一、基于復(fù)雜形式的非線性形態(tài)設(shè)計(jì)思維

設(shè)計(jì)思維不再是單向性發(fā)展，而是多項(xiàng)復(fù)雜因素的綜合作用的結(jié)果。在湖南省畫院改造項(xiàng)目中，筆者設(shè)計(jì)的非線性形態(tài)的樓梯就是對(duì)于原有對(duì)象各項(xiàng)限定性因素綜合研究的結(jié)果。基本限定性因素大致分為以下三類:

第一類，原有結(jié)構(gòu)的限定因素。原有樓梯是由欄桿、扶手、樓梯段3部分結(jié)構(gòu)組成，加上樓梯段底部原有設(shè)計(jì)的推進(jìn)造型，整個(gè)立面部分形成了4條結(jié)構(gòu)線。這4條結(jié)構(gòu)線離地距離分別為1100毫米、900毫米、200毫米以及100毫米。在計(jì)算機(jī)中輸入這些參數(shù)值，就會(huì)隨著樓梯的基本結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)生成一組連續(xù)的曲線。

第二類，形式感的因素。原有樓梯是傳統(tǒng)的形式，鐵藝欄桿木扶手弱化了弧形樓梯本身的曲線美感，梯級(jí)底部外露顯得瑣碎，無(wú)法體現(xiàn)畫院的空間氣質(zhì)。3層的中庭樓梯是各層橫向空間唯一的垂直連接，是空間的視覺焦點(diǎn)。畫院是藝術(shù)氛圍濃厚的地方，什么樣的空間形態(tài)能引起人們的精神共鳴呢？樓梯的形態(tài)不僅要求造型的美感，同時(shí)要具有藝術(shù)空間的精神氣質(zhì)。從原有結(jié)構(gòu)生成的計(jì)算機(jī)圖形中感受到線條之間相互纏繞形成流動(dòng)的韻律，可以使人聯(lián)想到草書。唐代書法家懷素的“狂草”（圖2）用筆使轉(zhuǎn)如環(huán)，奔放流暢，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，與樓梯主體線條形成的律動(dòng)十分吻合。這種類似草書的形態(tài)既有藝術(shù)感又具有現(xiàn)代氣質(zhì)，能夠展現(xiàn)畫院的精髓。我們通過研究草書的基本用筆結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)懷素的筆法在一氣呵成的強(qiáng)勁線條中有很多小幅度的變化，如粗細(xì)、轉(zhuǎn)折、停頓等形式。根據(jù)這些形式設(shè)定線條的變化，并使其在合理的結(jié)構(gòu)尺寸范圍內(nèi)進(jìn)行。最終的形態(tài)為3個(gè)曲面、6條曲線相互交織、彼此呼應(yīng)。曲面之間、線條之間隨樓梯主體旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，各自產(chǎn)生變化，有一些位置采取架空的形式形成書法的留白效果。

第三類，材料結(jié)構(gòu)的限定因素。樓梯主體結(jié)構(gòu)用型鋼做骨架，各曲面的交叉變化部分用扁鋼分段做定型。由于曲面形態(tài)的多重變化產(chǎn)生錯(cuò)位、偏離、架空等幾種形式，在設(shè)計(jì)的時(shí)候要考慮各部分位置鋼結(jié)構(gòu)最大的承受力，確定結(jié)構(gòu)尺寸的變化范圍。在計(jì)算機(jī)中輸入這些參數(shù)，設(shè)計(jì)的形態(tài)就會(huì)產(chǎn)生細(xì)微的變化。這些變化都在基本材料結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)進(jìn)行，對(duì)于最終的建造形成有力的保障。以上3個(gè)部分的限定因素在設(shè)計(jì)思維過程中同時(shí)作用，它是基于外在復(fù)雜形態(tài)與內(nèi)在復(fù)雜邏輯的綜合體現(xiàn)。設(shè)計(jì)概念、現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)限定因素和形態(tài)結(jié)構(gòu)體系始終保持一體化的考慮。這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的形態(tài)應(yīng)該更加符合自然世界原本鮮活又復(fù)雜的有機(jī)結(jié)構(gòu)。[1]這種設(shè)計(jì)思維不僅充滿著創(chuàng)新的變化，而且也更為全面。

