基于環(huán)形拓撲學理論的建筑路徑設(shè)計分析
——以蘭卡威島集裝箱民宿項目為例

陳曉衛(wèi)，王優(yōu)，楊彩虹

（河北工程大學建筑與藝術(shù)學院，河北邯鄲056000）

如何在一個具有旅游區(qū)特征的場地建造一個集裝箱民宿，既能適應(yīng)當?shù)匮谉岫嘤甑臍夂蛲瑫r又具有文化特色，能夠吸引更多的游客，是一個值得研究的問題。本文就環(huán)形拓撲學在集裝箱民宿建筑中的應(yīng)用進行探索，試圖發(fā)現(xiàn)其在建筑領(lǐng)域應(yīng)用的更多可能性。

1 環(huán)形拓撲學與建筑應(yīng)用

1.1 環(huán)形拓撲學

拓撲學是幾何學的一門分支，拓撲學的直觀定義是：研究圖形拓撲性質(zhì)的科學，圖形的拓撲性質(zhì)就是圖形在經(jīng)過拓撲變換后保持不變的性質(zhì)[1]。本文主要研究的是拓撲學基本結(jié)構(gòu)之一的環(huán)形拓撲學。

阿姆斯特朗在《基礎(chǔ)拓撲學》中提到：“環(huán)形拓撲以環(huán)形結(jié)構(gòu)為前提，組織元素空間數(shù)據(jù)”。環(huán)形拓撲是經(jīng)典的拓撲圖形（圖1）之一。

圖1 拓撲學經(jīng)典圖形莫比烏斯環(huán)與三葉扭結(jié)

1.2 環(huán)形拓撲學在建筑中的應(yīng)用

環(huán)形拓撲學因其拓撲可變性，被廣泛應(yīng)用于建筑創(chuàng)作中，可在空間、功能、流線、形體等方面具備更自由的與周邊環(huán)境進行相互反饋的能力。應(yīng)用環(huán)形拓撲學進行設(shè)計時，可以依據(jù)具體的場地高差、風向、地貌特征，以及抽象的文脈傳承、建筑風格等將設(shè)計進行相應(yīng)的調(diào)整[2]。總之，將環(huán)形拓撲用于建筑設(shè)計時，建筑可以更好地適應(yīng)環(huán)境，從而產(chǎn)生一個與場地契合度高的作品。

2 民宿建筑

民宿是指“利用自用住宅空閑房間，結(jié)合當?shù)厝宋摹⒆匀痪坝^、生態(tài)、環(huán)境資源及農(nóng)林漁牧生產(chǎn)活動，以家庭副業(yè)方式經(jīng)營，提供旅客鄉(xiāng)野生活之住宿處所[3]。”隨著旅游業(yè)的發(fā)展，旅游區(qū)民宿大量出現(xiàn)，以其地域文化特色和獨具人情味的特點，成為最受歡迎的住宿方式之一。

世界各地的民宿各有特色，旅游區(qū)民宿通常與當?shù)匚幕Y(jié)合緊密，發(fā)展民宿的地域特色，使民宿與旅游相互促進，形成積極的相互作用。同時，旅游區(qū)民宿應(yīng)遵守保護自然環(huán)境、體現(xiàn)文化特色、實現(xiàn)標準化經(jīng)營的原則。

2.1 集裝箱建筑的營建特點

集裝箱建筑作為近年來發(fā)展迅速的建筑類型之一，其應(yīng)用十分廣泛，具有成本低、安全性高、移動性強、建設(shè)時間短、低碳環(huán)保等特點，在世界范圍內(nèi)得到了認可和廣泛應(yīng)用。

2.2 集裝箱建筑與旅游區(qū)民宿建筑的共同之處

旅游區(qū)民宿是對環(huán)境破壞小的建筑，民宿應(yīng)該在尊重自然的前提下進行設(shè)計經(jīng)營，民宿是最能體現(xiàn)出當?shù)刈匀画h(huán)境與地域文化的場所，在旅游區(qū)這樣一個以場所精神占據(jù)主導的場地，場地的屬性遠遠大于建筑本身。旅游區(qū)民宿建筑如何謙虛而有姿態(tài)地介入場地是值得探討的問題。

在民宿設(shè)計中，應(yīng)在原有場地基礎(chǔ)上，盡量少破壞環(huán)境，集裝箱建筑以其裝配式、材料可回收、現(xiàn)場作業(yè)少、產(chǎn)生建筑垃圾少等特性成為最適用于旅游區(qū)民宿的建筑類型之一[5]，能夠最大程度地保護旅游區(qū)的自然生態(tài)。

3 蘭卡威島集裝箱民宿項目

馬來西亞蘭卡威島是一個旅游小島，地理位置接近泰國（圖2），屬于熱帶雨林海洋性氣候，無明顯的四季之分，主要分為雨季和旱季，一年之中的溫差變化極小，全年雨量充沛，自然資源十分豐富，是馬來西亞著名的旅游景點之一。

圖2 項目地理位置

3.1 項目需求

本項目場地位于蘭卡威島東北部的黑蜜蜂莊園內(nèi)，地形平坦，基地周邊植被茂盛，自然環(huán)境好。景觀可以透過廊道滲透，增加空間的層次感與趣味性。作為接待游客的建筑，為了吸引游覽、休閑、康養(yǎng)游客因而具有功能性、趣味性、地域氣候適應(yīng)性等諸多的設(shè)計需求：

