探析建筑設計創新與可拓思維模式

楊麗淑

（福建瀧澄集團設計院有限公司，福建 福州 350001）

可拓理論是解決復雜問題的方法學科，是將獨立事物定義為可拓展的各類元素集合，通過總結矛盾現象表現與處理方法，經邏輯化、數學化、形式化處理，以模型研究事物拓展可能性和開拓創新性的規律和方法，形成了以形式邏輯和辯證邏輯思想相結合的新型邏輯和矛盾解決方法論。可拓理論特有研究方法是可拓方法，包括可拓分析方法、可拓變換方法、可拓集合方法等。由于可拓理論可解決各類復雜的矛盾，且不限于研究對象類型，自理論提出時即引發廣泛關注，現已廣泛應用于管理決策、金融、自動化控制、質量檢測、人工智能、故障診斷、醫學、新產品構思設計和機械設計等領域。

建筑設計創新是在建筑基本功能的基礎上，對建筑外型、建筑功能、建筑結構的優化組合，因建筑設計思路和方法因人而異，且缺乏行之有效的理論和方法支撐，導致建筑設計創新面臨較大的風險。針對此類問題，可借助可拓思維模式指導建筑設計創新實踐，將可拓基元理論融入建筑空間設計過程，借助可拓理論分析和解決建筑空間設計中的難點問題得出最優的建筑設計解決方法，有利于明確建筑設計創新思路，為建筑設計過程提供理論基礎、設計規律和設計創新方法，實現建筑設計過程的條理化、層次化，降低建筑設計中的不確定性，提高建筑設計創新效率。

1 建筑設計方法

1.1 循證設計法

循證設計法是基于循證醫學衍生的方法學科，即在現有建筑設計基礎上不斷完善，達到最優的設計方法，可適用于各類建筑空間設計，但需要大量的數據為支撐，導致建筑設計難度增加。

1.2 空間句法設計方法

空間句法是以空間與社會關系量化分析為基礎的建筑設計方法，通過對建筑空間進行量化分析，挖掘建筑空間中的隱含特征，關注建筑空間的互通性、聯系性，并按一定規則組合空間，實現建筑空間與人、建筑設計與社會的關系協調。該方法重點研究了抽象空間的內在關系，并基于復雜的方格網繪制、測量重組空間，但由于該方法的科學性、智能化程度尚不成熟，導致實際應用難度較大。

1.3 定量設計法

定量設計法是基于現代系統工程理論提出的一種建筑設計方法，通過定量分析建筑設計，基于周期性觀測、定測測試研究建筑空間使用者行為軌跡作為建筑空間設計依據，借助信息技術手段進行模擬設計，從而形成以建筑空間設計元素為基本構成的建筑設計圖紙。該方法具有一定定量分析優勢，尤其注重建筑空間與人的關系，但由于未基于信息技術系統性描述建筑空間構成，容易導致建筑結構設計缺乏系統性、整體性。

2 建筑設計方法的局限

當前，在建筑設計領域，基本形成了完善的建筑設計理論與設計方法，運用這些建筑設計方法能夠設計出較為完善的建筑設計案例，但此類建筑設計方法依賴于設計師的感性認識和建筑設計經驗，具有較強的不確定性，部分設計經驗缺乏的設計師過度注重建筑設計造型，無法保證對于建筑空間使用性能、空間與空間的切合度、建筑空間設計與人的關系的關注度，導致建筑設計創新性不足。以循證設計方法為例，其基于醫學循證理念發展而來，建筑設計一般是在現有基礎上的改進與完善，而非對建筑設計中空間關系的重新審視與設計。空間句法雖然認識到該問題，但其方法未能系統化、體系化，仍依賴于設計師的設計經驗，面臨定量分析弱化、邏輯性不強的現實問題。

建筑設計創新是一個較為復雜的問題，涉及多種設計元素關系的梳理、元素提取與關系平衡，可拓理論是可以有效解決此類問題的方法論，有利于打破建筑設計思維模式的僵局，實現建筑設計創新的規律化、形式化、具體化。

3 基于可拓思維模式的建筑設計創新

可拓理論是跨領域的橫斷學科，重點研究物、事、關系，并以物元、事元、關系元描述事物。基于可拓理論和建筑設計創新之間的關系，可供選擇的建筑設計創新方法包括可拓分析法、共軛分析法和可拓變換法，以下重點探討可拓分析法和共軛分析法的應用。

