非线性建筑的理论、数字化设计方法及实践

论文摘要

20世纪的后20年间,各种建筑理论和思潮竞相登场,尤其是进入21世纪以后,建筑的理论和实践都出现了世界范围内的百花齐放局面,一扫近半个世纪现代派建筑一统天下的局面,更使得人类建筑史出现了前所未有的多元化局面。尤其是上世纪90年代开始,在信息科学、计算机科学、环境科学、生态科学及人文科学等多学科相互渗透的过程中,促使了建筑学科的理论和实践向着科学化、生态化、更具民族性和地方性的方向不断地发展和完善。与此同时,在大范围的工业化生产过程中,多元化复合学科的影响力逐渐扩大,分工明确的多工种配合工作的趋势也日趋明显,这些社会变革促使了与工业生产密切相关的建筑学及建筑创作早已不再是建筑师独领风骚,而是趋向于多学科、多层面、多工种的共同配合,以前看似只起到辅助配合作用的边缘科学越来越多的扩大着其在建筑创造中所占据的比例,包括哲学,美学,人文科学,计算机辅助设计学,计算机辅助制造学,工业生产数控技术,高等参三维模型技术等一系列的复合学科和高新型科技融入到了建筑学体系中,一时间技术化建筑和建筑化技术的论坛竞赛和学术交流在世界范围内兴起了。近年来最受建筑先锋前沿关注的非线性概念的建筑实例随着全球化的思潮传入各国,我国的建筑界也受到程度不小的冲击。如何正确看待新生的非线性建筑理论、观念和设计方法,如何正确的看待数字化技术对建筑学科的作用,以及如何总结借鉴其经验并为我所用,是一个关键的问题。不弄清楚什么是进步的思潮、什么是错误的思潮,不搞明白技术进步对人类生产的正确作用,而无选择地一概接受或排斥,都是武断而非理性的。为了避免拿来主义和盲目照搬照抄的错误借鉴,本文试图从“第一章-非线性建筑的理论发展”,“第二章-非线性建筑的现代数字化技术”以及“第三章-非线性建筑的实践”逐层展开,逐一阐述,对非线性建筑所依赖的理论支持进行发展回顾:在社会生产力的发展,科学技术水平的进步,人文美学思想的需要,建筑师自身创造的诉求共同作用下,使本已多元繁茂的建筑发展更加丰富多彩,非线性建筑应运而生;对所依靠的新技术辅助设计方法进行了系统介绍:CAD计算机辅助设计、CAE计算机辅助分析、CAM计算机辅助制造,多学科综合运用,多工种协调配合,共同辅助建筑师完成非线性建筑由设计构思,技术分析,事件生产等全过程的建造工作;并并对已经实现的各个工程实例进行了从设计立意到方案深化直到实际建造过程的追踪记录,归纳总结了设计方法应用,技术分析集成,材料应用种类等相关方面的信息资料,希望可以为国内非线性建筑领域的多学科复合性研究起到抛砖引玉的作用。在文章总结中重点对国内外相应的技术化建筑或建筑化技术的发展给与了客观的评价,应该正确的认识到,建筑创造及建造过程,始终是强调着建筑师的主观能动性,而并非技术至上论,需要认识清楚:先进的技术设计方法是一种辅助实现建筑师设计目标的手段,而并非是指导建筑师的创造构思。而且非欧几何体系影响的非线性建筑和传统欧式几何体系,由于人类生产生活习惯的影响和科学技术水平发展对精神文化的反射,将促使这一事物的两面性在很长一段时间内会共同作用、相互影响、同时并存。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 非线性建筑的理论发展
• 1.1 “非线性建筑”的词源定义
• 1.1.1 “非线性英文名称溯源”方面的定义
• 1.1.2 “非线性数学模型”方面的定义
• 1.1.3 “非线性建筑”设计程序方面的定义
• 1.2 “非线性建筑”诞生的社会物质条件及人文背景
• 1.2.1 非线性建筑诞生的客观原因
• 1.2.2 非线性建筑诞生的主观原因
