朱村輝

摘要：非線性科學(xué)競(jìng)破了牛頓線性理論的復(fù)雜性科學(xué)，非線性空間并非是無規(guī)律的線性空間，它是一種連續(xù)流動(dòng)狀的形體。非線性建筑空間設(shè)計(jì)受到拓?fù)鋵W(xué)、褶子思想、模糊理論、混沌學(xué)、非標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)分析等學(xué)科的啟發(fā)。非線性建筑顛覆了歐幾里得幾何學(xué)和近代主義建筑學(xué)的舊俗，展開了一個(gè)動(dòng)態(tài)的時(shí)間與空間共存的流動(dòng)世界。

關(guān)鍵詞：非線性；空間形態(tài)；拓?fù)鋵W(xué)；建筑空間

一、線性與非線性的概述

線性是相對(duì)非線性而言的，是一對(duì)互為矛盾的概念；非線性是對(duì)線性的否定，線性是非線性的典型特例，但是在一定的條件下可以相互轉(zhuǎn)化。對(duì)于二者區(qū)別從四個(gè)角度進(jìn)行闡述，才能比較完整的理解它們相互關(guān)系。首先，從數(shù)學(xué)理論方面分析，線性是指量與量之間按照比例呈一次函數(shù)關(guān)系，表現(xiàn)出來的軌跡是直線；非線性不按照比例關(guān)系也不呈一次函數(shù)，其表現(xiàn)出來的軌跡是曲線。其次，從物理學(xué)方面分析，線性在物理變量間的位移軌跡是呈勻速直線的，變量間的變化率也是恒量規(guī)律；非線性的物理變量是不規(guī)則的、自由的曲線、動(dòng)態(tài)的流體空間。再次，從建筑學(xué)方面分析，線性空間是歐幾里得幾何空間的“疊加”與“重復(fù)”；非線性空間是當(dāng)下前衛(wèi)建筑空間的“續(xù)異性”和“突變性”。

二、非線性在建筑空間的目的和意義

非線性建筑產(chǎn)生于上個(gè)世紀(jì)60年代，是復(fù)雜性現(xiàn)象學(xué)科與建筑學(xué)科初探的碰撞。許多建筑師對(duì)非線性沒有概念，感覺是一種虛無縹緲的非線性形態(tài)建筑，因此，非線性形態(tài)建筑為出發(fā)點(diǎn)的建筑空間設(shè)計(jì)的例子幾乎是鳳毛麟角。由于受到拓?fù)鋵W(xué)、褶子思想、分形學(xué)、模糊理論、非標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)分析、混沌學(xué)等學(xué)科的影響；同時(shí)受到德勒茲“去中心學(xué)說”哲學(xué)思想的影響。非線性建筑形態(tài)的鵲起打破了經(jīng)典現(xiàn)代主義均值空間，改變了建筑師在創(chuàng)作過程中單一的設(shè)計(jì)理念，創(chuàng)造了具有時(shí)代感、前衛(wèi)建筑空間設(shè)計(jì)風(fēng)格。

當(dāng)今，信息技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)等諸多領(lǐng)域的迅速崛起，為非線性建筑空間的發(fā)展創(chuàng)造了一個(gè)新的世界觀，為建筑師的探索提供的更高的平臺(tái)。但是，非線性與建筑設(shè)計(jì)畢竟是邊緣性、復(fù)雜性和綜合性的學(xué)科，難免會(huì)帶來許多問題。為了解決諸多問題，因此，需要對(duì)建筑系統(tǒng)演化過程本質(zhì)認(rèn)知和揣摩需要有更深度的探究。如何更好的解決非線性在當(dāng)下建筑空間形態(tài)中運(yùn)用研究等相關(guān)問題？所以需要對(duì)相關(guān)哲學(xué)理論、幾何學(xué)、物理學(xué)、環(huán)境生態(tài)學(xué)、建筑結(jié)構(gòu)學(xué)等學(xué)科體系進(jìn)行深入的研究。并且結(jié)合自身典型案例進(jìn)行實(shí)踐，理性和客觀地為非線性建筑空間形態(tài)設(shè)計(jì)做出一套正確的方法和策略；提供具有實(shí)際意義的理論引領(lǐng)和指導(dǎo)；對(duì)清晰的了解當(dāng)下前衛(wèi)建筑形態(tài)知識(shí)，掌握建筑的主流設(shè)計(jì)有著主要的意義。

