基于分體學(xué)的城市設(shè)計(jì)思路剖析
——以巴特萊特建筑學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)為例

萬之源 | Wan Zhiyuan

1 分體學(xué)的理論闡述

分體學(xué)（Mereology）源于希臘語“meros”，意為“部分”。這個(gè)詞在哲學(xué)、形式學(xué)和邏輯學(xué)中都出現(xiàn)過；但在建筑學(xué)領(lǐng)域中，分體學(xué)被定義為通過對(duì)各個(gè)部分之間構(gòu)成關(guān)系的研究從而達(dá)到“研究整體”的目的[4]。丹尼爾作為分體學(xué)介入建筑與城市設(shè)計(jì)領(lǐng)域的先驅(qū)者之一，曾于2016年出版了《分體城市》（The Mereological City）一書[1]，該書研究了現(xiàn)代主義時(shí)期建筑與城市之間從局部到整體的組合關(guān)系，認(rèn)為分體學(xué)是從單體的特性（形態(tài)及參數(shù)）出發(fā)，達(dá)到對(duì)整體性質(zhì)的把控，可為城市設(shè)計(jì)提供一種由零到整的新設(shè)計(jì)方法。

分體代表通過傳遞、映射和拼合等構(gòu)成方式來展現(xiàn)建筑中一些具有相似屬性的組成部分[3]，并在建筑領(lǐng)域有兩種應(yīng)用方式：①和類型學(xué)、形態(tài)學(xué)及拓?fù)鋵W(xué)等一樣作為一種闡述特定建筑空間屬性的概念；②分體學(xué)也可以作為一種空間營(yíng)造手法，將構(gòu)筑物分解為單元并重構(gòu)，在空間屬性不變的情況下其重構(gòu)形態(tài)卻靈活多樣，就好比水有固液氣三態(tài)，微觀下水蒸氣和冰的分子結(jié)構(gòu)相同，因分子排布方式不同，致宏觀下兩者的形態(tài)和功能皆不同。

為理解分體學(xué)原理，丹尼爾帶領(lǐng)研究生曾做過一個(gè)前期設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

課題是從單元（Un it）研究開始的。老師布置大家進(jìn)行城市單元體的考察認(rèn)知，本組以摩洛哥舍夫沙萬的藍(lán)色小鎮(zhèn)（Chefchaouen-Blue City Morocco）為母體對(duì)象，將小鎮(zhèn)按公共空間和非公共空間的構(gòu)成關(guān)系分類進(jìn)行單元萃取，得出內(nèi)向型、外向型、下沉型和升高型4大類，共16種各異的空間基本單元；以其為基礎(chǔ)，取任意4種單元進(jìn)行組合，可得出256種復(fù)合單元；以空間通達(dá)性為甄別依據(jù)，遴選出15種至少兩側(cè)有外接路徑的復(fù)合單元；再用該15種復(fù)合單元進(jìn)行隨機(jī)組合，仍以高通達(dá)性為甄別原則，從中優(yōu)選出2種有城市片區(qū)意味的單層組團(tuán)模型和2種多層（5層）組團(tuán)模型（圖1）。該過程研究的對(duì)象由小到大，詮釋了分體學(xué)中從單元到整體的構(gòu)成邏輯。

圖1 空間組團(tuán)

上述實(shí)驗(yàn)使我們認(rèn)識(shí)到基于分體學(xué)的城市設(shè)計(jì)從城市空間調(diào)研中萃取基本單元的步驟，及單元由零到整的重構(gòu)。實(shí)際上，空間單元既可來源于以城市體驗(yàn)為基礎(chǔ)的原型捕捉，亦可來自設(shè)計(jì)師的奇思妙想，兩者一道成為空間單元的重要思想源泉，而后者往往更為分體學(xué)青睞，這從丹尼爾布置的另一個(gè)空間單元設(shè)計(jì)研究課題中可初窺端倪。

