分形在建筑造型設計的應用

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摘要:隨著城市化的不斷推進和城市規(guī)模的不斷擴大，城市中建筑設計也越來越新穎，越來越多樣化。這與分形理論和相關(guān)技術(shù)在建筑設計中的應用是密不可分的，因此，我們在建筑設計時要注重分形技術(shù)的應用，只有這樣，才能不斷推進建筑設計行業(yè)的不斷健康、穩(wěn)步、快速地發(fā)展和壯大。本文探討了分形在建筑造型設計中的應用。

關(guān)鍵詞:分形;建筑造型設計;應用

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，我國的建筑行業(yè)也呈現(xiàn)出高速發(fā)展的態(tài)勢，在當前的建筑建設過程中，分形是建筑造型設計中常用的一種建筑技術(shù)，隨著該技術(shù)的在建筑工程中的發(fā)展應用，使建筑的形象和外觀得到了大幅度提升。

1分形學的定義及其產(chǎn)生背景

1．1分形學的定義

分形學也被人們稱之為分形幾何學，它是一門以非規(guī)則幾何結(jié)構(gòu)為基礎的幾何學科。目前，在自然界中，不規(guī)則現(xiàn)象一直是普遍存在的，因此，也有許多人將分形學認為是以大自然為核心內(nèi)容的幾何學科。然而近年來在我國建筑行業(yè)發(fā)展的過程中，人們對也逐漸認識到了分形學的重要性，因此就將其廣泛的應用到了建筑設計當中，這樣不僅很好的滿足了當前現(xiàn)代建筑設計的個性化特點，還充分的體現(xiàn)了出了建筑設計的藝術(shù)美感。

1．2分形學產(chǎn)生的背景

分形學其實就是非線性科學中的一種，它在實際應用的過程中，主要是以自然界中一些非規(guī)則性的幾何形態(tài)為基礎，在人們的理念研究分析下創(chuàng)造而來的，因此它在使用時就具有破碎和不規(guī)則這兩個方面的特點。在當前我國現(xiàn)代數(shù)學發(fā)展的過程中，分形理念的相關(guān)內(nèi)容也成為了其中重要的主持部分，而且隨著時代的不斷進步，也將分形學的內(nèi)容應用到各個領域當中。

2建筑造型設計模塊中分形原理的應用

建筑造型模塊的設計是關(guān)鍵，利用分形理論在處理這方面工程的建筑設計中很好的體現(xiàn)了這點，在復雜的建筑設計中采用將需要刪除的進行量化控制，同時也需要通過在建筑設計標準化建設的基礎上，使建筑設計更加接近自然，才能讓建筑設計更具有豐富的天然韻味。對形式和創(chuàng)新設計起指導作用的是后期造型設計，這讓具有分形的建筑風格與周圍的環(huán)境更和諧。其實現(xiàn)過程:①并置。對尺度不同、外觀相似的空間形體進行并置操作，是實現(xiàn)一個具有初步自相似群體的實現(xiàn)過程。在單體組成群體之間，它們既可以是簡單的連接關(guān)系，也能是復雜的穿插關(guān)系。在自相似的條件下，偶然的群體往往能誘發(fā)更加豐富的空間特效;②嵌套。對空間尺度不同的對象采取相同或相似的重復的空間操作，達到空間上的嵌套，無論是針對實體的操作、還是針對空間的本身和邊界，其都是以空間自相似性的形成為目的;③擬態(tài)。將建筑形態(tài)模仿為天然的生長形態(tài)，尤其要模仿為有機體形態(tài)的生長過程，這也是自相似生成的一種辦法;④劃分。劃分是按某一規(guī)則對平面進行圖案分割。對規(guī)則領域進行層層深入劃分的過程，也是自相似性的傳遞過程。

