建筑形體的雛形，設(shè)計(jì)人員以此作為設(shè)計(jì)起點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，常見幾種幾何形模式包括森泰多邊形、分型幾何以及幾何鑲嵌等。

通過(guò)計(jì)算機(jī)智能技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑設(shè)計(jì)圖的三維可視化目標(biāo)，建筑設(shè)計(jì)人員通過(guò)計(jì)算機(jī)能夠同時(shí)觀察不同種類的幾何圖形設(shè)計(jì)效果，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)人員能夠在建筑原有地形基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中進(jìn)行規(guī)劃調(diào)整，更換多種幾何模型，觀察不同模型中的建筑結(jié)構(gòu)屬性，最終實(shí)現(xiàn)建筑功能性設(shè)計(jì)。

2.2 幾何轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)策略

當(dāng)前，數(shù)字技術(shù)處于飛速發(fā)展?fàn)顟B(tài)，生物內(nèi)部的幾何結(jié)構(gòu)能夠通過(guò)此類技術(shù)實(shí)現(xiàn)觀察分析、復(fù)制以及轉(zhuǎn)譯等。在此種情況下，建筑仿生設(shè)計(jì)也出現(xiàn)了變化，由初期對(duì)于生物形態(tài)的模仿設(shè)計(jì)，變成將生物的幾何系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為建筑系統(tǒng)。生物的幾何系統(tǒng)中不僅僅包括生物形態(tài)，與此同時(shí)還包括其內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織關(guān)系，這些都能在設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)化成為科學(xué)合理的建筑設(shè)計(jì)形式。

與傳統(tǒng)建筑放生設(shè)計(jì)相比，幾何轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)更加注重設(shè)計(jì)形式與建筑中各環(huán)節(jié)的對(duì)應(yīng)匹配關(guān)系，并以此來(lái)決定關(guān)鍵設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)、建筑材料的選擇以及建造模式等。在此過(guò)程中，幾何特性的選擇以及建筑設(shè)計(jì)語(yǔ)言的轉(zhuǎn)化模式要根據(jù)建筑設(shè)計(jì)人員對(duì)生物幾何特點(diǎn)的分析判斷來(lái)決定，設(shè)計(jì)人員還需要了解相關(guān)的生物學(xué)原理，才能保證建筑設(shè)計(jì)形式的創(chuàng)新性和合理性。

2.3 協(xié)同模擬設(shè)計(jì)策略

利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，作為建筑設(shè)計(jì)對(duì)象的幾何形式本身能夠?qū)崿F(xiàn)衍生處理和操作控制。在這一建筑設(shè)計(jì)策略中，將幾何屬性和物質(zhì)性能的雙向制約關(guān)系作為基礎(chǔ)，對(duì)二者的動(dòng)態(tài)融合過(guò)程實(shí)施模擬，最終形成幾何協(xié)同設(shè)計(jì)模式的建筑設(shè)計(jì)找形，為建筑設(shè)計(jì)注入新鮮血液。

無(wú)論是建筑的環(huán)境性能設(shè)計(jì)還是建筑的結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)，幾何協(xié)同設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容是幾何形式與建筑性能參數(shù)的融合，此種方式能夠?yàn)榻ㄖO(shè)計(jì)人員呈現(xiàn)明確的動(dòng)態(tài)模擬過(guò)程。建筑形體一方面能夠反映出物質(zhì)性能方面的需求，與此同時(shí)還能匹配幾何生成邏輯，為建筑創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供有力依據(jù)。

2.4 幾何重構(gòu)設(shè)計(jì)策略

目前，復(fù)雜建筑的形體設(shè)計(jì)涉及了嵌板類型的選擇、材料尺寸的控制以及曲面加工等問(wèn)題，這些都是幾何學(xué)研究的重要議題。面對(duì)復(fù)雜建筑形體建造實(shí)施建筑幾何設(shè)計(jì)，主要應(yīng)用的核心設(shè)計(jì)策略就是幾何重構(gòu)策略。該策略主要是指借助建筑單元進(jìn)行原始復(fù)雜幾何建筑形態(tài)的擬合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)建筑實(shí)質(zhì)建造的近似形體的重構(gòu)，此種設(shè)計(jì)能夠滿足建筑施工成本控制需求和材料加工要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用普加速了各行各業(yè)智能化和信息化發(fā)展，也為建筑行業(yè)的發(fā)展增添了活力。現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)必須根據(jù)用戶的多方面需求，雖然不同建筑物在功能層面有一定的區(qū)分，但是在設(shè)計(jì)領(lǐng)域存在很大程度的共性。建筑幾何學(xué)就是在建筑物共性角度分析問(wèn)題，在保證建筑物空間穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上提升其藝術(shù)欣賞價(jià)值。