三、研究的方法

（一）文獻(xiàn)參考與案例剖析法

文獻(xiàn)參考法是根據(jù)研究目的，展開調(diào)研和閱讀大量的文獻(xiàn)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)資料，從而正確地、全面地對(duì)論點(diǎn)進(jìn)行論證的一種研究方法。本文主要是通過讀取非線性學(xué)科、邊緣性學(xué)科和復(fù)雜性學(xué)科相關(guān)文獻(xiàn)資料，把非線性和建筑空間形態(tài)相結(jié)合做出本質(zhì)性和系統(tǒng)化、深層次的理論研究。通過案例剖析對(duì)當(dāng)代建筑形態(tài)在結(jié)構(gòu)、藝術(shù)效果、材料分析進(jìn)行更客觀的認(rèn)識(shí)非線性在建筑空間形態(tài)的表現(xiàn)。

（二）歸納總結(jié)法

歸納總結(jié)法也是本文研究主要方法之一。由于非線性現(xiàn)象本身就具有特殊性和復(fù)雜性的特征，所以在研究過程中需要具有高度的歸納總結(jié)。非線性建筑空間這種復(fù)雜性和特殊性導(dǎo)致了在不同時(shí)期不同地點(diǎn)所表現(xiàn)的復(fù)雜性程度是不一樣的，所以必須要對(duì)該類進(jìn)行階段性的歸納梳理。這樣才能把建筑空間系統(tǒng)內(nèi)部特性關(guān)系進(jìn)行明晰的歸類認(rèn)識(shí)，有了清晰的認(rèn)識(shí)才能對(duì)非線性在建筑空間研究做出客觀性的評(píng)價(jià)。

（三）跨學(xué)科研究法

跨學(xué)科研究法，也稱“交叉研究法”。運(yùn)用物理學(xué)、幾何學(xué)、拓?fù)鋵W(xué)、混沌學(xué)等學(xué)科的理論、方法和成果從整體上對(duì)非線性在建筑空間進(jìn)行綜合研究?？茖W(xué)運(yùn)動(dòng)規(guī)律表明，學(xué)科與學(xué)科之間存在著即分化又綜合的辯證關(guān)系。

四、非線性建筑設(shè)計(jì)發(fā)展階段

數(shù)字化技術(shù)在建筑空間的運(yùn)用，為非線性的扭曲面、不確定性、多變性等諸多難以處理的問題都得到了解決。非線性建筑發(fā)展大致分為三個(gè)階段：1非線性建筑設(shè)計(jì)在沒有計(jì)算機(jī)輔助之前。建筑師在繪圖上面都是采用手繪和手工模型，在建造過程中建筑師需要到現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)工，而且工期時(shí)間很長(zhǎng)，預(yù)算成本出入較大。因此，非線性建筑在當(dāng)時(shí)建造的數(shù)量極少。2.探索階段。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的創(chuàng)始者是弗蘭克·蓋里（FrankOwenGehry），在他的作品中大量的運(yùn)用流線性曲面，對(duì)于施工方面有著極大的難度，面對(duì)這樣的困局，冥思苦想終于探索出利用高新科技與藝術(shù)相結(jié)合的道路，將飛機(jī)設(shè)計(jì)軟件CATIA運(yùn)用于建筑設(shè)計(jì)模型制作中，強(qiáng)大的曲面建模和數(shù)控技術(shù)讓弗蘭克·蓋里為建筑設(shè)計(jì)開啟了新的篇章。3.全面應(yīng)用階段。計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)運(yùn)算強(qiáng)大，不僅對(duì)非線性形態(tài)的形體進(jìn)行生成，而且在形態(tài)建造上有很強(qiáng)的制造技術(shù)。參數(shù)化編程設(shè)計(jì)技術(shù)、圖像的分析和數(shù)控技術(shù)，使建筑形態(tài)變得更加線性化，多樣化，復(fù)雜化。例如北京銀河SOHO的設(shè)計(jì)，整個(gè)建造形體都是使用流線型曲面，得益于NURBS造型技術(shù)，在修改曲面形狀只需要調(diào)整參數(shù)來控制造型設(shè)計(jì)效果。

五、非線性建筑空間形態(tài)設(shè)計(jì)的探索途徑

非線性理論對(duì)建筑空間形態(tài)設(shè)計(jì)影響是多方面，有弗蘭克·蓋里、艾森曼、哈德林等為代表的解構(gòu)主義。無論是物化了的建筑空間形式還是與復(fù)雜多變概念上的建筑空間形式，它都與幾何學(xué)、混沌學(xué)、新型材料學(xué)、環(huán)境生態(tài)學(xué)、分形理論、建筑結(jié)構(gòu)學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域有著重要的內(nèi)在關(guān)系。

