从“师法自然”到“算法自然”———分形法则在建筑设计中的运用摘要:分形几何及其理论是重新认识建筑现象和评价建筑设计方法的新工具。本文以分形理论在建筑设计中的几个运用案例分析为出发点,探讨了从感性的“师法自然”到理性地运用分形理论的“算法自然”的必要性。关键词:师法自然分形几何设计方法论现代建筑中图分类号:TU-021文献标识码:A文章编号:1004-6135(2010)11-0011-04Fromnaturetofractal-theapplicationoffractalgeometryinarchitecturaldesignLinQiuda(XiamenHordorArchitecture&EngineeringDesignGroupCo1,Ltd.361004)Abstract:Fractalgeometryandtheoryisanewrationaltooltore-understandandre-evaluatethearchitecturaldesignmethodol2Keywords:LearnfromNatureFractalgeometryModernarchitectureDesignmethodology千变万化的自然现象是人类一切创作灵感的无尽源泉。中国的传统美学崇尚“师法自然”,传统园林造景以及山水书画的立意更努力从自然的法则中萃取灵感的精华,其神其意都以合乎自然为上。然而在分形几何学产生之前,人们一直无法以一种可概括的科学法则来解释自然形体的生成规律及其看似复杂的外表现象,只能感性地欣赏自然灵动之美,赞叹于造物的神奇而无法洞窥其背后的玄机。直到分形几何作为非线性数学的一个分枝出现,才开始引导人们以数学和理性的眼光去了解大到自然山川,小到花草树木,上至变幻的浮云,下到蜿蜒曲折的海岸线形态中隐藏的分形踪影和数学逻辑。(图1)例如图1中优美的树叶形态的形成,完全可以从一个简单的1∶2长方形通过多次缩放迭代形成“自我相似”多边形的方式得到。因为遵循了自我相似的原则,以最简单的规律衍生出复杂而富于变化的整体形态,因而分形形体是和谐而统一的,是美的。在设计领域,被自觉或不自觉运用的分形法则其实无所不在。我们最司空见惯的“复制”“,群落”等基本的设计手法,其实就是自我相似的一种最简单的形式表现。然而,分形绝对不是简单的重复,也不是单纯的对相似几何形进行镜像、旋转、阵列等图形变化。如同一棵树上的叶子,因为年份,位置等的不同,绝不会有两片完全相同的叶子一样,自我相似的物体受自图1约,存在着各种为适应环境而产生的变异。在设计中对分形原则的运用,必须理解相似形体变化背后各种“外力”的制约,才能真正做到形神兼备,体现“师法自然”的韵味。和纯粹感性的“师法自然”不同,算法自然并不是纯形式上的仿生,而是一种基于数学原理以及几何算法的严谨设计过程。柯布西耶非常崇尚自然的灵动和数学的严谨相结合所产生的理性之美,在谈到模度(modulor)时他更感言“:整体正是由于数学的统一而获得了生命”[1],并且反复将他的建筑与树形的和谐统一之美相比较,在他的作品中就存在的大量符合分形原理的例子如马赛公寓立面的韵律变化等“黄金分割作者简介:林秋达,男,建筑专业设计院总建筑师。收稿日期:2010-09-01·12·2010年11期总第149期林秋达·从“师法自然”到“算法自然”许幻想,规定了自下而上的整体姿态。这大厦高达150m,百密而无一疏,和谐渗透每一个局部,任何于我们感官的不协调都成为不可能。”(阿尔及尔马林区规划,1938～1942年)[1](图2)(图3)。悉尼歌剧院的设计者约翰1伍重(JørnUtzon)的“加法建筑学”(additivearchitecture)理论也仍然着重于自然韵律感和数学美感的完美结合。悉尼歌剧院进行多次旋转变换,并且根据功能需求,结构强度,视觉密度等制约因素进行分形结构的自适应调整,形成了类似分枝状的结构体系。(图6,7)这种视觉上看似及其复杂的“自然”形体其实可以从以下非常理性的几何变形操作中得到(图6):从一个正方形的角点连接对边中点,形成一个边长为1∶2的直角三角形,再连接这个直角三角形直角长边和斜边的中点,可以形成一个和原始三角形比例为1∶2的相似直角三角形,以此类推,这个二维图形自我分解的过程可以不断持续,形成一序列自我相似的三角形。这些三角形通过不同方式的旋转,缩放平移等操作,形成了一种类似于树杈分支状的可重复拼贴单元,这些单元构成了下一步继续操作的基础。图2图3细部构造,表面机理等等的构思来源都得益于球面分割和弧线自我相似形所带来的整体感,创造了分形几何...