• 1.2.3 非线性建筑诞生的人文社会环境
• 1.3 “非线性建筑”的理论发展
• 1.3.1 现代建筑理论的多元化发展
• 1.3.2 非线性主义的母源---晚期现代主义
• 1.3.3 非线性建筑-解构主义的嫡系继承
• 1.3.4 小结
• 1.4 运用多种建筑理论体系对非线性建筑进行剖析
• 1.4.1 应用建筑隐喻哲学来检视非线性建筑的表达特征
• 1.4.2 应用建筑符号学来理解非线性建筑的现实意义
• 1.4.3 应用建筑心理学来深入洞悉非线性建筑与大众的互动含义
• 1.4.4 小结
• 1.5 当代西方建筑美学对非线性建筑的影响
• 1.5.1 当代西方美学思想对非线性建筑产生的影响
• 1.5.2 几何学与非线性建筑的关系
• 1.6 非线性建筑的构成手法
• 1.6.1 极端化手法
• 1.6.2 雕塑化手法
• 1.6.3 非线性建筑的机器美学高技倾向
• 1.6.4 非线性建筑的空间表达
• 1.7 理论篇结论
• 2 非线性建筑的现代数字化设计
• 2.1 数字化技术与建筑设计
• 2.1.1 数字化技术与设计的辨证关系
• 2.1.2 建筑设计实践中的数字化体现
• 2.2 非线性建筑设计与软件的基层依据数学原理
• 2.2.1 纯粹的形式：固化数学
• 2.2.2 动态对称
• 2.3 基层依据数学原理的三维体现
• 2.4 非线性建筑设计与数学模型
• 2.4.1 制约的几何构态
• 2.4.2 参数化方程与超空间、超表面
• 2.4.3 NURBS
• 2.4.4 NURBS 数学建模的应用范围
• 2.5 非线性建筑设计与CAD 造型软件
• 2.5.1 CAD 技术的发展和现状
• 2.5.2 非线性建筑所使用的CAD 模型软件
• 2.6 CAE 与CAM 在非线性建筑中的应用
• 2.6.1 CAE 技术的发展历程及现状
• 2.6.2 CAM 技术的发展历程及现状
• 2.6.3 CAD，CAE，CAM 技术的发展趋势
• 2.7 非线性建筑中的人机交流的设计过程
• 2.7.1 数字化的草图绘制
• 2.7.2 从数字化草图到数字化可延展曲面的转化
• 2.8 NURBS 曲面建模
• 2.8.1 NURBS 绘制技术与曲面设计思路
• 2.8.2 NURBS 快速原型化与数控技术
• 2.8.3 非线性建筑数字化设计应用状况
• 2.9 数字化设计结尾结论
• 3 非线性建筑的实践
• 3.1 表现主义的实践代表-爱因斯坦天文台
• 3.2 当代非线性建筑实践的设计方法探讨
• 3.3 3Dimensional Bend
• 3.3.1 项目概述
• 3.3.2 CAD 数字化模型阶段
• 3.3.3 CAE 结构受力及生产模型分析阶段
• 3.3.4 CAM 数控构建生产阶段
• 3.3.5 现场施工装配阶段
• 3.4 The Shoal Fly
• 3.5.K unsthaus Graz 艺术中心
• 3.5.1 Graz 艺术中心建模
• 3.5.2 在三维形态中设计
• 3.5.3 互动式表皮
• 3.5.4 拓扑性关联
• 3.6 非线性建筑在国内的实践项目
• 3.6.1 项目概况
• 3.6.2 方案构思
• 3.6.3 造型设计与CAD 技术应用
• 3.7 非线性建筑设计与数字化实践的关系
• 3.7.1 数字化模型与数字化展示
• 3.7.2 参数化表达与环境的制约
• 3.7.3 数字化生产与多工种配合
• 3.8 国内的非线性建筑研究现状
• 3.9 课题研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录