基于几何学的数字化建筑设计策略研究

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数学学习中的数学与建筑设计的应用

数学学习中的数学与建筑设计的应用

数学学习中的数学与建筑设计的应用数学是一门应用广泛的学科,其在各行各业中都有重要的作用。

其中,建筑设计是数学应用的一个重要领域。

在建筑设计中,数学通过几何学、比例和测量等方面的知识,帮助建筑师实现抽象理论与实际建筑之间的无缝衔接。

本文将探讨数学在建筑设计中的应用,并重点介绍数学在建筑设计中的几个关键领域。

一、平面几何学在建筑设计中的应用平面几何学是数学中的一个分支,主要研究平面上的点、线和面之间的关系。

在建筑设计中,平面几何学被广泛应用于建筑物的结构设计以及室内空间的规划布局。

首先,在建筑物的结构设计中,平面几何学的知识可以帮助建筑师进行精确的度量和计算。

例如,在设计一个矩形房间的时候,建筑师需要根据平面几何学的原理计算出房间的长和宽,以确保房间的结构稳定。

此外,平面几何学还可以帮助建筑师设计出不同形状的建筑物,如圆形建筑物和多边形建筑物等,以满足不同的设计需求。

其次,在室内空间的规划布局中,平面几何学的知识同样起到重要的作用。

建筑师需要根据空间大小、家具尺寸等因素,合理地规划室内的布局,以满足人们的使用需求。

通过运用平面几何学的知识,建筑师可以测量房间的尺寸,并根据房间的形状和限制条件进行布局设计,使得空间结构合理、美观且功能齐全。

二、比例在建筑设计中的应用比例是数学中的一个重要概念,在建筑设计中被广泛应用于建筑物的设计和绘图过程中。

在建筑物的设计过程中,建筑师常常需要考虑建筑物各部分之间的比例关系。

通过合理的比例设计,建筑师可以使建筑物整体呈现出一种和谐、均衡的美感。

例如,在设计一座建筑物的立面时,建筑师需要考虑不同部分(如窗户、楼层等)之间的比例关系,以确保整体的比例协调一致,增加视觉上的美感。

此外,在建筑物的绘图过程中,比例也起到了重要的作用。

建筑师需要根据实际尺寸比例进行绘图,以便建筑师、工程师和施工人员等各个环节能够准确理解和实施设计方案。

借助比例,建筑师可以通过绘制平面图、立面图和剖面图等来呈现建筑物的整体结构和细节,使得设计方案更加清晰明了。

数学在建筑设计中的应用研究

数学在建筑设计中的应用研究

数学在建筑设计中的应用研究【摘要】这篇文章将从建筑设计中数学的多个方面进行探讨。

首先介绍建筑结构设计中的数学原理,包括力学和结构分析等内容;接着探讨建筑形态设计中数学的应用,如黄金比例和几何设计等;然后分析建筑材料选择中的数学分析和建筑施工过程中的数学优化方法;最后讨论建筑设计软件中的数学模型。

