拓扑学在当代建筑形态与空间创作中的应用
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摘要
随着当今建筑科学与文化的不断发展,传统思维下的建筑创作已经不能满足当代人们在审美与使用上的要求,拓扑学作为基础数学的一个分支,以其全新的几何形式和思维方式逐渐渗透到建筑领域并发挥其作用,建筑的拓扑化已经成为当代建筑发展的潮流之一。本文欲从数学与建筑学双重角度分析拓扑学概念、模型等在当代建筑形态和空间创作中的影响与应用,寻求拓扑建筑创作的理论根源,归纳其背后的科学文化基础,从理论和实践两方面认识拓扑建筑,全文主要分为四部分:
第一部分:主要介绍研究课题的发展背景与研究现状,确定研究对象:拓扑学在当代建筑形态和空间创作两方面的应用,同时提出了研究的目的与意义。
第二部分:简述了拓扑学的发展历程以及当代建筑的拓扑化趋势,论述了建筑拓扑化的科学基础,主要论述了数学、计算机科学技术、复杂性科学、混沌理论等科学中拓扑学思维在建筑学中的应用与影响。
第三部分:主要是探讨拓扑学在当代建筑外部形态创作中的应用。阐述了建筑的拓扑变形思维逻辑与变形类型,以及拓扑学中的经典模型(莫比乌斯环与克莱因瓶)与概念(流形、纽结、合痕等)在建筑形态创作的应用。
第四部分:主要是侧重探讨了拓扑学中关于空间的概念在当代建筑在空间创作的应用。将拓扑学中空间概念与实际的建筑空间联系起来加以论述:拓扑学下的空间观(“孔”与“洞”的空间概念),拓扑学空间概念(商空间、相空间等)在建筑创作中的应用,以及建筑中拓扑空间的特征分析。
With the continuous development of modern architectural science and culture, architectural creation under traditional thinking can no longer meet the needs of esthetics and application for modern people. As a branch of elementary mathematics, topology has gradually penetrated into the architectural field and played its own role with whole new geometry and way of thinking, so architectural topologization has become one of the trends in modern architectural development. This paper tries to analyze the influences and applications of the topological concept and model in modern architectural form and space from the perspective of mathematics and architecture, so as to seek the theoretical root of topological architectural creation, conclude the hidden scientific and cultural basis, thus understanding topological architecture from theory and practice. This paper is mainly divided into four parts:
First part: mainly introduces the development background of research subject, and determines the object of the study, which refers to the application of topology in contemporary architectural form and space creation. Meanwhile, it proposes the purpose and significance of the research.
Part two: introduces the development process of topology and the topologization trend of modern architecture. It also discusses about the scientific basis of architectural topology, mainly focusing on the application and influence of mathematics, computer science & technology, complex science and chaos theory in architecture.
Part three: mainly discusses about the application of topology in the creation of modern architectural appearance. Moreover, it illustrates the logics and type of architectural topological deformation, as well as the application of classical models (The Mobius strip and Klein bottle) and concept (manifold, knot, isotopic, etc.) in creating the form of architectures.
Part four: mainly emphasizes the application of topological concept about space in the space creation for modern architecture. It combines the concept of space in topology with real architectural space, including the application of topological spatial perspective (spatial concept of“aperture”and“hole”), topological spatial concept (quotient space, phase space, etc.) in architectural creation. Besides, it also analyzes the characteristics of topological space in architecture.