（一）前沿學(xué)科研究角度探索

由于科技的進(jìn)步，建筑事業(yè)得到發(fā)展甚快，各種形式、各種風(fēng)格相繼涌出，非線性建筑形態(tài)發(fā)展也變得更加奇異，歸根結(jié)底離不開幾何學(xué)（Geometry）、拓?fù)鋵W(xué)（Topology）、混沌學(xué)（Chaos）對(duì)建筑的影響。幾何學(xué)是研究空間關(guān)系的數(shù)學(xué)分支，是研究拓?fù)淇臻g在拓?fù)渥儞Q下的不變性和不變量，也是當(dāng)前全球建筑學(xué)范疇探討最多之一的前沿?cái)?shù)學(xué)運(yùn)用。根據(jù)幾何學(xué)的基本原理，物體適當(dāng)縮放尺寸它的幾何形態(tài)結(jié)構(gòu)不會(huì)因此改變。許多建筑師通過這原理與建筑設(shè)計(jì)相結(jié)合，隨之產(chǎn)生出歐幾里得幾何學(xué)的非線性建筑形態(tài)設(shè)計(jì)。拓?fù)鋵W(xué)為建筑行業(yè)提出了具有邏輯性的空間思維方式。拓?fù)湫缘牟蛔兞亢筒蛔冃再|(zhì)是建筑學(xué)空間邏輯變化的基本方式，它的本質(zhì)是不討論兩個(gè)圖形是否全等性質(zhì)，但討論拓?fù)涞葍r(jià)性質(zhì)。比如：圓與橢圓、正方形與三角形、直線與曲線從拓?fù)鋵W(xué)角度分析它們是等價(jià)圖形?；煦鐚W(xué)，是研究混沌運(yùn)動(dòng)的一門新型學(xué)科?？茖W(xué)表明，它是由確定性內(nèi)因獲得隨機(jī)性的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，不受外因隨機(jī)性的影響。它具有突變性、分維性、標(biāo)度性、普適性的特征?；煦鐚W(xué)對(duì)建筑的影響還有另一方面，混沌學(xué)家常說：“混沌是打扮成無序的有序”，因此，它是一種復(fù)雜的高級(jí)有序。混沌學(xué)從復(fù)雜中發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)單，又從簡(jiǎn)單中找到復(fù)雜?；煦鐚W(xué)理論研究給當(dāng)下設(shè)計(jì)師對(duì)空間形態(tài)研究得到主要啟發(fā)。

（二）建筑結(jié)構(gòu)角度探索

從力學(xué)的角度看，建筑的結(jié)構(gòu)是支撐整個(gè)建筑物承受荷載的作用，它遵守牛頓的力學(xué)原理。在牛頓理解，直線受力比曲線受力簡(jiǎn)練是符合科學(xué)原理的。但是在非線性學(xué)家看來，曲線結(jié)構(gòu)才是正確的、柔美的。正是由于非線性學(xué)家的這些思想，創(chuàng)造出大量的非線性建筑結(jié)構(gòu)，如英國(guó)女建筑師扎哈·哈迪德設(shè)計(jì)的長(zhǎng)沙市梅溪湖國(guó)際文化藝術(shù)中心。

（三）美學(xué)角度探索

通過對(duì)建筑審美系統(tǒng)的分析，理解為建筑審美是建立在建筑美學(xué)價(jià)值基礎(chǔ)上的，而建筑美學(xué)價(jià)值又體現(xiàn)在對(duì)非線性建筑形態(tài)的表現(xiàn)。主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

1.建筑美學(xué)對(duì)建筑空間形態(tài)的科學(xué)性因?yàn)榻ㄖ淖钪饕δ苁鞘褂脙r(jià)值，所以要滿足科學(xué)性的范疇。建筑本身就是一門藝術(shù)，區(qū)別與其它的藝術(shù)門類，就是因?yàn)樗哂锌茖W(xué)屬性。建筑同樣具有與其它藝術(shù)的“通性”，那就是有與其它藝術(shù)共同具有的審美屬性。如沃爾夫·狄·普瑞克斯（WolfD. Prix）設(shè)計(jì)的寶馬世界，運(yùn)用高科技與建筑美學(xué)相結(jié)合，以扭曲的鋼架構(gòu)造展現(xiàn)形態(tài)美，詮釋了寶馬品牌的飛機(jī)螺旋槳品牌形象。

