非线性建筑设计分析

田瑛

摘要:非线性设计就是将偏向于感性的建筑设计思维转变为更加理性的设计思维，将在传统的设计方法中更倾向于专注建筑形式的实现结果，转变为专注设计过程的逻辑推理，并大幅提高建筑设计的运算速度和运算量，使设计规则向更高效、科学的方向转变。

关键词:；建筑设计；非线性设计；特点

非线性建筑设计突破传统建筑设计条框,主要体现在部分新型特征层面,如动态、自相似等,建筑内部空间为人们视觉提供新的流动性,与城市环境高度统一,成为城市的核心标志。城市化建设脚步加快,为城市中添加多数非线性建筑,逐渐变更城市整体面容,但其仍处于探索阶段,带来优势的同时与各方冲突矛盾日渐凸显。因此,建筑设计人员需不断提升自身素养,以创新性思维加强非线性建筑设计探索,实现建筑多元化目标,满足时代发展需求。本文对设计方法进行简要分析并探究其在建筑设计中的应用策略，主要阐述的概念及其性质，介绍非线性建筑设计的概念及其特点，对在建筑设计过程中的关键环节进行详细论述，并对建筑思维的常用设计方法进行分析。

1非线性参数化设计概念及其性质

非线性设计是一种全新的设计方法，通过数据逻辑建立一种特定的关系，这套逻辑包含自变量、逻辑联系、因变量，形成一套完整的方程式。如果其中某个自变量发生改变，将会对数据结果产生影响，进而产生一种全新的数据模型。即可以通过不断地改变参变量的数据，从而快速生成多种建筑方案。这种设计模式可以将设计师从烦琐反复的设计修改工作中解脱出来，提高他们的工作效率，使他们将更多的精力专注于设计过程本身。

2非线性建筑设计的概念及其特点

2.1线性与非线性的区别

线性是数学上的概念，指变量与变量之间的直线关系，也可以理解为一阶导数为常量的函数，即f(x)=ax+b。这样非线性的概念就很好区分，非线性的数学关系就可以理解为：一阶导数为非常量的函数。非线性科学，其实就是复杂性科学。在自然界中，很多事物都呈现复杂性的特征，如山脉、波浪、植物、细胞等，它们本身就是流动的、不规则的、自由的、随机的。建筑可以通过非线性的状态呈现，而线性则是更趋于某种规律的人为干预状态，它相当于在理想状态下进行简单化的完美的模型。随着复杂性科学研究的深入，非线性建筑得到越来越多的关注，正如查尔斯·詹克斯所说：“非线性建筑将在复杂科学的引导下，成为下一个千年一场重要的建筑运动。”

2.2与非线性设计的关系

是一种设计方法论，包含各种动态的、相互关联的因素，改变某些因素将会产生不同的设计结果。它代表了设计过程和设计结果的同步动态变化，通过不断调整参变量的输入与输出，进行反馈和优化，从而解决设计问题。因此可以这样理解：是一种解决非线性设计问题的有效途径和设计平台。

3在建筑设计过程中的关键环节

3.1设计要求的数据化

设计要求是整个设计过程的初始阶段，它包含自然气候、周边环境、人的活动等对建筑设计的要求。建筑设计是纷繁复杂的系统，受到各种因素的制约影响。在进行设计时，往往需要找到影响建筑的主要因素来进行数据化模拟分析。比如，人员流向对建筑空间的影响、采光日照对开窗方式的影响、周围环境对建筑退让的影响等均可以作为影响建筑形态的主要参数，将这些参数进行数据统计，分析参数之间的联系以及对建筑造型的影响，得到基本的设计参数关系。

3.2通过计算机软件建立参数模型

有了基本的设计参数，就需要通过计算机软件描述参数之间的关系，形成一套完整的建筑数据模型。以建模工具Grasshopper为例，它可以通过函数块来构建参数之间的关系，把电池块间的数学逻辑相互关系，推导出设计雏形，形成一套完整的数字建筑体系。当改变各个变量的输入值时，就可得到新的设计雏形。

