拓撲學在幼兒園空間中的應用分析

王新成 李晶源

摘要：幼兒園作為兒童初次學習的重要場所，是對空間認知的開始，創造滿足兒童學習及生活娛樂的多樣化需求空間尤為重要。將拓撲學理論應用到幼兒園空間設計中，在保證幼兒園空間的安全性、主題性基礎上，增加教育性、互動性、可變性，使幼兒園空間更具有美學意義。對拓撲學理論在幼兒園空間中的適用性進行分析研究。為今后的幼兒園空間設計提供相關思路及拓撲學在空間設計中的應用方法。

關鍵詞：拓撲 幼兒園 空間設計 具體應用 動線分析

中圖分類號：TU208.2

文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（ 2020 ）12-0039-03

引言

幼兒教育問題作為當代的熱點問題，其教育環境也存在諸多問題，幼兒教育理念由傳統的知識性教育體系向美學教育體系不斷完善，這就要求在幼兒園空間在設計時脫離固有的傳統方形幾何形態，轉向新的柔和形態，為幼兒營造更加開放、自由的生活學習場所。拓撲學作為一種新的設計理念，加之計算機技術發展的完善，給設計師提供了更加自由的室內空間形態思維方式，運用拓撲學的形式進行室內空間的演變，營造出室內空間形態新秩序，將拓撲學運用到幼兒園空間設計中為其創造新的可互動空間形式。

一、拓撲學概論

拓撲學（topology）作為數學研究的分支，自19世紀末興起到20世紀中迅速發展，其中拓撲形變在繪畫、雕塑、工業、建筑等領域均有運用，拓撲學主要研究幾何圖形在連續變形下保持不變的幾何性質，此外連續變形可以產生伸縮、扭曲和旋轉等變形，但不許割斷和黏合1。拓撲學的研究不關注研究對象的“定量”（長度、大小、體積等）問題，而是研究其物體的“定性”（連續、曲面、平滑等）問題也就是拓撲的等價性質。拓撲學的性質決定其中元素的大小、形狀等都是可以變化的，與研究多為其定量問題歐式幾何相比拓撲學的表現形式更為多樣，例如折疊、扭轉、褶皺等;拓撲學在“彈性運動中”仍保持其不變形態的特征，使得拓撲空間也隨之是運動、變化的連續空間。

在研究拓撲學運用到空間中時自然離不開阿爾多羅西的類型學。阿爾羅西多的研究過程分為比較和補充。將一系列的空間化簡，從而找出同類空間的基本形式，構成的類型圖。類型學注重的是形態變化中最根本的聯系，在變化中尋找不變的本質。就好比一個圖形經過簡約或者復雜變化的過程后表現出一個整體。這個整體也包括圖形的基本形式和其衍生出來的各種變化。這個基本圖形就是其本質，在這個基本圖形上可以進行無限的變化，也可以將“動”態和“靜”態型結合，研究其中的“變”與“不變”特性。拓撲學空間設計注重考慮的是變化這一過程，強調在規律下的連續變化。

二、拓撲手法在幼兒園室內空間中的具體運用

拓撲學的連續變化使得空間的界面劃分非線性、非常規化，形態更加流動性和不確定性，圖形元素在運動中發生變化，使得空間形態之間更加柔也增加了相互的依賴性。拓撲學運用到室內空間設計中，注重其連續變化的形態在圖形中加以運用，尋找其內在的變化規律，用來表現圖形的多樣性。這些圖形拓撲元素可以作為獨立的個體存在，也可以將其組合成為一個整體，在整個空間的框架結構中進行拓撲的形態變化。

在法國Boulay幼兒園空間（圖1）的案例中，花朵的形態元素拓撲化設計，墻面和屋頂的連續形變使得整個空間界面呈動態的流線形態，避免了直棱形墻角的磕碰，建筑的中庭連接各個房間，這種向心的空間布局沒有單獨設置的走廊，各個空間之間都有著相互的連通性，中庭的頂部天窗將自然光線引入到室內，也減少白天室內的人造光源，對兒童視力有所保護也增加了自然的親切感。拓撲化的曲面屋頂由木結構搭建，墻面的石膏板為連續的曲面，室內的家具等邊緣也采用圓滑的弧形，避免了直棱的尖角，保證兒童在空間的安全性。

（一）褶皺原理在幼兒園空間的表現：褶皺（fold ing）是通過外力（采光、通風、流線需求、功能等）作用下形成的連續彎曲。褶皺在巴洛克的藝術風格中充分的體現。褶皺經過彎曲和扭轉形成連續的彎曲折痕，每一個褶皺既是獨立的個體，也是整個框架的一部分，與其它扭轉和彎曲形成有彎曲的折痕形態，褶皺局部相互聯系、相互影響。

將褶皺手法運用到室內空間設計中，褶皺形態變化影響著空間形態的變更，營造開敞、收縮等空間形態，也根據空間的實用功能進行收縮。這也更加適合幼兒園空間設計中的多變性質，既能滿足公共空間所需的開闊互動需求，也有小空間的設備所需的私密性，使兒童參與到空間中來，與空間形成互動，同時也能根據孩子特有的身材尺度特征，對尺寸進行設計。

在空間的形式語言中，褶皺更注重空間中人為主體需求的特性，根據人的行為軌跡進行連接、彎曲和展開，在整體中進行變化。現代兒童空間的設計，要突出空間的交往互動性，將兒童的行為感知作為依據，利用拓撲的褶皺原理使的室內設計空間更具有連通性。日本Naiju社區中心幼兒園（圖2），使用正方形網格作為基礎模數，若干線形構件在受到拉、壓、彎、剪、扭協同力的作用后形成編織結構，形成外觀是個中央突起的三維褶皺形態。這個編織結構先是由竹子編織網格曲面，再用鋼筋混凝土澆灌形成褶皺的形態，在視覺上吸引兒童的注意力，同時中央突起的頂部也增加了室內的采光和通風，使空間有上升感，增加了兒童對自然的感知。

（二）折疊原理在幼兒園空間的表現：折疊就好似簡單的折紙，平面折起來改變界面的形態，界面通過折疊，由二維空間變化成三維空間，使得相互分離的空間產生了連續、延伸的空間形式。與之前的拓撲褶皺原理對比來說，褶皺是三維曲面的變化，而折疊大多是有明顯折痕的二維操作。

在吳家場幼兒園（圖3）案例中，設計師從幼兒園空間的功能出發結合白色抽象語言的相關性，用簡單的幾何學表達空間形態，二維抽象的幾何要素與空間聯系在一起，點、線、面構成窗口等元素在不同空間里面呈現，二維空間通過折疊圍合成三維幾何空間的若干腔體，形成一套自由空間運作系統，完成不同維度空間的跨越，將兒童作為主要的空間使用者，依靠兒童特有的身體尺度與建筑空間尺度的相互映照，大部分白色幾何空間融為背景，避免了不必要的材質、色彩及材料的表層視覺障礙，使主體在其空間中利用自己的感知力體驗空間的光影、尺度、自然變化。