2.建筑美學(xué)對(duì)建筑空間形態(tài)的多元性由于文化、氣候、生活方式以及審美的差異，造成了建筑空間形態(tài)設(shè)計(jì)的多元性。不同的角度對(duì)建筑形態(tài)的審美價(jià)值有不同的看法，審美價(jià)值多元性使得建筑審美沒有一個(gè)評(píng)判的標(biāo)準(zhǔn)。不過各界人士根據(jù)自己對(duì)建筑的審美標(biāo)準(zhǔn)找到對(duì)應(yīng)的滿足。

六、非線性下建筑空間形態(tài)的表達(dá)

（一）非線性下建筑空間形態(tài)的表達(dá)手法

1.無序與有序的手法

非線性對(duì)建筑空間形態(tài)需要辯證的看待。在分析建筑形態(tài)表達(dá)的時(shí)候首先就是對(duì)空間“無序設(shè)計(jì)的有序設(shè)計(jì)”，從邏輯學(xué)角度說無序是不可能達(dá)到真正意義上的審美效果的。因此，實(shí)際上非線性的建筑空間形態(tài)設(shè)計(jì)體現(xiàn)出來的應(yīng)該是無序中有序的平衡。這種無序中有序的空間表達(dá)是當(dāng)代建筑空間形態(tài)設(shè)計(jì)中以一種母題式出現(xiàn)的，恰恰利用這特殊的表達(dá)形式增強(qiáng)了建筑形態(tài)藝術(shù)效果。例如北京鳥巢，在設(shè)計(jì)中將無序的內(nèi)涵在空間秩序的有序中表現(xiàn)出來?？臻g形態(tài)設(shè)計(jì)的革新與哲學(xué)相關(guān)聯(lián)，這種設(shè)計(jì)突破了赤裸裸的有序邏輯，取而代之的是無序空間結(jié)構(gòu)表現(xiàn)有序空間，這種雙重的空間表現(xiàn)讓非線性空間得到一種可以識(shí)別的有序的詮釋方法。

2.平滑混合與柔和的手法。

平滑混合和柔和是曲線結(jié)構(gòu)對(duì)優(yōu)化建筑形態(tài)設(shè)計(jì)的一種表達(dá)形式。運(yùn)用拓?fù)淦交茉炜臻g，各異質(zhì)要素之間與空間界面相互融合，消解了空間與空間之間的界面。這一理論來自于德勒茲的哲學(xué)思想，提出的“光滑空間”，它是一種自由的、無拘束的，無等級(jí)邊界的空間思想。例如，扎哈主持修建的阿利耶夫文化中心（HeydarAliyevCentre），它是一個(gè)綜合性建筑，包括有博物館、圖書館、會(huì)議中心等。扎哈的靈感來自于伊斯蘭本地的歷史文化與藝術(shù)花紋相結(jié)合，設(shè)計(jì)出一種非線性建筑，與有機(jī)曲面形成內(nèi)部平滑的整體空間，外部高聳平滑與柔和的大曲面形態(tài)，完全消解了“墻面”“地面”“頂面”，模糊了建筑空間的維度。

