非线性建筑设计研究

非线性建筑设计研究

姚灯

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摘要：本文在以往的几个非线性建筑工程案例中，在设计方法上进行了一些探索和研究。从方案设计方法、施工图设计程序、设计成果三个方面总结非线性建筑设计与传统建筑设计的区别。

关键词：非线性； 建筑设计； 研究

作为当代建筑的重要类型和城市形象的主要载体，商业建筑的形象不仅包括材料、形式、比例、色彩等外部因素，更重要的是强调人的参与意识，包括人的审美和人的智力。

商业建筑外观设计的具体手法主要包括：历史的活化，即提炼古典建筑造型及细部并加以运用；个性的创造，即尽量标新立异从而吸引顾客；高技倾向，即以结构形式、设备、材料等为内容的新手法；受波普艺术的影响而风行的卡通设计手法和卡通艺术形式被引入商业建筑设计中；从传统美学偏离出来而表现出“残破”、“怪诞”、“无序”的倾向，并对传统美学观念和等级制度进行彻底颠覆。

受当今以传媒和电子技术为核心的视觉文化的影响，当代商业建筑形象越来越多地表现出视觉媒介化特征。在这种影响下，当代商业建筑形象越来越多地表现出大众化、流行化、透明化、影像化和体验性的新特征及新方向。

一、参数化建筑设计概述

非线性参数化建筑设计就是将建筑设计看做一个复杂系统，把各种因素当做参数（变量），并建立起各种需要的条件规则，进而建立参数化模型，通过改变参数的值，获得多种设计解决方案。

非线性参数化建筑设计元素不再固化在圆柱、方块、球体等，它有更大的灵活性，参数化模型的建筑元素形态不满足线性叠加原理的性质，建筑设计通过建筑师设定的参数，通过电脑脚本语言，形成具有内在数学逻辑关系的形体，由于设计师设定的各个参数与规则之间是一个动态稳定结构，因而建筑也会呈现出一种超越经典欧几里得几何体系的非线性体量。

非线性参数化设计是目前当代建筑设计中的颠覆性手法，从早期的毕尔巴鄂古根海姆博物馆，辛辛那提阿罗诺夫中心，到中国国家体育场主体建筑“鸟巢”，广州歌剧院，银河SOHO，非线性参数化建筑设计，带来了一场新的建筑运动，并将影响深远。从以下案例中可以看到Frank O. GehryMassimiliano Fucsas，UNstudio，Benoy，等当代重要建筑师（建筑所）运用参数化模型进行商业建筑设计的实例。

二、方案设计方法：

1 建立第一版模型。先确立设计概念，绘制出关键的辅助线和确立模型用的主要线条，利用辅助线和主要的结构线条生成模型，根据反复调整，反复推敲，确立初步模型体块。

2 根据第一版模型绘制出各层平面图。当体块模型满足初步判断效果的前提下，按照功能要求排布出相应的平面图。如有模型不能满足功能要求的情况出现时，调整模型以满足平面功能。

3 根据平面重新推敲模型 。根据绘制好的平面，重新调整模型，确保满足功能的前提下做到美观。反复调整平面与模型，直到达到最终满意的效果。

三、施工图设计过程：

传统建筑设计过程：建筑专业绘制好平、立、剖面图→结构、设备、电气专业→ 幕墙、精装修等深化设计→建筑、结构、设备、电气专业。

非线性建筑设计过程：全专业同时进行。

根据结构专业计算结果，将梁、板、柱按实际尺寸搭建三维模型。 体会真实空间关系及细节构造。

复杂空间，通过三维模型检查梁、板、柱交接是否 正常，结构构件尺寸是否符合建筑空间要求。 通过三维模型构件比例关系，控制特殊构件的尺寸。

设备、电气专业通过模型检查管线高度是否合理；沿外墙设置的设备，空间是否满足安装要求。 精装修设计通过三维模型清楚了解空间形态，精确设计。

体型控制：由外至内

设计期间幕墙厂家提前 配合，通过构造节点做法，确定主体结构与幕墙 之间安装空间尺寸。大跨幕墙体系需钢结构专业进行龙骨尺寸计算。 整个体型控制室由外向内控制，使外立面个转角处幕墙分格缝能精准对缝，保证外立面效果。 通过模型各个角度的剖切，取得准确平、立面二维数据。