二、基于參數(shù)化數(shù)字技術(shù)的非線性設(shè)計(jì)方法

非線性形態(tài)的設(shè)計(jì)應(yīng)用得益于當(dāng)今數(shù)字技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們可以通過數(shù)字技術(shù)感知虛擬現(xiàn)實(shí)，體驗(yàn)人類前所未有的空間形式。數(shù)字技術(shù)介入到設(shè)計(jì)思維的階段，設(shè)計(jì)師憑借計(jì)算機(jī)技術(shù)建構(gòu)虛擬室內(nèi)空間，在“可見”的空間形式下，對(duì)形態(tài)、材料和建造的研究更為深入，它可以實(shí)現(xiàn)在虛擬空間中的“真實(shí)的搭建”，對(duì)于設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的掌握更為精準(zhǔn)。傳統(tǒng)的室內(nèi)空間設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)師以自己的藝術(shù)修養(yǎng)和對(duì)于場(chǎng)地的分析作為經(jīng)驗(yàn)，首先在頭腦中形成方案的雛形，然后在CAD施工圖的階段再介入材料與結(jié)構(gòu)的內(nèi)容。這是一種自上而下的設(shè)計(jì)方法。這樣的方法產(chǎn)生的設(shè)計(jì)結(jié)果如果要進(jìn)行變更需要重新設(shè)計(jì)建模，設(shè)計(jì)修改的過程很復(fù)雜，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中對(duì)于人腦的依賴程度很高。參數(shù)化數(shù)字技術(shù)是設(shè)計(jì)師把相關(guān)條件輸入軟件平臺(tái)建立信息模型，再根據(jù)信息數(shù)據(jù)制作施工圖和數(shù)據(jù)表提供給施工方。設(shè)計(jì)思維是多角度的，隨著對(duì)各項(xiàng)限定性因素的深入研究調(diào)整參數(shù)，依靠計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成設(shè)計(jì)形態(tài)，甚至提供多種形態(tài)方案給設(shè)計(jì)師進(jìn)行選擇。它是一種自下而上的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)的修改可以快速地進(jìn)行，隨著參數(shù)的調(diào)整產(chǎn)生多變的、不可預(yù)測(cè)的結(jié)果。設(shè)計(jì)的過程是計(jì)算機(jī)和人腦的共同協(xié)作。一方面，計(jì)算機(jī)提供各種形態(tài)由設(shè)計(jì)師從中優(yōu)選；另一方面，在形態(tài)的生成階段，設(shè)計(jì)師也可以根據(jù)自己的審美經(jīng)驗(yàn)選擇計(jì)算機(jī)階段性的成果。室內(nèi)非線性形態(tài)設(shè)計(jì)的數(shù)字軟件平臺(tái)目前主要有Rhino（犀牛）、Grasshopper（草蜢）、Rhino-Script（犀牛編輯腳本程序）等等。基于這些軟件的數(shù)字設(shè)計(jì)方法，將設(shè)計(jì)的非線性形態(tài)所有的細(xì)節(jié)都以數(shù)據(jù)的形式記錄下來(lái)，為將來(lái)的加工制造提供方便。例如湖南省畫院項(xiàng)目中樓梯欄桿的曲面形態(tài)空間定位就十分復(fù)雜，在以前的設(shè)計(jì)方法中，幾乎很難確立標(biāo)準(zhǔn)的位置。沒有精確的定位，施工會(huì)異常艱難，很多形式只能靠工人師傅自己在現(xiàn)場(chǎng)領(lǐng)會(huì)圖紙，依葫蘆畫瓢，最終導(dǎo)致很多形態(tài)與之前的設(shè)計(jì)意圖大相徑庭。形態(tài)在建造的過程中充滿不確定性，設(shè)計(jì)師很難對(duì)最終建造的作品有精確的控制，所以我們一般不敢輕易嘗試非線性形態(tài)設(shè)計(jì)。這種整體數(shù)字建模的手段稱為BIM（BuildingInformationModeling，空間建筑信息模型）[2]，所有信息數(shù)據(jù)可以直接從3D模型中導(dǎo)出，建立數(shù)據(jù)表，給每一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行編碼，確立空間位置和規(guī)格型號(hào)。通過計(jì)算機(jī)程序制作數(shù)據(jù)表格，這樣施工的每個(gè)細(xì)節(jié)都有詳盡的尺寸圖紙。再將數(shù)據(jù)表直接提供給施工方進(jìn)行材料的切割、定位，保證施工的順利進(jìn)行。這樣的設(shè)計(jì)方法使以往最復(fù)雜的CAD施工圖制圖階段變得簡(jiǎn)單，各項(xiàng)數(shù)據(jù)的得到只是一種數(shù)字化的傳輸，不會(huì)產(chǎn)生很多人為的偏差。

