建筑造型设计中分形理论的应用与研究

建筑造型设计中分形理论的应用与研究

宋晓练

宋晓练

中建三局第二建设工程有限责任公司湖北省武汉市430070

摘要：最近几年，随着人们对建筑造型设计要求的不断提高，研究其设计中对分形理论的应用就显得具有十分重要的意义。在对建筑造型进行设计中应用分形理论时要考虑到对建筑行业发展的重要作用。本文将根据分形的概述，深入分析分形理论在建筑造型设计模块中的应用和在建筑造型设计中的应用。

关键词：建筑造型；分形理论；设计

引言：目前，随着我国科学技术和建筑艺术的共同进步和发展，从根本上促进了建筑师在建筑创作上的技术进步，通过建筑师的不断创新和努力，各种新的建筑设计和建模形式应运而生，同时也给建筑设计工作提供了丰富且多样化的发展空间，给人们带来更加富有艺术感的生活空间。在我国社会的快速发展进程中，城市进程的发展速度加快，这促使建筑造型设计发生巨大变化，也给建筑师带来了更多新的挑战。现阶段，建筑企业怎样应用新的建筑风格来提高企业的核心竞争力已逐渐成为企业不断发展的动力之源。在设计建筑模式的创新上要从建筑结构的多角度进行考虑，比如形状、功能等，只有这样，才能够使建筑设计更加具有创新性和人性化。

一、分形

寒冬腊月，人们由衷地赞赏玻璃上结晶的冰花形态万千，却很少有人想过它为何具有那样的形状；面对蜿蜒曲折的海岸线，人们只是感叹自然造物的伟大，却不曾想过，它究竟有多长。万事万物复杂的形状和结构是难以用传统的欧氏几何衡量的。正是由于欧氏几何在解释这些现象时的困难导致了分形理论的诞生。分形理论是1975年由美国数学家曼德尔布诺特提出的，“分形”一词来源于拉丁语中的“Frangere”。关于分形，曼德尔布诺特在其著作《分形：形式、偶然性、维数》中是这样描述的：自然界的许多事物的组成部分可能在一定的条件下或过程中，在某些方面（形态、结构、信息、功能等）表现出与整体的相似性，即具有自相似性（确定性的或统计意义上的），并能够用连续取值的分数维数来描述。分形的这些性质是自然实在的形态的共同的内在属性。所以说，分形几何是一种更加贴近自然本来面目，更能揭示自然内在结构的一种“真实”的几何学。

二、分形与建筑造型设计

现如今，建筑空间设计已被广泛地应用到分形理论中，所以，建筑的艺术鉴赏力也得到了很大程度的提高。从各大城市的建筑中就能够真切的感受到。在我国，古代的一些建筑和城市的设计师们已经对图形进行了深入介绍，并且阐述了分形原则和建筑的特点，所以，分形理论在现阶段受到了人们的高度重视。分形建筑在设计上更加容易进行操作，可先在宏观上进行观察和估计，然后再从微观上对其进行设计和分析，在这一过程中，需要采用许多种不同的手法加以进行。要从建筑分析的角度来对古代建筑和现代建筑进行全面分析和研究，找到他们所存在的相同点和不同点，从而相互借鉴。在对现代建筑进行设计时需要融入更多的设计原理，以提高建筑整体的新颖性。除此之外，还要对分形学科进行仔细研究和探索，找出建筑分形原理与建筑造型之间的关系，从而在对建筑进行设计时能够真正做到科学合理的使用它们，最终使建筑的整体更加美观和稳定。

三、建筑造型设计模块中分形原理的应用

建筑造型模块的设计是关键,利用分形理论在处理这方面工程的建筑设计中很好的体现了这点，在复杂的建筑设计中采用将需要删除的进行量化控制，同时也需要通过在建筑设计标准化建设的基础上，使建筑设计更加接近自然，才能让建筑设计更具有丰富的天然韵味。对形式和创新设计起指导作用的是后期造型设计，这让具有分形的建筑风格与周围的环境更和谐。建筑造型设计是建筑概念设计的一个重要组成部分。我们需要对建筑概念设计的仿生设计方法进行重点论述，其主要原因在于基于分形理论的仿生设计方法下通过分形理论和设计方法，以实现分形建筑造型创新。