3.1 基于基元理論可拓分析法的建筑設計創新

可拓分析法是在已建立的模型中對構成目標和條件元素進行拓展分析，獲得相關元素和下位元素，拓展獲得解決矛盾問題的思路。該方法傾向于定量分析，即借助可拓思維對建筑空間設計過程、關系和要素進行形式化模型描述，該方法并非否定建筑設計的創新，而是對現有建筑設計創新的優化和完善。

可拓分析法應用于建筑設計中，首先，要分解建筑設計基元，即，式中，表示建筑設計基元，表示事物、建筑設計中空間關系等，表示空間特征，表示空間特征量值。在解決建筑設計中的復雜問題時，將建筑空間特征分解為功能、形態，如居住空間、商業空間等，并根據不同的建筑空間特征進一步分解為空間特征量值，具體為建筑設計中的基本元素，如混凝土、玻璃、磚混等（如公式1所示）。

公式1 廠房建筑基元分解

基于可拓分析法構建建筑設計模型，在具體應用時應量化界定建筑設計中目標、條件和矛盾問題，以便于具體分析和應用。建筑設計目標設定可通過量化建筑設計功能和空間來實現目標確定，如商業綜合體項目外形構造和功能分區等。條件是對建筑設計現狀和目標之間的形式化表達，如安全性、環境要素、造價等，以具體物元“增加”“減少”的形式體現（如公式2所示）。通過約束條件量化，有利于進一步細化建筑設計創新目標，改善建筑設計創新目標籠統的問題，平衡限制性因素之間的關系，如材料與造價、功能空間與結構設計等，從而將建筑設計創新中的矛盾問題以定量分析的形式模型表述。

公式2 建筑室內環境基元分解

在界定建筑設計目標和條件約束后，可就具體問題進行分析研究。以室內外空氣流動為例，如建筑設計要求減少空氣流動，滿足冬季保暖和夏季制冷需求，則應從維護結構設計、圍護結構厚度、開窗面積等方面綜合考慮，通過具體分析量化物元、事元和關系元，探尋解決建筑設計創新中矛盾問題的解決思路和方法。

以范斯沃斯住宅為例，其設計的最大特點是建筑空間與自然環境融為一體，以玻璃作為空間隔斷，室內可直接透視室外景色。該建筑設計思路可運用可拓思維進行分析，即建筑設計目標為“與自然融為一體建筑”，物元則是自然環境中的聲環境、光環境、顏色環境、尺度感覺等（如公式3所示），并對各物元進行進一步分解，得出建筑設計需求和條件約束差距，進而為建筑設計創新中矛盾問題解決提供思路。

公式3 建筑設計目標分解

3.2 基于可拓共軛變換法的建筑設計創新

共軛變換法是一種傳導變換研究方法，即對不同性質的事物進行性質變換，以此達到創新的目的。在可拓理論中，共軛變換法包括虛實變換、軟硬變換、潛顯變換、負正變換四種類別，通過變化條件，滿足不同條件下目標要求。如建筑空間中燈光顏色差異可表現為冷、暖，可根據建筑設計中人的感官需求進行分類設計。

可拓共軛變換法可將不同類型的建筑空間條件進行變換，以此達到創意創新的效果。如將寫字樓建筑與創意建筑設計條件變換（如公式4、公式5所示），改變傳統的規則性辦公空間設計模式，有利于拓展建筑設計創新思路，實現建筑設計中不同元素的融合。

公式4 辦公建筑設計目標與約束條件分解

公式5 辦公建筑與創意建筑條件變換

基于共軛變換法進行建筑設計創新時，首先，要基于可拓物元理論建立問題模型，界定建筑設計中存在的問題，明確建筑設計目標和約束條件。其次，對建筑設計思路進行拓展，分解不同類型的建筑設計條件，研究建筑設計目標不變、變化的情況下，建筑設計條件變換產生的建筑設計思路，并分析可能產生的問題。通過上述過程可以獲得更多的設計方案，同時，明確設計方案的設計目標、設計意向、現有條件和限制因素，可比選方案后，再選擇最佳的建筑設計方案。

4 結語

可拓學是一門系統性學科，隨著研究深入和應用的日益廣泛，其理論和方法不斷豐富，為建筑設計創新研究提供了可依循的基本理論和方法論。本文僅論述了基元理論可拓分析法和共軛變換法在建筑設計創新中的應用，其他建筑設計創新方法有待于進一步深入探索。