分形在建筑造型设计中的应用探讨

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　　摘要：为了满足人们对建筑行业的个性化要求与美学要求，全体的建筑工作者在不断地改进各种施工技术，完善原有的建筑理论体系，并引入全新的设计理念。分形学与建筑学的融合就是一个新技术，也是一项可圈可点的进步.分形在建筑造型中的良好运用，既实现了建筑自身外形的提升，也完成了建筑与周围环境的协调统一，为城市的现代化建设锦上添花。分形在建筑造型中的应用，是实现现代建筑行业蓬勃发展的一项重要任务。
　　关键词：分形;建筑造型;应用;设计
　　引言：在市场经济不断发展的过程中事实上也推动了建筑行业的发展，这使得建筑设计正朝着多样化、多功能化方向发展，同时也涌现了一批独特迥异的建筑风格，在这种背景下给建筑设计师既带来了灵感以及发挥空间，又带来了巨大的挑战。在建筑造型设计中分形愈来愈受到重视，通过将分形理论应用到实际建筑设计当中可让建筑与自然环境相契合并使得建筑趋于自然形态，另一方面能够促进建筑功能属性与自然环境吻合，从而获取具有说服力的建筑形态。总之分形在建筑造型设计过程中发挥了至关重要的作用，设计人员应当灵活运用分形理论使得建筑设计质量达到更高的层次，在分形技术的推动下建筑行业必然将得到新的发展动力。
　　一、分形学的定义及其产生背景
　　1.分形学的定义
　　分形学也被人们称之为分形几何学，它是一门以非规则几何结构为基础的几何学科。目前，在自然界中，不规则现象一直是普遍存在的，因此，也有许多人将分形学认为是以大自然为核心内容的几何学科。然而近年来在我国建筑行业发展的过程中，人们对也逐渐认识到了分形学的重要性，因此就将其广泛的应用到了建筑设计当中，这样不仅很好的满足了当前现代建筑设计的个性化特点，还充分的体现了出了建筑设计的艺术美感。
　　2.分形学产生的背景
　　分形学其实就是非线性科学中的一种，它在实际应用的过程中，主要是以自然界中一些非规则性的几何形态为基础，在人们的理念研究分析下创造而来的，因此它在使用时就具有破碎和不规则这两个方面的特点。在当前我国现代数学发展的过程中，分形理念的相关内容也成为了其中重要的主持部分，而且随着时代的不断进步，也将分形学的内容应用到各个领域当中。
　　二、分形理论概述
　　分形理论事实上是数学分支，自20世纪70年代中叶提出以来就受到了关注，其中部分学者对分形进行了如下描述：自然界多数事物组成在某些条件下或某个过程中可能会在某些部分出现一定程度的相似性并表达出一定的整体性，即可视作为自相似性。而这种属性可利用连续取值的分数维数来进行有效表达。由此可见分形所体现的属性事实上是自然形态的共有的内在属性，换句话说分形与自然本身面目具有较高的匹配性，可将自然中的真实元素体现出来。对于建筑设计而言是自然环境与建筑契合是建筑设计师所期望的方向之一，而分形则正好为这种方向提供了理论及实践基础。当然利用分形对建筑造型进行设计还需要方法学的依托，其中则体现了设计思维与设计概念，然后通过分形对建筑本来拥有的拟态、并置以及划分等方面进行有效操作从而使相关模块呈现出分形相似的特征。另外分形与计算机计算特点可进行充分结合，通过采取计算机模型对建筑进行整体性综合设计使得建筑造型设计效率得以提升。综合来看利用分形设计可使得建筑在某些属性上更为贴近自然，从而得到一种“真实還原”的效果。
　　三、分形可行性概述