空間單元設(shè)計(jì)研究分兩步進(jìn)行，第一步是單元設(shè)計(jì)，第二步為單元變形。

分體學(xué)的單元設(shè)計(jì)一般有靜態(tài)與動(dòng)態(tài)兩種形式，所謂靜態(tài)單元一般以建筑中的某一構(gòu)造、部件為母題創(chuàng)作，類似前述萃取的藍(lán)色小鎮(zhèn)空間單元原型；動(dòng)態(tài)單元?jiǎng)t是以部件的機(jī)械運(yùn)動(dòng)為母題創(chuàng)作。顯然，動(dòng)態(tài)的單元設(shè)計(jì)充滿更多的未知與挑戰(zhàn)，下面以此為例進(jìn)行闡述。

世界萬事萬物細(xì)分到最小單位時(shí)一般均表現(xiàn)出簡(jiǎn)潔、規(guī)則的元素構(gòu)成，據(jù)此我們采用一個(gè)簡(jiǎn)單的長(zhǎng)方體作為單元?jiǎng)?chuàng)作的主體，設(shè)想的空間單元具有滑動(dòng)和旋轉(zhuǎn)兩種屬性，故設(shè)a柱為基礎(chǔ)，設(shè)b端為旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)，c為旋轉(zhuǎn)軸，d為滑面；圖2上部分表示單元相對(duì)滑動(dòng)過程，下部分則表示單元繞軸旋轉(zhuǎn)，由此完成空間單元設(shè)計(jì)初案。多個(gè)單元組合后的對(duì)象在分體學(xué)中被稱為部件（component），而多個(gè)部件組合成的對(duì)象被稱為組團(tuán)（group）。現(xiàn)將4個(gè)單元分別賦予一些滑動(dòng)與旋轉(zhuǎn)動(dòng)作后進(jìn)行組合拼接嘗試，圖3a展示了一個(gè)優(yōu)選出的部件；圖3b則為以部件疊落方式組合而成的一個(gè)組團(tuán)。

根據(jù)庫(kù)倫摩擦模型，經(jīng)過大量的幾何參數(shù)研究，最初的結(jié)果說明了長(zhǎng)度或者直徑是影響拔出力的關(guān)鍵因素。然而，隨著研究的深入，更多的模型被測(cè)試之后，結(jié)果說明總接觸面積才是最終影響拔出力的因素。所以，單獨(dú)根據(jù)長(zhǎng)度或者直徑得出的結(jié)論都是不可靠的[6]。

圖2 單元滑動(dòng)及旋轉(zhuǎn)

圖3 a 優(yōu)選部件 圖3b 組團(tuán)圖3c 塌落穩(wěn)定

丹尼爾對(duì)動(dòng)態(tài)組團(tuán)還有一個(gè)更有趣的研究：對(duì)單元組構(gòu)的組團(tuán)進(jìn)行場(chǎng)力測(cè)試（Field effect），場(chǎng)力在本實(shí)驗(yàn)中有推力和重力。設(shè)想對(duì)圖3b中的組團(tuán)在重力環(huán)境中施以水平推力，組團(tuán)中的滑體會(huì)在水平推力作用下滑移至卡止點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)體會(huì)在外力作用下繞軸旋轉(zhuǎn)至碰止；最終組團(tuán)在重力場(chǎng)中會(huì)呈現(xiàn)新的塌落穩(wěn)定（圖3c），從而得到一個(gè)令人意想不到的設(shè)計(jì)結(jié)果。

第二步開展的是單元變形的研究。將圖2中由abcd四種體塊構(gòu)成的空間單元（unit A）進(jìn)行單軸縮放與傾角變化，得到如圖4所示的六種變形單元。這一步對(duì)建筑空間的意義為：A中的豎向體塊可看作建筑空間中的立柱，隨著傾角的改變（A’），則變?yōu)樾敝翘莼蚱碌溃纱藥碚w流線的改變及空間功能的質(zhì)變。變形單元也可按上述第一步進(jìn)行單元—部件—組團(tuán)—場(chǎng)力測(cè)試的實(shí)驗(yàn)，限于篇幅不再贅述。