第一部分:主要介绍研究课题的发展背景与研究现状,确定研究对象:拓扑学在当代建筑形态和空间创作两方面的应用,同时提出了研究的目的与意义。
第二部分:简述了拓扑学的发展历程以及当代建筑的拓扑化趋势,论述了建筑拓扑化的科学基础,主要论述了数学、计算机科学技术、复杂性科学、混沌理论等科学中拓扑学思维在建筑学中的应用与影响。
第三部分:主要是探讨拓扑学在当代建筑外部形态创作中的应用。阐述了建筑的拓扑变形思维逻辑与变形类型,以及拓扑学中的经典模型(莫比乌斯环与克莱因瓶)与概念(流形、纽结、合痕等)在建筑形态创作的应用。
第四部分:主要是侧重探讨了拓扑学中关于空间的概念在当代建筑在空间创作的应用。将拓扑学中空间概念与实际的建筑空间联系起来加以论述:拓扑学下的空间观(“孔”与“洞”的空间概念),拓扑学空间概念(商空间、相空间等)在建筑创作中的应用,以及建筑中拓扑空间的特征分析。
With the continuous development of modern architectural science and culture, architectural creation under traditional thinking can no longer meet the needs of esthetics and application for modern people. As a branch of elementary mathematics, topology has gradually penetrated into the architectural field and played its own role with whole new geometry and way of thinking, so architectural topologization has become one of the trends in modern architectural development. This paper tries to analyze the influences and applications of the topological concept and model in modern architectural form and space from the perspective of mathematics and architecture, so as to seek the theoretical root of topological architectural creation, conclude the hidden scientific and cultural basis, thus understanding topological architecture from theory and practice. This paper is mainly divided into four parts:
First part: mainly introduces the development background of research subject, and determines the object of the study, which refers to the application of topology in contemporary architectural form and space creation. Meanwhile, it proposes the purpose and significance of the research.
Part two: introduces the development process of topology and the topologization trend of modern architecture. It also discusses about the scientific basis of architectural topology, mainly focusing on the application and influence of mathematics, computer science & technology, complex science and chaos theory in architecture.
Part three: mainly discusses about the application of topology in the creation of modern architectural appearance. Moreover, it illustrates the logics and type of architectural topological deformation, as well as the application of classical models (The Mobius strip and Klein bottle) and concept (manifold, knot, isotopic, etc.) in creating the form of architectures.