3.3设计雏形的演变优化

从初始的设计要求经过分析编写得到模型框架，这往往只是主要因素影响下的产物，而许多其他因素也会对设计结果产生重要影响。因此，设计模型还需要在考虑其他因素的影响下进行演变优化。通过加入参数变量及参数逻辑关系，设计可以比较高效地进行建筑形态的优化调整，从而达到功能、美感都令人满意的效果。

3.4设计形体反馈与结构逻辑的确定

设计的建筑模型通过各种复杂因素的综合作用，得到的设计结果通常是非线性的复杂形式，设计的结果是否满足实用性、可实施性的要求还需要进一步测试及反馈。由于设计方法注重于建构逻辑，所以它对建筑的结构和构造逻辑的确定是十分有利的。通过研究软件生成建筑形体时所应用的参数逻辑关系，可以推断出适合实际工程的基本构造系统。实际工程的构造逻辑合理性，与设计逻辑的合理性是正相关的，分析形体及结构逻辑的问题，反馈到设计的各个环节，实现设计逻辑和功能构造的合理性，使设计结果趋于完善。

4建筑思维的常用设计方法

对于设计来说，参变量的提取和参数逻辑的建立是算法的关键所在。从不同的设计思路出发，可以制定出不同的逻辑规则。以下对设计中的几种常用的设计方法进行简单分析介绍。

4.1随机算法

随机算法是对指定设计模块进行无规则处理的手法，，通过GH中的随机运算器可对参数模块进行指定规则内的随机改变，生成富于变化的设计结果。例如，使建筑构件的尺寸、颜色、位置等在规定条件下产生随机变化，从而形成风格独特的建筑形式。在大多数情况下需要设计师不断调节随机种子，改变生成结果，进而筛选出符合预期的设计方案。这种设计方法可以迅速更改随机模式，呈现大量的外观效果。

4.2吸引子算法

吸引子算法也可以看作“场”的程序化。“场“是物理学概念，是指一种看不见但却是存在的物质，在”场“的空间区域内，物体会受到场强的影响。GH中自带建立场的运算器。利用场的影响使场空间内的对象与吸引子相互作用，根据点或线的吸引子布置，与对象的距离关系产生缩放、移动等变化，从而影响生成的形态。值得注意的是，在建筑设计中，吸引子可以进行多个场的叠加，吸引子的形态要素和吸引力都是可以调节的。通过对吸引子的优化设计，可以干预整个方案的生成系统，得到更加令人满意的设计结果。

4.3分形迭代算法

“分形迭代”是一种常用的数学方法，它来自人们对自然界的观察。它具有自相似性、反复迭代和标度不变性的特点。自然中的海岸线、雪花、叶子脉络等，其形态特点均可看作由原始图像进行迭代式的拓展延伸，具有分形几何学中的自相似特性。中的分形迭代算法是指将一种规则反复作用在一个对象上，从简单到复杂逐步生长，从而产生规律并具有自然美感的结果。比如，给定一个初始图形，设为F0，对其施加一个作用规则R，得到F1=RF0，继续将R施加给F1，得到F2=RF1，以此类推，最终生成图形FN。

5结语

设计，给建筑师的设计方法和思维带来了新鲜的营养，对与复杂程度较高的建筑能够更加自如地掌控。而带来的益处远不止于此，它的建构理念和逻辑思维不同于传统的设计手段，从影响建筑的关键因素出发，使设计师从注重结果向注重过程转变，将过去关注建筑形式和解决功能问题的工作方式，转换为关注影响建筑的空间、环境、构造、表皮等一系列因素，利用的过程分析决定设计成果。在未来的建筑设计探索与实践中，设计将会创造更多可能性，使建筑向更加科学、高效、多元的方向发展。

参考文献

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