圖4 單元變形

上述設(shè)計(jì)研究均借助Unity軟件完成，這是一個(gè)具有運(yùn)動(dòng)模擬功能，還可與C#、Python等編程軟件聯(lián)動(dòng)，進(jìn)而增強(qiáng)圖形動(dòng)作與功能的規(guī)劃設(shè)計(jì)軟件。相較我國(guó)當(dāng)今常用的規(guī)劃設(shè)計(jì)工具（Sketch up、CAD、ArcGIS），Unity能在一定程度上有效簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)步驟，對(duì)結(jié)果進(jìn)行量化分析，甚至制作或生成傳統(tǒng)軟件難以操作實(shí)現(xiàn)的圖形與空間，故而對(duì)抽象空間具有更強(qiáng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)塑造能力，本文展示的絕大多數(shù)設(shè)計(jì)圖便是借助該軟件工作的結(jié)果。這也促進(jìn)我們反思我國(guó)的城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)部門是否應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，適時(shí)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)工具的更新? 正所謂“工欲善其事、必先利其器”。

2 基于分體學(xué)的畢業(yè)設(shè)計(jì)

丹尼爾帶領(lǐng)的第17研究組對(duì)基于分體學(xué)的設(shè)計(jì)歷經(jīng)8個(gè)月的漸進(jìn)式分步訓(xùn)練，最后便是利用3個(gè)月的碩士畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行歸總檢驗(yàn)分體學(xué)的綜合運(yùn)用技能了。各小組畢設(shè)選題方向覆蓋代表性的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)兩種單元形式，我們組還是堅(jiān)持動(dòng)態(tài)單元組構(gòu)的研究方向。與前期小尺度訓(xùn)練不同的是，畢業(yè)設(shè)計(jì)需組構(gòu)出更大、更綜合的組團(tuán)，且還需以城市環(huán)境為立地。該類更復(fù)雜組團(tuán)對(duì)Unity提出了更高的要求，對(duì)于一些達(dá)成不了的設(shè)計(jì)操作，設(shè)計(jì)者還需利用代碼插件自編程完成。例如獲得銀獎(jiǎng)的靜態(tài)單元小組——Enfilade Architecture，為實(shí)現(xiàn)單元在限定邊界內(nèi)自行生長(zhǎng)復(fù)制，便需利用插件的代碼命令經(jīng)迭代模擬實(shí)現(xiàn)。本組所研究的動(dòng)態(tài)單元組構(gòu)則是利用機(jī)械節(jié)點(diǎn)組合成整體后，在場(chǎng)力作用下形成的塌落穩(wěn)定體，這其間也需借助C#插件對(duì)運(yùn)動(dòng)的編碼而實(shí)現(xiàn)。下面對(duì)本組畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。

本組擬定的設(shè)計(jì)目標(biāo)為解決城市中高層建筑之間的空中連接問題，據(jù)此鎖定了某國(guó)際大都市居住區(qū)中的4棟高100m、呈一梯四戶布局的高層住宅樓，設(shè)想以分體學(xué)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理念，創(chuàng)作出一組橋接4棟高樓的構(gòu)筑體。

明確設(shè)計(jì)目標(biāo)與場(chǎng)地選址后，畢業(yè)設(shè)計(jì)工作依舊從最基礎(chǔ)的單元設(shè)計(jì)開始。單元的構(gòu)思源自城市空間意象中的母題提煉，該意象出自巴黎第13區(qū)布魯特大道邊一處城市花園中的一組有趣的樓梯（圖5），該組樓梯將無障礙坡道和梯道巧妙結(jié)合，具有高度的實(shí)用性和流暢的美感。設(shè)想將其按照不同的4種走向拆解并組合，由此得到了本設(shè)計(jì)最為重要的基本單元（圖6）。以此為基礎(chǔ)，對(duì)基本單元分別采用了重復(fù)疊加、單軸縮放和水平鏡像的分體學(xué)手法，組構(gòu)出了3個(gè)雙層的復(fù)合單元，再用這3個(gè)復(fù)合單元組構(gòu)出一個(gè)可內(nèi)部相對(duì)滑動(dòng)的部件，圖7是沿“Y”方向滑動(dòng)形成的一個(gè)衍生體，類似的衍生體可無窮無盡生成，這賦予建筑橋接豐富的手段與可能，其基礎(chǔ)便是下述對(duì)部件形式多樣性的探究。

