基于分形几何的高层建筑设计分析

摘要：分形几何主要对欧式的传统几何存在的不足进行有效补充，并且在许多学科领域中大量运用。分形几何和几何学有着紧密关系，而新的分形几何理念的诞生，已经引起世界建筑理论的重点关注，其中分形几何在深入研究与分析下，已经慢慢展示出其所具备的独特魅力。文章对建筑理论中的分形思想进行简要的分析，概括了分形思维下的几种建筑方式，并研究了基于分形几何的高层建筑设计方式。

关键词：分形几何；高层建筑；自相似

几何学作为一项研究形体的科学项目，还是人类文化的主要发展基础。自始至终，几何学对建筑工程的形式发展都产生深远影响。经过对高层建筑工程的深入总结与研究之后发现，信息化技术的不断发展，计算机已经取代了建筑师以往的纸笔操作，慢慢发展成新的设计工具，对此许多数字化建筑工程应运而生。可是一定要深刻认识到，计算机系统所支持的参数化建筑设计只是一种设计媒介，并不是设计的所有内容，因此建筑师一定要熟练掌握直接和空间方式组合有关的基本法则，也就是几何学。本文主要在分形几何的高层建筑设计中的应用进行了研究和分析。

一、建筑理论中分形思想

分形几何是在新兴复杂科学影响下形成的新的审美模式。而设计人员若想熟练驾驭在历史中并不被掌握的形式美，就应该在建筑形式的创造过程中充分展现此种美学的浸染，从而设计出可以展现时代特点的设计[1]。分形几何学展示的大都是存在自然界中的相似规律，从而为人类认识自然形体创建了新的思维模式，同时也为创设人工形体指明了新道路。例如思维要通过语言进行表达，而形式主要通过表达模式的几何语汇进行组合。另外，分形几何可以在形式的表达模式方面提供相关分形的形式，有效掌握全新语汇，能够探索未知的边缘地带，有效拓宽能够产生新的建筑方式范围，在一定程度上加强审美价值。

二、分形思维下的建筑方式

（一）并置

把各种尺度都相似的空间形体置于或是排列在一个地方或是一个位置中，也就是产生具备自相似性质的族群空间组织。然后把空间单体进行简单的组合或进行复杂的穿插，形成拥有并置分形特点的建筑。以自相似性的相应不规则组合模式获取的建筑组群，常常会引发出具备丰富复杂性的空间属性，因此受到现代建筑师的高度重视。

（二）嵌套

把相近或是相同的空间操作重复应用在各种尺度的空间方式中，就能够获取相应的嵌套空间层次，同时还是构成自相似性相应空间边界或是空间实体的主要方式。建筑模式的强烈变现力能够通过各种层次的重复此过程完成。

（三）拟态

分形建筑方式自相似性能够经过模拟自然形体，特别是有机形体的具体生长状态以表现出来。相比于那些比较简单的有机体在静态形式下的临摹而言，此种模拟方法更加关注的是生产时的各种状态刻画。

（四）划分

所谓划分就是指按照一定的原则将建筑平面分割成不同的图案。不论是针对某个建筑的立面而言，还是就建筑组群这个规则领域而言。比如说我国传统的院落嵌套形式在对其进行各个层级划分的过程，都能在建筑中将分形理论中的自相似表达出来。在当代建筑中，往往会有很多对建筑表皮进行处理的方法，这些方法都是在划分的作用下来实现自相似产生的分形效果。

三、分形几何的高层建筑设计方法

（一）高层建筑“体”分形

高层建筑中的建筑形体，经过缩放、旋转等转变成三维分形操作，也称为高层建筑工程的“体”分形。把高层建筑中最小的基本单位，相应粒子空间单元完成组合，构成高层建筑所有元素，一系列元素依据一定规则完成有效组织，形成更高层次下的第二级元素，同时依据相同的组织形式继续进行转译，就能够发展产生大量多层次的单元组。