在展望数学在建筑设计领域的未来发展趋势,指出数学在建筑设计中的应用将会更加广泛和深入。

通过本文的研究,可以深入了解数学在建筑设计中的重要性和实际应用,为建筑领域的发展提供一定的参考和指导。

【关键词】数学、建筑设计、建筑结构、建筑形态、建筑材料、建筑施工、数学优化、建筑设计软件、数学模型、展望、发展趋势。

1. 引言1.1 数学在建筑设计中的应用研究概述数、段落等。

以下是根据您的要求输出的内容:数学是自然科学中的一门基础学科,同时也是建筑设计中不可或缺的重要工具。

在建筑设计中,数学被广泛运用于建筑结构设计、建筑形态设计、建筑材料选择、建筑施工优化以及建筑设计软件开发等方面。

通过数学的运用,可以提高建筑设计的效率和精度,使建筑更加稳固、美观、节能和环保。

建筑设计中的数学原理主要涉及结构力学、材料力学、流体力学等领域,通过数学分析可以确定建筑结构的强度、稳定性和耐久性。

在建筑形态设计中,数学可以帮助设计师确定建筑的外形、比例和空间结构,实现美学与功能的完美结合。

在材料选择和施工过程中,数学分析可以帮助设计师优化材料的使用和施工的流程,降低成本和提高效率。

建筑设计软件中的数学模型也在不断发展,为设计师提供更加便捷和精确的工具,推动建筑设计的创新和发展。

数学在建筑设计中的应用研究具有重要的意义和广阔的发展空间。

通过深入探索和研究,可以不断提高建筑设计的水平和质量,同时也促进数学与建筑学之间的跨学科交流与合作。

2. 正文2.1 建筑结构设计中的数学原理建筑结构设计是建筑设计中至关重要的一个方面,它关乎到建筑物的稳定性和安全性。

数学与建筑数学在建筑设计中的应用

数学与建筑数学在建筑设计中的应用

数学与建筑数学在建筑设计中的应用数学与建筑:数学在建筑设计中的应用在建筑设计中,数学是一门不可或缺的学科。

它为建筑师们提供了一种强大的工具,可以精确计算、测量和规划各种建筑元素。

本文将探讨数学在建筑设计中的应用,并展示它在构建美丽、创新和可持续建筑中的重要性。

一、立体几何与建筑立体几何是数学中的一个重要分支,它研究了空间中的点、线、面、体等几何图形。

在建筑设计中,立体几何扮演着关键角色。

建筑师需要利用立体几何的原理来构思和绘制建筑方案,确保建筑物的稳定性和美观性。

例如,建筑师使用立体几何来计算建筑物的体积、表面积和重心位置。

这些数据对于材料和结构的选择至关重要。

此外,立体几何还可以帮助建筑师创建复杂的几何形状,如曲线墙面、拱形结构和曲线屋顶等。

这些形状不仅增加了建筑的审美价值,还提供了更高的结构强度和抗压能力。

二、比例与建筑比例是数学中一个重要的概念,它在建筑设计中被广泛运用。

建筑师利用比例来确保建筑物各个部分之间的协调与平衡。

在建筑设计过程中,选择合适的比例可以使建筑物看起来更加自然和谐。

比例的应用范围非常广泛,从建筑物的整体比例到细节部分的比例都需要被精确计算。

建筑师要考虑建筑物与周围环境的比例关系,以及不同空间之间的比例关系。

比例还可以应用于建筑物内部的布局和装饰,从而创造出舒适、流畅的使用体验。

三、数列与建筑数列是数学中的一个重要概念,它在建筑设计中也有广泛的应用。

数列可以用来描述建筑物的变化规律,例如高楼大厦中的楼层高度、台阶间的距离等。

在建筑设计中,数列可以用来确定建筑物的形态和结构。

建筑师可以利用数列的原理来规划建筑物的尺度和比例,从而使建筑物看起来更加统一和谐。

此外,数列还可以用于创造变化丰富的建筑元素,如楼梯、天井和窗户等。

四、统计学与建筑统计学是数学中的一个重要分支,它研究了数据的收集、分析和解释。

在建筑设计中,统计学可以帮助建筑师预测和评估各种建筑方案的效果和持久性。

例如,在城市规划中,统计学可以帮助建筑师分析人口密度、用地分布和交通流量等数据,从而确定最佳的建筑布局和交通设计。

几何学在建筑设计中的运用

几何学在建筑设计中的运用

几何学在建筑设计中的运用建筑设计是一门综合性的艺术与科学,而几何学作为数学的一个分支,在建筑设计中扮演着重要的角色。