圖5 一組有趣的樓梯

圖6 畢設(shè)基本單元

圖7 單元衍生體

部件形式多樣性的探究也離不開分體學(xué)理論，故而對(duì)復(fù)合單元進(jìn)行翻轉(zhuǎn)和鏡像嘗試，以空間通達(dá)性為甄別依據(jù)，在得出的64種組合結(jié)果中遴選出了9種部件（圖8a），用Unity對(duì)其反復(fù)滑動(dòng)測(cè)試并優(yōu)選，圖8便是部件滑移所產(chǎn)生的空間最具多樣性的一個(gè)結(jié)果；故確定以此搭構(gòu)組團(tuán)，并形成線性組團(tuán)（圖8b）、垂直疊落組團(tuán)（圖8c）和螺旋疊落組團(tuán)（圖8d）3種具有形態(tài)代表性的搭構(gòu)結(jié)果。丹尼爾對(duì)線性及垂直疊落組團(tuán)給予了肯定，并提議將這兩類組團(tuán)作為高層建筑之間的橋接方式，讓城市凌駕于建筑之上（City in Architecture）。

圖8a 優(yōu)選部件 圖8b 線性組團(tuán)圖8c 垂直疊落組團(tuán)圖8d 螺旋疊落組團(tuán)

上述兩種組團(tuán)組構(gòu)如何運(yùn)用于高層建筑的橋接呢？首先要確定4棟高層的橋接點(diǎn)。接著是將部件以4棟高樓橋接點(diǎn)為基準(zhǔn)進(jìn)行嵌入式銜接。

針對(duì)現(xiàn)狀高層建筑的標(biāo)準(zhǔn)層平面，將其水平通道（藍(lán)色）、垂直通道（紅色）及4個(gè)戶型（黃色&綠色）按功能進(jìn)行劃分，保證部件與現(xiàn)狀建筑的模數(shù)一致以便連接順暢；同樣以通達(dá)性為甄別依據(jù)，改造4種戶型使其具有多樣的對(duì)外銜接的空間，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行拼接測(cè)試；從而得到整棟建筑的橋接點(diǎn)（圖9），以此類推確定其他3棟建筑的橋接點(diǎn)；接著用前文所述的線性和垂直疊落組團(tuán)與建筑群的橋接點(diǎn)按疏鏈組合（圖10a）與密鏈組合（圖10b）兩種方式進(jìn)行拼接，完成聯(lián)系方案。此處還需利用Unity代碼插件，自編程完成。

圖9 建筑橋接點(diǎn)設(shè)置

圖10a 疏鏈組合圖10b 密鏈組合

為了讓組團(tuán)更具現(xiàn)實(shí)意義，丹尼爾鼓勵(lì)大家探究小型組團(tuán)中的空間功能。因部件中復(fù)合單元的滑移距離和各部件的組構(gòu)方式不同，對(duì)應(yīng)小組團(tuán)上的流線也千變?nèi)f化。例如，部件中的任意復(fù)合單元滑移出的缺角剛好夠嵌入另一個(gè)部件時(shí)，會(huì)構(gòu)成一個(gè)更大的平臺(tái)；部件中的兩個(gè)復(fù)合單元皆反向滑移至卡至點(diǎn)并列排布時(shí)，會(huì)構(gòu)成線性廊道，錯(cuò)位排布時(shí)則構(gòu)成圍合型中庭等。接下來便是針對(duì)全局的深化設(shè)計(jì)，以組團(tuán)為例。如將雙層單元所構(gòu)成的中空夾層加以利用，如讓空間符合結(jié)構(gòu)規(guī)律，再如在適當(dāng)空間中加入材質(zhì)和綠化等。如此這般使空間細(xì)節(jié)得以豐富，功能得以完整，并賦予空間良好的表現(xiàn)力（圖11）。