Part four: mainly emphasizes the application of topological concept about space in the space creation for modern architecture. It combines the concept of space in topology with real architectural space, including the application of topological spatial perspective (spatial concept of“aperture”and“hole”), topological spatial concept (quotient space, phase space, etc.) in architectural creation. Besides, it also analyzes the characteristics of topological space in architecture.
引文
1 [美]威力阿姆斯学院,缅因大学著,沈以淡等译,《拓扑学基础及应用》.背景:机械工业出版社,2010.2
1布鲁诺?塞维(Bruno zcvi),建筑空间论:如何品评建筑,张似赞译,北京:中国建筑工业出版社,2006
1 Hans-Peter Schwarz, Media-Art-History-New York:Prestel Munich.1997:62
1 [美]威力阿姆斯学院,缅因大学著,沈以淡等译,《拓扑学基础及应用》.背景:机械工业出版社,2010.2
1拓扑不变量一般包括可定向性、欧拉示性数、曲面的边缘个数
1沈源,从几何的视角看建,青岛理工大学,2006
[1]李滨泉李桂文,建筑形态的拓扑同胚演化,建筑学报,2006(5)
[2]蔡良娃曾鹏,交织与连续——莫比乌斯概念在建筑设计中的运用,新建筑,2010(3)
[3]张华刘士雷,“拓扑一号”概念设计,城市环境设计
[4]李建军,当今数字建筑的先锋实验与数字加工,新建筑,2009(3)
[5]张晔芝谷士文夏利民,保持二维流形性的拓扑简化研究,湖南大学学报,2007(10)
[6]胡振宇,层的消解与建筑空间形态的拓扑变化,新建筑,2006(6)
[7]季如艳李国文,创造连续的空间--成都华西医大公共卫生学院科教楼设计剖析,四川建筑,2006(4)
[8]任军,当代建筑的科学观,建筑学报,2009(11)
[9]常志刚郭丹,光与空间的拓扑研究,建筑学报,2006(2)
[10]王科奇,激进形式的探索--拓扑与分形,建筑科学,2005(8)
[11]李滨泉,莫天伟,建筑表皮的拓扑部分,华中建筑,2008(10)
[12]李滨泉李桂文,建筑路径网络的拓扑学分析,新建筑,2006(6)
[13]黄颖彭华,流动的空间——奥地利馆,建筑学报,2010(5)
[14]孙晓梅,浅谈中国古典建筑的构成特征,江苏建筑,2004(2)
[15]邓念东侯恩科等,三维拓扑关系形式化描述及拓扑关系模型研究,西安建筑科技大学学报,2007(6)
[16]朱习军代月明等,时空拓扑关系描述及应用,青岛建筑工程学院学报,2005(3)
[17]陈秀琴,数学在美术中的应用,科技创新,2009(3)
[18]毕小方陈兴义许大军,拓扑关系在建筑设计教学中的应用,四川建筑,2006(2)
[19]槐明路,拓扑手法在室内环境设计中的运用——室内平面布置与空间表现,华中建筑,2008(1)
[20]赵温华荣丽华,拓扑学非度量概念在BAM PFA形式设计中的应用伊东丰雄视觉艺术中心,山西建筑,2010(1)
[21]李雪玲卜萍等,拓扑学在建筑中的应用——以莫比乌斯住宅与克莱因瓶住宅为例,烟台建筑设计研究院,2009(9)
[22]今吾仑等,复杂性科学及其演变,复杂系统与复杂性科,2004
[23]今吾仑等,国外复杂性科学的研究进展,国外社会科学,2003
[24]付已榕,无限的空间--莫比乌斯住宅之挑战,新建筑,2005(6)
[25]李建军,拓扑与褶皱——当代前卫建筑的非欧几何实验,新建筑2010(3)
[26]张华刘士雷,一次国际设计竞赛的尝试--多维住宅设计,天津大学建筑学院,2005(5)
[27]贾秀敏,复杂性科学研究现状及其发展前,科技信息,2010
[28]李桂文李滨泉,在楼板形态的拓扑变换中寻求空间的变异,新建筑,2006(4)
[29]俞达郝华宁,造型拓扑定理及证明,数学实践与认识,1995(2)
[30]王欣,虚空、调子、折叠与极点——西班牙女建筑师Sol+Maderidejos,新建筑,2008(3)
[31]蒋妙菲,新型的大众传播——北京五棵松文化体育中心设计理念,时代建筑,2003(2)
[32]蔡良娃曾坚曾鹏,信息时代的建筑空间形态及其生成理论,新建筑,2006(3)
[33]夏洁,等你去解开的纽结,大科技·科学之迷,2006
[34]黄欣荣,复杂性科学的研究纲领初探,系统科学学报,2009
[35]虞刚,论建筑的变形,世界建筑,2005(8)
[36]黄献明,复杂性科学与建筑的复杂性研究,华中建筑,1998(9)
[37]王立明龚恺,解读格雷格·林恩,建筑师,No.122
[38]范东晖张玉坤,复杂形态与开放建筑,建筑师,No.112
[39]本·范·伯克尔/米兰多·库伯曼,梅塞德斯-奔驰博物馆,斯图加特,德国,建筑创作,2006(8)
[40]苏英姿,表皮,NURBS与建筑技术,建筑师,2004(8)
[41]项秉仁,面对数字化时代的建筑学思考,新建筑,2011(6)
[42] [美]威力阿姆斯学院,缅因大学著,沈以淡等译,《拓扑学基础及应用》.背景:机械工业出版社,2010.2