几何学的原理和概念被广泛应用于建筑设计的各个方面,从整体布局到细节设计,都离不开几何学的指导和启示。

在本文中,我们将探讨几何学在建筑设计中的运用,以期增进对这一领域的理解。

首先,在建筑设计中,几何学被用来确定建筑物的外形和结构。

几何形状和比例的选择直接影响建筑物的美学效果和结构稳定性。

例如,在古希腊建筑中,黄金分割理论被广泛应用,使得建筑物的比例和对称性达到理想状态,给人一种和谐平衡的美感。

类似地,在现代建筑设计中,几何学的原理被用于创造出各种独特的建筑形态,如圆形建筑、梯形建筑等。

这些几何形状的运用使得建筑物在视觉上更加引人注目,从而增强了其空间感和视觉效果。

其次,几何学在建筑设计中起到了空间划分和布局的重要作用。

建筑师根据建筑物所需的功能和使用需求,运用几何学的原理来划分和布置不同的区域。

例如,在住宅设计中,几何原理可以帮助设计师确定客厅、卧室和厨房等功能区域的相对位置和大小,使得整个空间布局合理有序。

此外,几何学还可以用来指导建筑物内部空间的分隔与连接,如各层楼之间的楼梯设计和电梯井的规划等。

通过准确运用几何学的原理,建筑师可以创造出富有变化和层次感的空间环境,提升建筑物的舒适度和实用性。

另外,几何学还在建筑设计中用于构建和计算建筑物的结构。

在建筑结构设计中,几何学的原理可以指导设计师确定柱、梁和框架等结构要素的位置和形状,确保建筑物具备足够的强度和稳定性。

几何学的计算方法也被应用于建筑物的建造和施工过程中,如角度计算、尺寸测量和直线推导等。

这些计算方法的准确性对于建筑物的安全性和建筑质量的保证至关重要。

此外,几何学在建筑细节设计中也具有重要意义。

几何形态和比例的运用可以使建筑的细节更加精确和完美。

例如,在门窗的设计中,几何学可以指导设计师确定门窗的大小、比例和位置,使其与整个建筑物的外观和内部空间相协调。

浅谈几何形态学在建筑设计中的应用

浅谈几何形态学在建筑设计中的应用

几何形态学在建筑设计中的应用摘要:随着数字技术的快速发展,数字化的生产方式与生产工具也在不断更新与升级。

复杂曲面形态、建筑表皮设计中的镶嵌几何、建筑设计中的轴线等几何形态已越来越多地应用于建筑设计中。

本文介绍了建筑设计中复杂曲面的建构方法,对典型的空间镶嵌单元进行了探讨。

并在大量的建筑设计实例的基础上,以轴线的形态空间秩序特征以及城市的丈脉为切入点,详细地阐释了轴线在建筑设计中的具体方法。

关键词:曲面形态镶嵌几何轴线建筑设计应用一、建筑设计中的复杂曲面建构建筑设计中的复杂曲面形态建构需要同时满足建筑师的设计意图以及结构和建造的多重要求,应用数字化设计工具对复杂曲面模型进行抽象。

同时根据曲面特点的异同选择合理的建构方法将为进一步的曲面优化和建造奠定基础。

1 基于物理找形建构复杂曲面“找形”是指基于物理约束或通过实验手段建构复杂曲面的方法,这种方法最初由高迪的悬链模型而来,后经弗雷·奥托(F rei Otto)及海恩斯,艾斯勒(Heinz Isle r)等人进一步拓展,发明了肥皂泡找形法、充气薄膜找形法和悬垂织物找形法等。

其中,基于实验手段的“逆吊实验法和利用索膜结构为主体形成合理的曲面形态是应用最广泛的两类方法。

通过找形逻辑建构的复杂曲面可以将结构的合理性与建筑的形态美学很好地结合起来,并使结构性能得到最大限度的利用和发挥。

例如福斯特事务所(Foster+ Partners)在啥萨克斯坦所设计的沙特尔可汗娱乐中心《KhanShatyr Entertainment Centre)其主体锥形结构的曲面形态就是通过对一系列悬吊模型的观察分析,结合计算机模型的进一步发展而最终确定的。

[1] 2 基于几何变换建构复杂曲面几何变换是指通过对直线、曲线及基本几何形状进行旋转、平移、缩放等变换或是几种变换方式的互相组合来建构复杂曲面的方法,由此可获得如旋转曲面、平移曲面、直纹曲面、可展开曲面等在建筑实践中被较多应用的曲面形态。