四、设计成果：

传统建筑设计成果：平面图、立面图、剖面图、设计说明、详图大样等。

非线性建筑设计成果：平面图、立面图、剖面图、设计说明、详图大样、立面展开图、特殊部位轴测图、三维模型。

1 、平面图表达方式的不同： 传统建筑的平面图为距楼地面1200mm高处的水平剖切的俯视图，目的在于体现门窗洞口的位置及尺寸。 非线性建筑因外围护结构非垂直地面，不同高度处的外轮廓均不同。故平面图选择楼板标高处剖切图。目的是反映实际的楼板结构的外轮廓形状及位置。 因外门窗洞口错落复杂，门窗洞口位置及尺寸不在平面图中表达，通过立面展开图表示。 此表达方式的目的在于准确的指导施工。

2、立面展开图：

立面图仅为东、南、西、北四个方向的投影，不足以表达幕墙分格、门窗洞口的真实尺寸。以绘制正立面展开图的方式表达以上信息。 在立面图中标注各个转角点的标高，以三维方式确定转角点的位置。 在立面图中将每一个转角点进行编号。作为立面展开图的识别标识。以立面图中转角点编号为标识，分别绘制各个方向立面展开详图。在此详图中明确幕墙分格尺寸、龙骨布置方式及定位、外门窗洞口编号、尺寸及定位。

3 、轴测图：

特殊部位二维详图无法表示清楚时，可在三维模型中截取节点轴测图作为施工辅助参考图，更直观表达空间关系。

4 、三维模型作为施工图成果：

设计过程中作为辅助工具的三维模型可提供精确的数据信息，所以，该三维模型可作为最后成果，提供给施工单位，作为施工参考。 同时可提供给幕墙厂家作为深化设计条件。幕墙厂家在施工图过程中便可进行深化设计，在施工图设计过程中及时反馈将优化调整意见。以进一步完善施工图成果。

5 、三维模型的其他作用：

1）面积计算： 非线性建筑由于形体非常规体型，可能会出现斜墙面下面的空间面积无法在平面上直观反馈出来。 所以需要在模型中提取净高2.2m，1.2m所在高度的轮廓线。计算相对应平面的面积。

节能计算： 在斯维尔节能计算软件中搭建出模型的大致体块模型。 在犀牛软件中利用搭好的精细模型，算出体形系数，窗墙比，以及门窗尺寸及个数等等，反馈的节能计算表中。根据犀牛软件中计算出的数据，完善节能计算软件中的模型，进行节能计算。

五、软件应用：

目前，传统建筑设计主要应用软件： Auto CAD （天正）

常用三维模型软件主要有：Sketchup 犀牛软件 （Rhino） 3Dmax等

非线性建筑设计软件：Auto CAD （天正）+ Sketchup或犀牛软件 （Rhino）

结束语：

未来： BIM设计软件的将大面积推广。BIM软件可建立精准的三维模型，且可赋予准确的数据信息。在一定程度上可由一个软件代替现有二维、三维两个软件。 据了解，如极为复杂的非线性形体，BIM软件的三维功能也无法支持，将仍需要专业的三维软件作为辅助。

所以，此二维+三维的工程设计方法，无论是在目前以CAD二维设计软件为主导设计软件的条件下，还是在以BIM为主导设计软件将来，都将是非线性建筑设计中一种非常有效的设计方法。

我相信，继设计丢掉图板进入电脑设计时代之后，非线性建筑的二维+三维的空间设计方法势必会成为建筑设计领域的又一次重大改革。

参考文献：

[1] 虞春隆.数字技术在建筑设计中的运用[J]. 华中建筑. 2007(09)

[2] 杨少林,杨少萍,高庆.当建筑遭遇数字化[J]. 山西建筑. 2010(25)