3分形在建筑造型設計中的應用

3．1建筑地坪的紋樣設計

在建筑地坪的紋樣設計中我們采用龜形圖法，即L－Sys-tems算法進行分形圖的生成設計。之所以被稱為龜形圖法是由于在計算中我們采用三組向量依據(jù)烏龜行走的方式進行描述，其中H代表前行，L代表向右行走，U則表示向上方行走，同時三者之間的關(guān)系用H×L=U來表示，而烏龜?shù)膭討B(tài)行走狀態(tài)則可用三維六元組進行表述。即增加x，y，z表述烏龜?shù)膭討B(tài)坐標而烏龜?shù)男凶叻较騽t由旋轉(zhuǎn)矩陣表示為(H1，L1，U1)=(H，L，U)R。同時，在該算法中為了令烏龜行走的控制轉(zhuǎn)向定義更便利，我們可設計一些自主定義符號，例如加號代表烏龜?shù)淖筠D(zhuǎn)角度，減號則代表右轉(zhuǎn)角度，斜杠與反斜杠分別代表繞的左轉(zhuǎn)及右轉(zhuǎn)角度等。接著我們依據(jù)地坪生長規(guī)則及其算法確定的生成流程進行合理的紋樣設計。我們可沿用科學的地坪建筑設計思想在三維的環(huán)境中進行循序漸進的流程式設計，并構(gòu)建出豐富多樣的地坪設計方案，將其納入計算機構(gòu)件庫中形成豐富的參考資源，便于設計師們進一步擴充與信息共享的參考使用并使設計效果更加豐富多樣、靈活美觀，達到最佳的可視化效果。例如我們可首先利用公理進行龜形起點及其初始角度的確定，并通過賦予ID不同數(shù)值、合理進行生成改寫及數(shù)次迭代，從而實現(xiàn)建筑地坪的多樣設計，ID的取值與迭代次數(shù)的遞增可設計出不同規(guī)則，分布均勻的地坪圖形實現(xiàn)較好的設計效果。

3．2建筑穹頂?shù)目茖W設計

在建筑穹頂?shù)南嚓P(guān)設計中我們主要采用建模及其計算機的輔助設計方式，用幾何分形及立體空間的曲線方程作為理論依據(jù)并按照相應的選點規(guī)則進行深化設計探討。在該方式中我們可將生成的具有不同分形特征的幕墻結(jié)構(gòu)作為單體建筑的穹頂，井將其組合生成的不同曲面穹頂類別存于構(gòu)件庫之中以便后續(xù)的合休組裝。另外我們還可通過合理的立方體初始元墻體衍生方式在遵循相關(guān)規(guī)則的前提下進行不同階層的轉(zhuǎn)換?；趬w衍生的無限次套用組裝規(guī)則我們可運用豐富的設計思維展下自由的想象，從而設計出全新的墻體造型，力求分割界限的清晰，并使造型設計易于控制，令建筑墻面的結(jié)合方式更自然，更具實用性與美觀性。

3．3分形設計中穹頂、墻體及地坪的合理組裝

在合理的組裝過程中我們主要采用可塑性強、自由發(fā)揮空間大的人工組裝方式，首先設計師可在內(nèi)容豐富的構(gòu)件庫中依據(jù)建筑特色選擇適用的素材元素，構(gòu)成生動、多樣化的設計方案，該類組合庫選的組裝優(yōu)勢在于設計師不必勞費過多的經(jīng)歷進行開發(fā)設計，而是可依據(jù)自身積累的豐富經(jīng)驗對所要開展的設計、履行的設計方案有一個直觀、感性的認識。同時在組裝進程中可依據(jù)需求進行自由、循序漸進的調(diào)整，因此較適用于傳統(tǒng)的設計方式及設計領域。在不同元素的比較組合中組合方案體現(xiàn)了變換多樣的特色，因此為了凸顯其組合方案的優(yōu)勢及明顯特征并更進一步簡化組裝操作，我們可利用可視化環(huán)境的計算機模擬手段為組裝提供有力的參考依據(jù)，在資料庫提供的線框圖及透視圖的合理指引下，建筑設計師可較為客觀的評價建筑設計元素并選擇最合理的設計方案構(gòu)建豐富多樣的設計結(jié)構(gòu)。

4結(jié)語

總之，在現(xiàn)代社會的建筑企業(yè)之中，使用怎樣的方式來創(chuàng)新建筑的造型并且對提高建筑企業(yè)的核心競爭力已經(jīng)成為了現(xiàn)代建筑企業(yè)發(fā)展的動力源頭。

參考文獻

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［3］李娜，佟建陽．小城市建筑造型設計［J］．黑龍江科技信息，2010(07)．

作者:王宇 單位:成都惟尚建筑設計有限公司