数学在建筑学研究中的应用

数学在建筑学研究中的应用

数学在建筑学研究中的应用在建筑学研究中,数学扮演了重要的角色。

通过数学的应用,建筑师能够更好地理解和解决各种建筑问题,从而创造出更具创意和功能性的建筑设计。

本文将探讨数学在建筑学研究中的应用,并介绍其中的一些具体例子。

1.几何与建筑设计几何是数学的一个重要分支,它与建筑设计有着密切的联系。

在建筑学研究中,几何被广泛应用于建筑的形状与结构的研究。

例如,在建筑设计中,建筑师会利用几何原理来确定建筑的基本形状,如平面图、立面图和剖面图。

通过对这些几何形状的研究和分析,建筑师可以更好地掌握建筑的整体结构和比例关系。

此外,在建筑设计中,建筑师还需要考虑到光线的传播和反射。

几何光学的原理可以帮助建筑师确定建筑中光线的路径和光照强度的分布情况,以实现最佳的采光效果。

2.力学与结构分析力学是研究力、运动和变形的学科,它在建筑学研究中的应用尤为重要。

建筑结构的设计需要考虑到建筑所受的各种力的作用与分析。

通过力学的研究,建筑师可以确定建筑物在运行中所受的各种力的大小和方向。

基于这些力的分析结果,建筑师可以选择合适的材料和结构形式,以保证建筑物的安全性和稳定性。

3.计算机模拟与建筑模型随着计算机技术的发展,数学在建筑学研究中的应用迎来了新的突破。

计算机模拟和建筑模型的使用使得建筑师可以更加直观地展示和研究建筑设计。

通过数学模型和计算机模拟,建筑师可以模拟建筑物的结构和形状,并进行各种实验和分析。

这有助于建筑师更好地理解建筑设计所面临的问题,并找到解决方案。

4.优化与效率在建筑学研究中,数学还可以用于优化和效率的研究。

建筑的能源效率和资源利用是当前建筑设计所关注的重要议题之一。

通过数学的应用,建筑师可以对建筑材料、供电系统和空调系统等进行优化设计。

例如,利用数学模型和计算方法,建筑师可以确定建筑物的热传导和空气流动的路径,以最大程度地减少能量损失并提高能源利用效率。

5.审美与比例数学对于建筑学研究中的审美和比例的探究也起着重要的作用。

数学在建筑设计中的应用研究

数学在建筑设计中的应用研究

数学在建筑设计中的应用研究一直以来,建筑设计是一个综合性很强的学科,其中包含了许多学科的知识点,而数学作为其中的一门基础学科,在建筑设计中的应用尤为重要。

数学的运用不仅可以帮助建筑师进行建筑设计的计算和测算,还可以帮助建筑师在设计中寻找到更加合理、美观的结构和形状。

下面将对数学在建筑设计中的应用做一些深入的探讨。

1. 数学在建筑设计中的基本应用在建筑设计中,数学是非常基础的一个学科,主要涉及到建筑的测量、计算和几何形态等方面。

建筑师在设计建筑时,需要对建筑的各种尺寸、体积、质量等进行测算和计算,这就需要用到数学知识。

建筑的形态和结构也需要建筑师运用几何学的知识进行设计。

建筑的立面、平面和空间都需要通过几何学的知识来进行设计和布局。

(1)测量和计算:在建筑设计中,经常需要对建筑的各种尺寸、面积、体积等进行测量和计算。

建筑师需要通过数学知识来进行建筑的尺寸计算和质量计算,从而确定建筑的结构和材料的使用。

(2)几何形态:建筑的形态和结构设计是建筑设计中非常重要的一个环节,而几何学在其中发挥了重要的作用。

通过几何学的知识,建筑师可以设计出各种各样的建筑形态,使建筑在视觉上更加美观,并且能够满足建筑的功能需求。

(3)施工布局:在建筑施工中,建筑师需要通过数学知识进行施工布局和施工顺序的安排,以确保施工的效率和安全。

除了在建筑设计的基本应用中运用数学知识外,数学在建筑设计中还具有一些高级应用,这些应用主要集中在建筑的结构设计和形态设计方面。

(1)结构设计:在建筑的结构设计中,数学是非常重要的。

建筑结构的设计需要利用数学知识进行工程力学的计算和分析,从而确定建筑结构的强度和稳定性。

在建筑结构设计中,数学还可以帮助建筑师进行结构的优化设计,使建筑的结构更加合理、经济,同时还能够满足建筑的功能需求。

随着科技的发展和建筑设计的进步,数学在建筑设计中的应用也在不断地创新。

现如今,数学在建筑设计中的应用已经不再局限于基本的测算和计算,而是向着更加智能化、数字化、信息化的方向发展。

数学与建筑数学在建筑设计中的应用

数学与建筑数学在建筑设计中的应用

数学与建筑数学在建筑设计中的应用数学与建筑:数学在建筑设计中的应用引言:建筑设计是一门复杂而综合性强的艺术和科学,它不仅包含美学的要素,还需要考虑到结构的稳定性和功能的实现。