其实现过程主要表现在以下几个方面:第一，并置。对尺度不同、外观相似的空间形体进行并置操作，是实现一个具有初步自相似群体的实现过程。在单体组成群体之间，它们既可以是简单的连接关系，也能是复杂的穿插关系。在自相似的条件下，偶然的群体往往能诱发更加丰富的空间特效。第二，嵌套。对空间尺度不同的对象采取相同或相似的重复的空间操作，以达到空间上的嵌套，无论是针对实体的操作、还是针对空间的本身和边界，其都是以空间自相似性的形成为目的。第三，拟态。拟态是一种模仿的方式。通过对自然空间分布的模仿，利用分形理论可以设计出符合自然规律的空间分布设计，同时也使得建筑设计更加的具有自然的气，将建筑形态模仿为天然的生长形态，尤其要模仿为有机体形态的生长过程，这也是自相似生成的一种办法。第四，划分。划分是对建筑空间的合理分布设计按某一规则对平面进行图案分割，对规则领域进行层层深入划分的过程，也是相似性的传递过程。利用分形理论中的几何内容可以对空间进行科学化、规范化的设计，从而提高了建筑设计的质量水平。

四、分形学在建筑造型设计上的应用探讨

建筑物的外观造型决定着建筑物外观的可观性，所以，设计好建筑物造型至关重要。假设一个建筑单体涉及到三个重要部分，即建筑地坪、建筑墙体及建筑穹顶，那么我们就将从这三方面结合分形学进行建筑造型：

1.建筑地坪的纹样设计

在建筑地坪的纹样设计中经常采用的方法是龟形图法，之所以被称为龟形图法是由于在建筑设计的计算过程中人们常采用三组向量依据乌龟行走的方式进行描述，并且设计相应的组合符号来表示行走角度等矢量，例如加号常用来代表乌龟的左转角度，减号则代表右转角度，斜杠与反斜杠分别代表绕H的左转及右转角度等。

2.建筑穹顶的设计

根据前人经验，人们常采用建模及计算机的辅助来进行建筑穹顶的相关设计，在设计过程中，常采用几何图形及立体空间内曲线方程作为理论依据，并参照一定的选点方式进行相应的探讨工作，在此过程中，我们可以将不同图形衍生出的不同分形特征的墙体结构作为穹顶的参选结构，也可以将形成的不同的穹顶结构作为后续的组装件，另外，我们还可通过将不同的立方体等体结构与衍生出的墙体结构进行组装与转换，根据一定的衍生规则组装成不同的墙体造型，我们还可以大胆地加入更多丰富的设计理念及思维，从而设计出全新的墙体造型，力求使得建筑物不同结构间界限更加清晰，并使建筑物造型设计易于控制，最终使建筑墙面的结合方式更自然，更具实用性与美观性。

3.建筑穹顶、建筑墙体与建筑地坪的组装

在组装过程中，首先我们需要确保组装程序的合理性，另外，我们主要采用可塑性强、自由发挥空间大的人工组装方式。首先，建筑设计师应根据建筑物要求的特色在内容丰富的构件库中选择适用的素材元素，根据不同的设计理念及设计要求构成多种生动、多样化的设计方案，在此过程中，建筑设计师不必绞尽脑汁地进行组合件的开发及设计，而只需要在组件库中选择合适的构件，建筑设计师需要依据经验对所要开展的设计、履行的设计方案有一个直观、感性的认识，同时在组装进程中可依据需求进行自由、循序渐进的调整，并在设计中期或是后期进行各个组件的修改或者更换。

综上所述，分形理论为建筑设计提供了新的有效方法，对于建筑造型来说，其在进行设计时，要特别注重分形设计的技术要点，并将其合理的应用到造型设计中，提高整体的设计效率，从而有效避免造型设计过于陈旧和简单。同时，设计者要将分形理论与建筑工程相结合，创新设计思路，从整体上提升分形建筑理论的实用性。

参考文献：

[1]刘弘，李焱.遗传算法在建筑概念设计中的应用[J].软件学报,2013，25.

[2]李效梅，黄颖星.复杂性科学与建筑[J].重庆建筑大学学报,2012，27.

[3]李薇，林佳青.限制条件下的建筑造型设计[J].泰州职业技术学院学报,2012(1).16.