（二）高层建筑空间分形

高层建筑工程的空间分形一般能够经过两种模式进行实现，也就是将各种尺度和相似空间形体有效并置，其为产生具备自相似性的高层建筑工程空间的一种实现方法。另外一种实现方法为生命空间的迭代和重建。建筑空间的总体和局部等具备自相似性相应连续的空间方式，一般具备十分丰富的尺度层次结构，从而建筑总体和整个空间体系全部可以实现均衡以及和谐。由于生长展现的高层建筑工程空间分形比较简单，但是作为一个基本要素，就会产生高层建筑工程的所有复杂性[2]。高层建筑空间主要是某一个基本功能相应的单元空间，依据例如网状方式和分支方式以及轴线方式等空间法则实现自我组织，产生所有尺度的组合空间方式。另外，自始至终的循环往复，不断重复相同的法则也是一种组合空间方式。对此，复杂性和相似性相应分形美学特点可以在高层建筑空间不断生长下展现出来。

（三）高层建筑中的结构分形

设计合理的建筑结构就好比人体的骨骼，对与高层建筑来说更是这样。一个好的建筑结构能够为建筑本身提供更安全的保障。结构分形在高层建筑中的应用不同于结构师在以往的线性结构设计。然而就实际意义而言，非线性可以说是一种真实的结构形式，但是在理论上却仅仅是同实质行为相近而已。不过就某种意义而讲，这种近似是合理的，而对另一些情况而言，这种线型的近似又会造成十分严重的误差。更为严重的情况下，这种线型的设计方案就会失去其使用的意义，完全丧失其使用的理由。

故此，面对高层建筑这种会对建筑形式产生极大依赖性的建筑结构来说，将分形思维方式应用到其设计研究过程中，能够体现出十分重要的意义，是一个技术性质的命题。对于某些情况而言，在分形理论应用下设计出一些类似曲线或者曲面等并非线型的几何形状建筑物，在其内部的结构并非同人们看到的建筑外观一样拥有十分敏锐的非线性特征。

（四）高层建筑中的文化分形

对于分形几何这门横断性质的学科而言，其将以往各学科之间单一的界限打破了，美国著名建筑师斯蒂文·霍尔（Steven Holl）是最初将文化分形思想应用于建筑结构设计上的实践者之一[3]，其将本体论建筑思想进行了还原，他认为应当对建筑设计师的思维同建筑之间的交织予以足够的重视，同时也不能忽略了对建筑本身知觉性的体验。这样一来，变形便成了感情因素与现实因素的结合、主管思维与客观事实之间的结合，也即是说变形成了建筑主体、个人体验以及地域因素这三者之间的有机关联。上述每种因素之间的关联与结合，尽都体现在建筑场地同地理学并历史学、建筑同文学以及规划方向上的思考。对于场所而言，可以看做是人类行为的一种具体现实，并不是一种抽象的预定地点。而是由具体的物质而组成的一个整体，人类的活动能够在很大程度上影响环境特征的构成。

结束语

综上所述，分形几何理念的诞生，已经引起世界建筑理论的重点关注，已经慢慢展示出其所具备的独特魅力。对于分形几何下的高层建筑，想要设计的更加合理，就应当切实的认识到建筑理论中分形思想的意义，准确掌握分形思维下的几种建筑方式，从高层建筑“体”分形、高层建筑空间分形、高层建筑中的结构分形以及高层建筑中的文化分形这几个方向来对高层建筑结构设计进行综合的思考，进而设计出更加复合当下思潮的高层建筑。

参考文献

[1]王风涛.基于高级几何学复杂建筑形体的生成及建造研究[D].清华大学，2012（03）：162-163.

[2]袁秋平.基于几何学的超高层建筑造型设计研究[D].青岛理工大学，2013（01）：141-142.

[3]王文.基于分形几何构建和谐建筑方法的研究[J].华中建筑，2012（03）：52-54.

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