而数学作为一门工具性学科,在建筑设计中发挥着重要的作用。

本文将探讨数学在建筑设计中的应用,并说明数学对于建筑设计的重要性。

一、几何学在建筑中的应用1.1 比例与尺度的运用建筑设计中,尺度是至关重要的,它决定了建筑物的大小、比例和外观。

比例的运用可以使建筑物更加美观和协调,而在确定建筑物尺寸时,数学中的几何学奠定了基础。

通过数学的几何学知识,设计师可以准确地计算建筑物的比例关系,保证建筑物的外观不仅满足审美要求,还与周围环境协调一致。

1.2 图形与造型的构建建筑物内外的图形和造型往往需要经过精确的计算和规划。

数学几何学中的图形知识,能够帮助设计师准确绘制出各种形状的图纸和模型,保证建筑物的整体结构和比例的精确性。

例如,在建筑物的外观设计中,设计师可以运用数学中的对称性原理,构建出具有美学价值的对称图案。

二、计算与模拟在建筑中的应用2.1 结构力学与稳定性分析建筑物的稳定性是建筑设计中的重要考量因素之一。

通过应用数学中的结构力学理论,设计师可以计算出建筑物承受各种外力时的应力和变形情况,从而保证建筑物的结构稳定和安全性。

2.2 模型与仿真技术数学模型在建筑设计中具有重要意义,它可以帮助设计师预测和评估建筑物的各种性能指标。

通过数学模型,可以对建筑物的热力学、光学、声学等性能进行仿真计算,从而优化建筑物的设计方案。

例如,在设计高效节能的建筑中,利用数学模型可以准确预测能源的消耗和室内的热舒适度。

三、统计学在建筑中的应用3.1 数据分析与预测在建筑设计和规划中,统计学发挥了重要的作用。

通过对历史建筑数据的分析,可以帮助设计师了解当地的气候条件、居民需求等因素,对建筑物的功能、材料选择和造型进行科学决策。

此外,统计学还可以利用相关数据进行建筑物使用寿命的预测,为建筑物的维护和修缮提供决策依据。

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基于几何学的数字化建筑设计策略研究摘要:原本依赖几何学的建筑绘图逐渐被新兴的数字学取代,在保证准确度、提高效率的同时也改变了建筑设计的思维。

这一切也见证了新型印刷术对知识传播在媒介、手段上的推动。

建筑师对基本算术及代数的把握越来越好,进而能够处理更复杂的建筑设计和更大规模的建筑项目,而对海量数据的处理需求最终催生了当代的建筑数字化文明。

随着建筑数字技术迅猛发展,一种关注于设计建造的基于几何学的数字化建筑设计方法正逐渐成形,它将帮助我们面对复杂建筑形体的生成、分析与实质建造的全过程。

介绍“建筑几何学”这一新研究领域,讨论其内涵及发展起源等基本问题,并通过面向形体生成和面向建造两个方面的实例分析,归纳建筑几何学的基本研究内容和方法策略,揭示几何学的当代建筑学意义,以此为数字化建筑设计提供更为清晰的视角和切入点。

关键词:建筑几何学;数字化设计;形体生成;建造;0引言几何形体充斥着我们周围,呈现多样的视觉效应。

对几何学视觉效应的设计理念进行探寻是建筑师们热衷的议题。

从17世纪的瓜里尼到20世纪的路易斯·康,建筑师通过赋予几何形体特有的意义而使得他们创造的几何学视觉效应匠心独运。

马里奥·博塔同样是这样的能手,他在秉承前辈们优秀传统的基础上融入自己的独特思考,将早期的几何学视觉效应内涵的意义由单一推向多元,该文从"光的几何塑型,自然与几何的交融,城市与几何的识别"三个方面对马里奥·博塔的几何学视觉效应背后的意义进行探寻,发掘马里奥·博塔几何学视觉效应背后的设计理念。

1建筑几何学研究概述建筑学自产生以来便与几何学密不可分,从古典建筑时期的比例系统,到现代建筑的模度,再到20世纪末数字转型期的自由曲面,在其不同的历史阶段中,几何学发挥着不同作用并引发了相应的建筑形式的特征演变。