（1）滿足游客的住宿及休閑需求；

（2）體現(xiàn)蘭卡威島的自然風貌和文化特征，營造趣味性的空間；

（3）適應(yīng)當?shù)氐臍夂颍瑸橛慰吞峁┦孢m的室內(nèi)物理環(huán)境。

3.2 環(huán)形拓撲學在本項目中的應(yīng)用

為了設(shè)計出滿足通達性、游覽性和公共交往性等需求的路徑，以滿足民宿功能性的需求，可以用“環(huán)形拓撲學理論”進行民宿的路徑設(shè)計。在本項目中，應(yīng)用環(huán)形拓撲學的原因如下：

（1）依據(jù)場地原有的景觀植被情況，在不破壞樹木的前提下，多個集裝箱單元散布在場地上，需要環(huán)形路徑的水平方向的拓撲變換來將其串聯(lián)組合；

（2）為適應(yīng)當?shù)氐臍夂颍瑹o垂直方向圍護結(jié)構(gòu)的室外走廊和坡道成為解決集裝箱建筑之間水平交通和垂直交通的最佳媒介，需要環(huán)形路徑的垂直方向的拓撲變換來實現(xiàn)（圖3）。

圖3 應(yīng)用水平向量策略的拓撲變換（左）應(yīng)用垂直向量策略的拓撲變換（右）

3.3 總平面布局

本項目運用了拓撲學理論和路徑設(shè)計相關(guān)策略，將集裝箱民宿建筑進行了合理的規(guī)劃布局。建筑路徑通常具有交通功能和明確的指向性，路徑空間的本質(zhì)是一種串聯(lián)各個功能空間的媒介[7]。在民宿建筑中路徑空間并不僅僅是交通空間，同時也是人停留和交往的公共空間，隨著建筑多樣性的發(fā)展，拓撲學理論的應(yīng)用就是在美學思想的引導下進行有邏輯的變形，從而使建筑的生成過程富有邏輯性[8]，使人在路徑空間中的體驗更有趣味性。

項目地處氣候特征明顯的旅游島嶼，在整體規(guī)劃布局時考慮了諸多因素，結(jié)合空間的交織、流動和模糊的設(shè)計理念[9]，項目主體部分的集裝箱為獨立的住宿功能空間，部分集裝箱有兩層，用廊道將這些集裝箱建筑串聯(lián)起來，形成一個環(huán)形的路徑，并通過坡道和樓梯來解決垂直交通問題，廊道也將集裝箱圍合的空間大體分隔成兩個庭院（圖4）。

圖4 總平面圖

（1）路徑的通達性

在設(shè)計之初，路徑的基本功能就是將交通組織便捷合理，以適應(yīng)建筑的功能。客人流線和客人活動區(qū)域均在環(huán)形廊道圍合的庭院中，后勤流線在集裝箱外圍（圖5）。旅客和后勤兩條流線簡明清晰，減少了二者之間的相互影響。

圖5 流線分析

（2）路徑的游覽性

民宿應(yīng)完善對環(huán)境關(guān)系的委婉處理，對居住期待的妥善回應(yīng)[10]。東南亞極佳的自然條件促使建筑打破室內(nèi)外邊界，廊道將自然環(huán)境引入室內(nèi)，以創(chuàng)造一個具有良好品質(zhì)的公共空間。環(huán)形廊道作為室內(nèi)外交流的灰空間，應(yīng)用環(huán)形拓撲學理論進行設(shè)計的廊道圍合出了有趣多變的院落空間。通過路徑的設(shè)計，人在行走過程中視線不斷發(fā)生變化，營造出步移景異的空間效果。

（3）建筑的適候性

東南亞地區(qū)的氣候適合室外活動，建筑通常注重通風和隔熱，一些建筑室內(nèi)外邊界模糊。在本項目中，部分公共空間垂直方向無圍護結(jié)構(gòu)遮擋，例如廊道的設(shè)計（圖6），既能夠遮陽又能滿足通風需求。在設(shè)計過程中始終遵守“因地制宜，合理布局”的原則。

圖6 廊道的設(shè)計

當?shù)亟ㄖ虼蠖嗍怯芍鲗эL向決定的，建筑大多數(shù)朝向夏季的主導風向（圖7），當主導風向和西曬發(fā)生矛盾時，依然優(yōu)先考慮選擇風向，通過其他方式來解決西曬問題。由此可見，通風在東南亞建筑布局中具有決定性的地位，集裝箱建筑的布局相較于遮陽問題應(yīng)重點考慮風向問題[11]。

圖7 項目通風分析

4 集裝箱單體建筑設(shè)計

民宿主要包括住宿和休閑功能，集裝箱的封閉性和易改造的特點使建筑具有多樣化的形式特點[12]，集裝箱改造過后為游客提供了一個私密的住宿空間。因此，本項目中集裝箱改造成的房間獨立設(shè)置，之間有綠化遮擋，房間與房間之間的距離也較遠，景觀起到了一定的視覺遮擋和隔音作用，因此私密性較強。集裝箱改造成住宿功能后，主要包括陽臺以及室內(nèi)居住空間。住宿功能的集裝箱內(nèi)的家具布置滿足基本生活需要（圖8）。

圖8 集裝箱建筑平面圖、剖面圖及透視圖

5 結(jié)語

集裝箱建筑與環(huán)形拓撲學的結(jié)合，使建筑以一種合適的姿態(tài)置于場地之上。本項目中民宿建筑既有獨立性又有一定的游覽性，與景觀融合在了一起。當前，各地對集裝箱加以利用的創(chuàng)作實踐在不斷增多，該領(lǐng)域發(fā)展前景廣闊，可用的理論與方法也層出不窮，需要實踐來探索更多的可能性。