3.變形的手法

在這里的“變形”與我們?nèi)粘Ｉ钏斫獾淖冃胃拍钍遣煌?，日常所理解的變形概念是指從一種形狀變成另一種形狀，類似于從長(zhǎng)方體變成圓柱體或是圓錐體的概念。這變形的結(jié)果雖然與本文所論述的變形一樣，但是變形的原理和過程迥然不同，本文設(shè)計(jì)涉及到的“變形”，是指一種哲學(xué)思想，是一種德勒茲理論中的變形，也是觀念上抽象的變形概念。變形的建筑空間結(jié)構(gòu)形成的非線性是當(dāng)代前衛(wèi)建筑設(shè)計(jì)師追求的設(shè)計(jì)主題之一。變形建筑空間在力的作用下直接發(fā)生了幾何關(guān)系和物理關(guān)系，增加了新的表象特征；如橫面、縱面、側(cè)面彎曲變形和扭曲變形之間的相互耦合，導(dǎo)出了空間的大轉(zhuǎn)變彈性變形。一些建筑師運(yùn)用“變形”的手法，改變?cè)袀鹘y(tǒng)的歐幾里德幾何“方盒子”建筑形態(tài)，抹去了建筑原型鋒利的菱角，使整個(gè)建筑形態(tài)有圓滑的弧線和柔化的邊沿，使“頂”、“地”和“墻”形成了無縫隙的完美建筑形態(tài)。體塊與體塊之間把內(nèi)部的中庭空間與外界空間相連接相互融合，這樣的設(shè)計(jì)其實(shí)是將內(nèi)空間與外部環(huán)境結(jié)合成一個(gè)有機(jī)整機(jī)。例如，對(duì)莫比烏斯環(huán)進(jìn)行拓?fù)渥冃?，形成立體的阿拉伯?dāng)?shù)字“8”，形成一個(gè)扭曲的起伏的線性空間。利用這個(gè)原理運(yùn)用到建筑空間設(shè)計(jì)中，這樣塑造出一個(gè)多維的流動(dòng)、連續(xù)、無限的空間，莫比烏斯環(huán)的魔性在于它是無盡循環(huán)的路線，假如一只螞蟻沿著面走，永遠(yuǎn)也走不到盡頭。

（二）非線性下建筑空間形態(tài)的表現(xiàn)形式

1.流動(dòng)曲面

非線性建筑形態(tài)從造型上看給人一種強(qiáng)烈的動(dòng)勢(shì)，它與雙曲線，拋物線，自由曲線，螺旋曲線密不可分。在建筑中自由曲面建構(gòu)，打破了傳統(tǒng)的方盒子建筑模式，建筑空間呈現(xiàn)一種更為豐富多樣的形態(tài)。如SOHO建筑形態(tài)，整個(gè)建筑群采用流動(dòng)曲線包裹，完全體現(xiàn)出非線性建筑空間形態(tài)流動(dòng)曲面。銀川美術(shù)館以流動(dòng)的褶皺肌理曲面還原千年地貌的變化，流暢、優(yōu)雅的曲面實(shí)現(xiàn)建筑空間形態(tài)有機(jī)的、自然的、非線性的大自然面貌，展現(xiàn)出非線性的藝術(shù)魅力。

2.折疊融合

“折疊”實(shí)際上是一種整體空間發(fā)生了“不可思議”的形態(tài)變化，表達(dá)形式也有著獨(dú)特性。通過“折疊”的手段在空間上出現(xiàn)了一種奇特的折疊觀感，讓人感到對(duì)“折疊”構(gòu)造產(chǎn)生好奇，打破了現(xiàn)代主義建筑的絕對(duì)水平與垂直。在內(nèi)部形態(tài)與外部形態(tài)之間不再是獨(dú)立的出現(xiàn)，而是相互融合，相互折疊混為一體。在“折疊”融合的作用下重力對(duì)于體量似乎也被消解，空間與空間之間的隔閡也被消化了；例如瑞士盧米諾別墅設(shè)計(jì)利用自由折疊方式“六面體定式”實(shí)現(xiàn)了折疊結(jié)構(gòu)感和空間感的建筑空間形態(tài)。如同畢加索的繪畫一樣，將建筑的基本形體碎化成互相連接的塊面。這樣的空間設(shè)計(jì)，無法辨別地面與墻面之間、立面與頂面之間存在明確的界限；在室內(nèi)同樣看到的是建筑面塊的不同空間和景象，但是這種空間形態(tài)保持著一種連續(xù)性。

七、結(jié)語(yǔ)

本文通過對(duì)非線性在建筑空間形態(tài)設(shè)計(jì)分析可以得出，非線性對(duì)當(dāng)下的建筑設(shè)計(jì)影響甚大。隨著數(shù)字化信息的到來，更多的建筑形態(tài)趨向于多元性、模糊性、動(dòng)態(tài)性的非線性形態(tài)發(fā)展。在新時(shí)代的背景下，新的科學(xué)理念和世界觀打破了傳統(tǒng)的“方盒子”建筑模式，給建筑注入了新的生命力。非線性建筑空間是歷史的產(chǎn)物，相比傳統(tǒng)間建筑空間的線性思維，非線性建筑空間設(shè)計(jì)是全新的，甚至是顛覆性的，它融合了幾何學(xué)、物理學(xué)、哲學(xué)理論等其它復(fù)雜性學(xué)科為理論依據(jù)，給人們以本質(zhì)上新的認(rèn)識(shí)和新的思考視角。

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