圖11 空間深化設(shè)計(jì)

在與丹尼爾深入探討后，選擇了圖10a中首張組團(tuán)橋接模型進(jìn)行最后的運(yùn)動(dòng)模擬測(cè)試，并對(duì)其塌落穩(wěn)定取樣，最終定型方案（圖12）。其中包含有對(duì)形體多樣性，空間通達(dá)性和美觀等諸多要素的權(quán)衡推敲，還有通過Unity插件中的可視化通達(dá)性模擬，手動(dòng)刪除了一些多余的懸挑與連接，以便簡(jiǎn)化實(shí)體模型制作的考量等（圖13）。過程雖充滿艱辛，但受益良多，從中體會(huì)到化不可能為可能的愉悅和理論結(jié)合實(shí)踐的成就感。

圖12 建筑中的城市

圖13 設(shè)計(jì)模型（1∶100）

結(jié)語

本次設(shè)計(jì)的結(jié)果由筆者看來并非很理想，且在高層建筑中，如此繁雜的橋接關(guān)系也不太現(xiàn)實(shí)，但丹尼爾從未反對(duì)過我們這么做，而是不斷地鼓勵(lì)我們?cè)趩卧考M團(tuán)的各個(gè)不同設(shè)計(jì)研究階段注重精巧，注重空中橋接這種奇思妙想，還注重組構(gòu)的多種可能性等。事后細(xì)思，丹尼爾其實(shí)更注重分體學(xué)介入城市設(shè)計(jì)的方法與過程，這種創(chuàng)造性思維的訓(xùn)練是我國(guó)建筑類規(guī)劃設(shè)計(jì)專業(yè)所缺乏的。實(shí)際上通觀本次設(shè)計(jì)，筆者深有感觸的是，分體學(xué)的建筑設(shè)計(jì)思路不僅解放了建筑的形態(tài)，突破了原有功能，也對(duì)我國(guó)本科建筑教育中的以需求來主導(dǎo)研究方向的固有教學(xué)模式提出了新的拓展方向，為建筑行業(yè)未來的發(fā)展方向探尋出更多的可能性。例如本次的設(shè)計(jì)結(jié)果放在地球的重力環(huán)境下也許很難實(shí)現(xiàn)，但在月球甚至火星的微重力環(huán)境下，自由形態(tài)的建筑也許更能適應(yīng)外星球復(fù)雜多變的地形和氣候，其拼裝式的單元組構(gòu)也更便于批量制造和星際運(yùn)輸。此類設(shè)計(jì)方法以計(jì)算機(jī)輔助運(yùn)算并仿真物理環(huán)境進(jìn)行建模，產(chǎn)生的結(jié)果在組合上相較現(xiàn)狀建筑有著更多的可能性，在形體上有更強(qiáng)的可塑性。如此的空間營(yíng)造方法及結(jié)果，突破了我的想象，這也是我在巴特萊特學(xué)院一年中最寶貴的體驗(yàn)與收獲，特以此文以覓同仁。

（注 感謝導(dǎo)師丹尼爾·科勒（Daniel Koehler），模型及理論助教拉薩·納瓦薩蒂（Rasa Navasaityte），軟件助教沙加夫·阿布·薩利赫（Sheghaf Abo Saleh），計(jì)算機(jī)編程助教何子明的指導(dǎo)）

資料來源：

圖3～4，8：諶佩文繪制；

圖5：https://huaban.com/boards/48415176；

文中其余圖片均為作者繪制或拍攝。