当前,在数字技术的推动下,几何学不仅为数字化建筑的形式创新提供了新的可能性,而且贯穿从设计到建造各环节的三维数字模拟、分析、优化和对接,从而以合理、高效的几何途径实现全新的建筑形式。

本文将介绍“建筑几何学”这一新研究领域,并通过具体案例来阐述基于几何规则的操作过程,重点是论述几何学在这一数字化建构过程中的设计策略。

1.1含义及现状“建筑几何学”(ArchitecturalGeometry)是数字时代建筑学结合复杂几何学进行多学科交叉的专业研究领域,2007年由奥地利计算几何学家赫尔穆特·波特曼(HelmutPottmann)首次明确地提出这一概念,它是以计算机为技术载体,旨在解决数字化建模过程中复杂形体建筑的设计建造问题,包括几何离散化和数值优化两方面特点。

尽管建筑几何学属于跨学科的研究领域,受到建筑师、计算几何学家、结构工程师及数学家等不同群体的关注,但最终研究的仍是建筑形式的操作与实现。

近年来,建筑几何学正逐渐成为数字化建筑领域的核心话题,它不仅是关联数字化设计与建造的“信息媒介”,更是关键的设计方法,以致力于探索与呈现几何规则、形式生成和建造逻辑之间的一致性。

在这一趋势下,欧美尖端建筑院校,例如美国麻省理工学院(MIT)、英国伦敦大学(UCL)、瑞士苏黎世理工大学(ETH)等,都把建筑几何学列为一门核心的前沿课题;同时,一些建筑事务所也积极利用几何学的相关知识来确保设计理念的实施并实现建筑的高品质,如诺曼·福斯特事务所专门成立的特殊几何小组(SpecialGeometryGroup)、奥雅纳事务所的高级几何小组(AdvancedGeometryGroup)、盖里事务所的盖里科技小组(GeryTechnologies)等;此外,还有专门面向自由曲面建造问题的技术咨询事务所渐屈线(Evolute),这些设计小组与机构使得建筑师与复杂几何学、数字化设计、数控建造等技术紧密地结合起来。

1.2必要性在数字化建筑的语境中强调几何学,一方面,是因为当数字化设计作为一种通用知识和技术,不可避免地容易陷入几何形式的创作中,而忽视隐藏建筑背后的本体逻辑,产生造价过高,甚至无法真实建造的现象;另一方面,是因为目前自由曲面在建筑设计中的应用研究,较集中于数控加工技术和设计流程的协同统一,而忽略了作为设计方法的几何学自身具有的创造性。

正是在这一背景下,几何学对于建筑师理解复杂建筑形体的操作过程变得前所未有的重要,基于几何规则,它不仅为数字化建筑的形式生成提供合理的策略,同时为面向实体建造的分析及优化给予了实践的积极可能性,从而为复杂形体建筑寻找本体逻辑与数字文化的关联时,提供了新的出发点。

2设计策略当前,根据建筑设计过程中的不同目标属性,建筑几何学的应用主要包括面向形式生成和面向建造两部分(图1)。

面向形式生成是指设计阶段把几何形式与驱动参数进行关联,使得建筑整体成为可控的系统,并为后期的真实建造奠定基础。

面向建造是将实体建造信息通过几何操作与参数化模型进行关联,以匹配真实建造的需求。

值得一提的是,建筑几何学与设计者的创造密切相关,无论是选择最终生成的建筑形态,还是实施的建造方案,都需要建筑师的审美意识控制,是理性规则与感性认识的结合。

2.1面向形体生成的建筑几何学近年来,随着环境意识的逐渐改变,建筑不再是内封的几何体,除了自身空间需求(功能、场地等)之外,还需对外部环境(气候、风压等)产生呼应和关照。

伴随着计算机模拟技术的发展,建筑师能够把这些不同需求因素作为设计生形的驱动参数进行模拟分析,并与形体的几何生成过程相结合,在这一过程中,设计生形是“驱动参数的几何定义和关联过程”,是建筑内在逻辑的直接呈现,包括空间与物质性能两方面的驱动需求。