[43] [英]史蒂芬·霍金著,许明贤,吴忠超译.《时间简史》.长沙:湖南科学技术出版社,1995
[44] [美]爱因斯坦著,杨瑞殷等译.《狭义与广义相对论浅说》.北京:北京大学出版社,2006
[45] [美] B·曼德布罗特著,陈守吉凌复华译.《大自然的分形几何学》.上海:上海远东出版社,1998
[46] [美] H·S·M·考克赛特,S·L·格雷策著,陈维恒译.《几何学的新探索》.北京:北京大学出版社,1986
[47]刘育东,《数码建筑》.大连:大连理工大学出版社,2002
[48]香港日翰国际文化传播有限公司编,《第九届威尼斯国际建筑设计双年展》.香港:H.K RIHAN INT’L CULTURE SPEAD LIMITED,2007
[49] Charles Jencks. The architecture of jumping universe–A polemic: How Complexity Science is changing Architecture and culture. Academy Editions(UK),1997
[50] Greg Lynn, Folding in Architecture. Academy Press,2004
[51]高峰,当代西方建筑形态数字化设计的方法与策略研究(博士学位论文),天津大学,2007
[52]赵榕,当代西方建筑形式设计策略研究(博士学位论文)东南大学,2005
[53]任军,当代科学观影响下的建筑形态研究,天津大学,2007
[54]沈源,从几何的视角看建筑,青岛理工大学,2006
[55]徐海曼,城市景观中拓扑形态的应用研究,江南大学,2008
[56]王菲,从建筑表皮的操作看流动空间的生成,同济大学,2006
[57]杜岱妮,拓扑学在西方当代建筑中的影响及应用,天津大学,2009
1布鲁诺?塞维(Bruno zcvi),建筑空间论:如何品评建筑,张似赞译,北京:中国建筑工业出版社,2006
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[12]李滨泉李桂文,建筑路径网络的拓扑学分析,新建筑,2006(6)
[13]黄颖彭华,流动的空间——奥地利馆,建筑学报,2010(5)
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[19]槐明路,拓扑手法在室内环境设计中的运用——室内平面布置与空间表现,华中建筑,2008(1)
[20]赵温华荣丽华,拓扑学非度量概念在BAM PFA形式设计中的应用伊东丰雄视觉艺术中心,山西建筑,2010(1)
[21]李雪玲卜萍等,拓扑学在建筑中的应用——以莫比乌斯住宅与克莱因瓶住宅为例,烟台建筑设计研究院,2009(9)
[22]今吾仑等,复杂性科学及其演变,复杂系统与复杂性科,2004
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[37]王立明龚恺,解读格雷格·林恩,建筑师,No.122
[38]范东晖张玉坤,复杂形态与开放建筑,建筑师,No.112
[39]本·范·伯克尔/米兰多·库伯曼,梅塞德斯-奔驰博物馆,斯图加特,德国,建筑创作,2006(8)
[40]苏英姿,表皮,NURBS与建筑技术,建筑师,2004(8)
[41]项秉仁,面对数字化时代的建筑学思考,新建筑,2011(6)
[42] [美]威力阿姆斯学院,缅因大学著,沈以淡等译,《拓扑学基础及应用》.背景:机械工业出版社,2010.2
[43] [英]史蒂芬·霍金著,许明贤,吴忠超译.《时间简史》.长沙:湖南科学技术出版社,1995
[44] [美]爱因斯坦著,杨瑞殷等译.《狭义与广义相对论浅说》.北京:北京大学出版社,2006
[45] [美] B·曼德布罗特著,陈守吉凌复华译.《大自然的分形几何学》.上海:上海远东出版社,1998
[46] [美] H·S·M·考克赛特,S·L·格雷策著,陈维恒译.《几何学的新探索》.北京:北京大学出版社,1986
[47]刘育东,《数码建筑》.大连:大连理工大学出版社,2002
[48]香港日翰国际文化传播有限公司编,《第九届威尼斯国际建筑设计双年展》.香港:H.K RIHAN INT’L CULTURE SPEAD LIMITED,2007
[49] Charles Jencks. The architecture of jumping universe–A polemic: How Complexity Science is changing Architecture and culture. Academy Editions(UK),1997
[50] Greg Lynn, Folding in Architecture. Academy Press,2004
[51]高峰,当代西方建筑形态数字化设计的方法与策略研究(博士学位论文),天津大学,2007
[52]赵榕,当代西方建筑形式设计策略研究(博士学位论文)东南大学,2005
[53]任军,当代科学观影响下的建筑形态研究,天津大学,2007
[54]沈源,从几何的视角看建筑,青岛理工大学,2006
[55]徐海曼,城市景观中拓扑形态的应用研究,江南大学,2008
[56]王菲,从建筑表皮的操作看流动空间的生成,同济大学,2006
[57]杜岱妮,拓扑学在西方当代建筑中的影响及应用,天津大学,2009