　　在建筑设计具体实施过程中优先需要考虑到安全问题，而对于分形而言则主要体现了不规则性变化。在分形技术应用于建筑设计初期其实相关学者是抱有怀疑态度的，尽管分形技术可为建筑造型提供多元化基础，但是其稳定性、安全性及可靠性并无法满足需求。在随后的发展、完善中分形体系也逐渐趋于成熟，设计者会将该技术应用到单纯造型部分即不影响建筑功能的部分，此时分形技术也越来越受到关注并得到了一定程度的推广。随后分形技术的价值与作用得到了极大的开发，而计算机网络技术的发展给分形技术也提供了一定的支持让分形技术的可行性得以强化。从现状来看分形技术主要凭借设计方法学为理论基础，在具体实施过程中先要确定设计主体，然后再用分形特性对建筑设计模型进行点缀、完善使其能够表达出特征性。分形技术在计算机网络技术支持下使得建筑设计工作迎来了新的发展方向，这也是未来建筑造型设计重要的趋势之一。
　　四、分形学在建筑造型上的应用
　　建筑物的外观造型决定着建筑物外观的可观性，所以，设计好建筑物造型至关重要。假设一个建筑单体涉及到3个重要部分，即建筑地坪、建筑墙体及建筑穹顶，以下将从这三方面结合分形学进行建筑造型：
　　1.建筑地坪的纹样设计
　　在建筑地坪的纹样设计中经常采用的方法是龟形图法，之所以被称为龟形图法是由于在建筑设计的计算过程中人们常采用三组向量依据乌龟行走的方式进行描述，并且设计相应的组合符号来表示行走角度等矢量，例如加号常用来代表乌龟的左转角度，减号则代表右转角度，斜杠与反斜杠分别代表绕H的左转及右转角度等。
　　2.建筑穹顶的设计
　　根据前人经验，人们常采用建模及计算机的辅助来进行建筑穹顶的相关设计，设计过程中，常采用几何图形及立体空间内曲线方程作为理论依据，并参照一定的选点方式进行相应的探讨工作，在此过程中，我们可以将不同图形衍生出的不同分形特征的墙体结构作为穹顶的参选结构，也可以将形成的不同的穹顶结构作为后续的组装件，另外，我们还可通过将不同的立方体等体结构与衍生出的墙体结构进行组装与转换，根据一定的衍生规则组装成不同的墙体造型，我们还可以大胆地加入更多丰富的设计理念及思维，从而设计出全新的墙体造型，力求使得建筑物不同结构间界限更加清晰，并使建筑物造型设计易于控制，最终使建筑墙面的结合方式更自然，更具实用性与美观性。
　　3.建筑穹顶、建筑墙体与建筑地坪的组装
　　在组装过程中，首先我们需要确保组装程序的合理性，另外，我们主要采用可塑性强、自由发挥空间大的人工组装方式。首先，建筑设计师应根据建筑物要求的特色在内容丰富的构件库中选择适用的素材元素，根据不同的设计理念及设计要求构成多种生动、多样化的设计方案，在此过程中，建筑设计师不必绞尽脑汁地进行组合件的开发及设计，而只需要在组件库中选择合适的构件，建筑设计师需要依据经验对所要开展的设计、履行的设计方案有一个直观、感性的认识，同时在组装进程中可依据需求进行自由、循序渐进的调整，并在设计中期或是后期进行各个组件的修改或者更换。
　　结束语：在城市化建设规模不断扩展的过程中，城市建筑设计的要求也愈来愈高，城市建筑承载的功能性也越来越强。对于建筑造型设计而言不单单涉及的是建筑的外形，同时对于建筑功能也有所要求。分形技术给建筑造型设计带来了有利的技术基础并且结合计算模拟将设计水平推至于一个新的高度。通过利用分形技术使得整个建筑行业的发展进一步加速并让建筑质量与性能得到了不同幅度的提升，未来分形设计将是行业发展的重要趋势之一，其体系也将变得更为完善。
　　参考文献：
　　[1]林秋达.从“师法自然”到“算法自然”——分形法则在建筑设计中的运用[J].福建建筑，2010（11）.
　　[2]王文，马学强，刘弘.分形几何在计算机辅助玻璃幕墙概念设计中的应用[J].山东大学学报（理学版），2008（11）：116.
　　[3] 王文，马学强，刘弘.分形几何在计算机辅助玻璃幕墙概念设计中的应用[J].山东大学学报（理学版），2008，第11期
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