(1)空间需求伴随着计算机技术的发展,建筑形式的几何规则可直接反映空间生成的逻辑,并基于这两者内在的高度一致性,得以充分挖掘和利用建筑形式创新的巨大潜力。

FOA建筑事务所设计的日本横滨码头是较早基于空间需求进行建筑形体生成的典型案例(图2)。

在这个设计中,基于几何拓扑与地形,设计师提出了“系统发生法”这一新型的几何生成方式。

他们首先借助于几何的功能流线图解,结合基地布局和规划特征进行结构母体的变换,并通过几何控制线辅助确定剖面上的准确高度。

接下来则利用包含高程信息的剖面图解,生成连续折叠的表皮结构将功能、流线以及景观组织融为一体,最终呈现出可描述地貌的建筑几何形体。

在整个设计过程中,FOA正是将几何学作为一种形体生成的思维方法,最终创造出了符合功能与场地双重需求的地景建筑形式。

图1数字化设计建造中的建筑几何学图8基于几何学的数字建筑设计建造流程(2)形态重构与几何原型不同,形态重构在材料选择余地和设计自由程度上都要优于前者,因而目前成为处理复杂建筑形体建造问题的主要策略。

它是指利用可建造的单元拟合出原始的复杂几何形态,以重构出基于建造逻辑的近似曲面。

在当代数字化建筑实践中,平面嵌板和可展曲面拟合是重构复杂几何形态最常用的两种方法。

建筑师弗兰克·盖里(FrankGery)往往通过可展曲面作为建筑形态构成的单元要素进行重构,以确保最终形态便于真实建造。

从他设计的法国路易威登基金会艺术中心(图6)可以看出,整个建筑通过可展曲面重构的这一几何操作,使得表面数千块玻璃板和近万块水泥板都以可展曲面的形式存在,从而大大降低了建造成本和施工难度。

而墨西哥城索玛雅博物馆则是利用平板化的几何操作(图7),实现了平面嵌板单元拟合双曲面的设计目标。

整个建筑形体为一个不规则的双曲面,通过正切平面相交的几何拓扑规则,建筑表皮以数万块六边形平面的铝板单元进行重构,进而便于加工与搭建,以获取复杂建筑形体和建造成本两者的平衡。

3实例分析作者根据本人参与的的佛山君兰高尔夫会所项目,对几何形体的建模在实际方案中的实践进行了分析。

雨棚造型与钢梁的结合:异形双曲面雨棚通过三维协同的方式,准确定位,解决传统二维出图结构与建筑图纸对不上的各种问题。

运用数学公式,推敲韵律的变化,与实际施工方案结合确定最合理的板材的大小。

4结语近年来,随着计算机辅助设计(CAD)与制造技术(CAM)的发展,一方面,建筑作为诸多因素协同的系统产物,在设计方法不断拓展的同时伴随着新几何审美标准的建立;另一方面,作为最终物质化建造的空间,这些新建筑几何形体呈现出的复杂性,对前期形体生成策略和后续建造施工技术提出了更高的要求。

基于这一设计条件,数字建筑从原始的几何形体塑造开始转向于几何学对于建筑整体系统的建构,它不再仅仅关注于几何形态的美学呈现,而是同时探讨面向建造过程中几何形体的参数控制与物质优化,以提升建筑数字技术的设计潜能和建造效率(图8)。

此外,研究领域中以下方面的关键问题仍需持续而深入的探索与解决:(1)当数字设计作为一种通用知识和技术,易倾向于越加惊奇的复杂几何形式创作,忽视背后隐藏的建筑逻辑。

因而,几何学在建筑学中的转化适用性问题需要关注。

(2)从设计到建造的过程中,几何学的对接功能已有较多研究,但其创造潜力即如何通过几何操作更好地匹配结构和构造需求还未被充分发掘。

(3)结合我国国情,高技和低技的生产方式并存,建筑几何学本身作为技术方法具有普适性,现阶段如何在低技的生产流程中以合理高效的几何方式实现复杂建筑形式仍需研究。

参考文献:[1]周凌.建筑几何学的危机与超越[J].中国社会科学报.2009(01)[2]董琪,钟厦.工程机械产品外观造型设计中的设计几何学[J].建筑机械.2009(07)[3]马里奥·卡尔波,江嘉玮.以数字绘图:近代早期建筑设计中的几何学与数字学(上)[J].新建筑.2018(04)。

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