三、基于數(shù)控加工的非線性建造保障

由于當(dāng)下加工制造行業(yè)陸續(xù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，數(shù)控加工成為非線性形態(tài)設(shè)計(jì)建造的實(shí)施保障。數(shù)字設(shè)計(jì)——數(shù)控加工——數(shù)字建造[3]這三者之間由數(shù)字技術(shù)在中間扮演傳遞者的角色，數(shù)字加工技術(shù)介入室內(nèi)空間形態(tài)的建造帶來(lái)了材料和建造形式的革新。筆者在某酒樓設(shè)計(jì)中采用數(shù)字加工技術(shù)與數(shù)字設(shè)計(jì)技術(shù)的對(duì)接，成功地建造了一組非線性形態(tài)的墻體，施工過程實(shí)施了較為精準(zhǔn)的控制，保障了設(shè)計(jì)的完整表現(xiàn)。酒樓二層走道中心為一組小包廂，小包廂墻體不僅起隔斷的作用，同時(shí)也成為四周的中心景觀，墻體的形態(tài)設(shè)計(jì)十分重要。設(shè)計(jì)是以自然形態(tài)的樹皮作為概念。最終的結(jié)果是依據(jù)層高按照1000毫米每層的尺寸分為4層，4層的曲線曲率不同，形成垂直方向的重疊與交錯(cuò)，各層又有不同高度變化的直線附著在曲面上，形成平面的律動(dòng)，類似樹皮的復(fù)雜脈絡(luò)。為了突出現(xiàn)代感，表皮材料特意選擇了不銹鋼，與天然的樹皮形成反差。（圖6）在最初的形態(tài)中，各層的直線長(zhǎng)短不一，隨著每層的曲線產(chǎn)生高低不同的變化。根據(jù)設(shè)計(jì)完成的數(shù)字模型導(dǎo)出基本加工數(shù)據(jù)后，對(duì)于使用材料和加工結(jié)構(gòu)進(jìn)行了精確的成本核算，發(fā)現(xiàn)完成此設(shè)計(jì)需要加工幾萬(wàn)塊形態(tài)不同的直線條，施工難度和建造成本都很高。經(jīng)過多次的設(shè)計(jì)調(diào)整，最終方案確定了表皮線條單元模塊的形式。用不銹鋼板折邊組合成一個(gè)5000毫米高、6000毫米寬的單元模塊，由6個(gè)不同單元模塊再進(jìn)行不同的數(shù)列組合，形成豐富的表面變化。把每一個(gè)構(gòu)件的詳細(xì)尺寸數(shù)據(jù)表（包括長(zhǎng)度、曲度、定位點(diǎn)等）提供給材料廠家。廠家拿到數(shù)據(jù)表后根據(jù)材料的結(jié)構(gòu)特性和合理利用率進(jìn)行了二次深化。不銹鋼廠家根據(jù)自己最優(yōu)化利用材料的情況微調(diào)了單元尺寸，設(shè)計(jì)的結(jié)果形態(tài)也隨之調(diào)整。這一過程充分發(fā)揮了數(shù)字技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，調(diào)整比較便捷。每一塊單元形都根據(jù)數(shù)據(jù)在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行剪裁和折邊，最后定好編號(hào)。經(jīng)過單元模塊的改善設(shè)計(jì)，把原本幾萬(wàn)個(gè)不同形態(tài)的形體縮減到只有幾千個(gè)單元的形體。這些模塊材料運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，工人師傅再根據(jù)圖紙編號(hào)進(jìn)行掛板，現(xiàn)場(chǎng)整體裝配也快捷和順利。在整個(gè)加工和施工的過程中，設(shè)計(jì)師和材料廠家采用相同的軟件程序，大家在一個(gè)“設(shè)計(jì)語(yǔ)境”中進(jìn)行工作，減少了在信息傳遞過程中由于“語(yǔ)言”不同而產(chǎn)生的誤差。項(xiàng)目最終的效果還是達(dá)到了我們之前的設(shè)計(jì)預(yù)想，墻體表皮在三維的空間中形成豐富的光影和律動(dòng)，成為空間中的視覺核心。項(xiàng)目從設(shè)計(jì)到制作經(jīng)歷了數(shù)字設(shè)計(jì)、數(shù)控加工、現(xiàn)場(chǎng)裝配三個(gè)階段。設(shè)計(jì)對(duì)于最終材料的表達(dá)和控制都在于數(shù)字化的參數(shù)。這些參數(shù)通過數(shù)控加工設(shè)備準(zhǔn)確還原了設(shè)計(jì)構(gòu)想。這一過程能夠較為高效地實(shí)施建造，從而大大提高了設(shè)計(jì)、制作、裝配協(xié)同一體的能力。

結(jié)語(yǔ)

非線性形態(tài)設(shè)計(jì)的思維方法擴(kuò)充了室內(nèi)空間設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)想象，提升了其創(chuàng)新能力。同時(shí)在具體項(xiàng)目的實(shí)施過程中，這樣的設(shè)計(jì)方法和加工制造方法又具有很好的建造協(xié)同效果。它不僅使設(shè)計(jì)師能夠更好地了解材料和建造，而且使加工商能更深入地了解設(shè)計(jì)意圖，極大地提升了整個(gè)室內(nèi)制造行業(yè)的建造水平。筆者認(rèn)為，在非線性形態(tài)從設(shè)計(jì)到建造的整個(gè)過程中，思維的表達(dá)更自由，設(shè)計(jì)的手段更高效，建造的結(jié)果更精確，因此它在室內(nèi)空間中的應(yīng)用具有很好的發(fā)展前景。

作者：易奕 單位：湖南師范大學(xué)美術(shù)學(xué)院