基於鑲嵌幾何學原理的建築面層與結構形態設計研究

《基於鑲嵌幾何學原理的建築面層與結構形態設計研究》是依託浙江大學，由王暉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於鑲嵌幾何學原理的建築面層與結構形態設計研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：王暉
• 項目類別：面上項目

項目摘要

面層形態與結構形態設計是當代建築創作的兩個重要方面，但在實踐中經常面臨兩個問題：一是如何在邏輯體系的幫助下進行形態選擇和創新，二是如何以合理、高效的方式實現複雜形態。作為研究平面圖形或空間形體無縫隙、無重疊拼接的組合規律的數學分支，鑲嵌幾何學對解決以上問題具有獨特優勢，但目前還缺乏系統化的套用研究。 本項目依託平面與空間鑲嵌的基本原理和模式，從幾何學邏輯體系和建築案例分析兩方面入手，探索其在建築設計中的一般套用範疇、規律和設計方法，並研究模件化設計技巧。主要內容包括平面鑲嵌模式在面層設計中的轉化、多面體鑲嵌模式與結構形態設計、基於平面-空間維度轉化的形態創新等。預期成果包括開放性設計方法體系的建立、規律總結和潛力分析，以及相應設計軟體的外掛程式開發。研究成果將為建築創作提供一個系統化的理性思維工具和進一步拓展的平台，有助於拓展創新思維、最佳化設計成果，在建築設計和建築教育方面有直接的套用價值。

結題摘要

幾何學中的鑲嵌是指平面或空間形體進行無縫隙、無重疊平鋪和堆砌。對鑲嵌問題的研究始於19世紀並逐漸形成了較完整的幾何體系。鑲嵌原理在建築設計、裝飾設計方面有重要的套用價值，特別是有助於以較少類型的模件實現複雜性設計效果，提高技術經濟效益。基於以上背景，本研究率先明確提出依託鑲嵌幾何相關原理，探索複雜性表皮與結構形態的創新設計方法。 本研究從鑲嵌幾何基礎理論出發，對相關學理問題進行了辨析，澄清了過去一些模糊認識；系統梳理了平面鑲嵌和空間鑲嵌的基本模式和類型層級，對既有案例進行了套用分析，歸納了設計轉化的主要手法；基於“維度轉化”思想討論了拉伸、扭轉、包裹等“升維”操作，重點討論了“降維”操作里的剖切法和投影法等複雜性圖形生成方法；探索了控制複雜圖形周期性和取模件的方法。 主要研究成果：1.通過跨學科研究，指出晶體幾何存在“基於單一構成單元”的前設條件，在設計套用方面有一定的局限性，澄清了既往研究將晶體幾何原理套用於鑲嵌幾何的誤區；2.系統整理了周期性與非周期性、準周期性平面鑲嵌圖形和規則空間鑲嵌組合模式，重點對建築設計中的常用模式進行了分析，總結了相關歷史經驗和在當代建築設計中的一般套用方法。3. 以規則凸多面體鑲嵌為基礎，運用剖切法進行建築表皮形態的創新設計，能快速生成大量平面圖形、新型平板剛架形態乃至多面體形態等，初步對比了與傳統網架結構的性能差異；4.運用“表面定距法”控制剖切生成的表皮形態的周期性，使設計者能對生成結果進行預判，提高操作效率；5.研究了分別從節點、桿件和單元面三種不同角度選取模件的方法，用較少類型的模件實現複雜性效果，總結了處理基礎模件以拓展新形態的方法。 本研究基於新幾何學體系，從邏輯演繹和案例歸納兩方面總結創新設計方法，獲得大量新認識。研究成果具有系統性和較強的操作性，經實踐檢驗能夠直接套用於建築設計、景觀設計、裝飾設計乃至印染設計等方面，並服務於設計教育。