建筑设计的几何学
建筑设计的几何学
【摘 要】几何学影响着建筑设计的方法，也影响着建筑设计的成果，本文试分析建筑表现方法与建筑思考活动的互动与变迁，指出当代计算机技术的成熟必将引来建筑历史上崭新的风格，同时阐述建筑的几何特征与几何建筑观等问题。
【关键词】建筑设计;几何特性;几何建筑观
古往今来，在建筑空间艺术中，有限的空间必然表现为各种不同的几何形式，建筑的构成是离不开几何形体的。
“几何性”是建筑的一种天然属性，任何一个建筑师也不能使他的作品脱离这种属性。
古埃及的吉萨金字塔是四棱锥的最纯粹的表现，古罗马的斗兽场则充分体现了椭圆形的魅力;古罗马的水道桥表现了直线的力量，而中国的长城则表现了曲线的美感。
到了现代，随着几何学和数学模型等的发展，出现了解构主义建筑等新的建筑风格，几何学在建筑设计中起的作用越来越大。
本文将以建筑历史的脉络为前提，分析建筑表现方法与建筑思考活动的互动与变迁，以及已臻成熟的计算机技术和新型数学模型引起的建筑的崭新风格。
1 建筑的几何形体属性
建筑具有丰富多彩的内部空间组合，也会产生万千变幻的外部形体表现，反映在建筑设计的各种视图中，则是多种不同的平面图形。
二维的平面图形也好，三维的空间形体也好，它们的性质和应用都是几何学的研究范畴。
建筑不可避免地与研究平面图形的平面几何学和讲究空间形体的立体几何发生密切的联系。
建筑有着更明确的、更直观的、更强烈的几何特性，这种特性使建筑给予人们不同于其它艺术的审美感受，足以影响建筑创作道路，并因之产生相应建筑风格的建筑观。
对建筑师来说，在他设计一幢建筑的时候，几何形体的概念是须臾不可离的。
勒・柯布西耶就曾说过“按公式工作的工程师使用几何形体，用几何学来满足我们的眼睛，用教学来满足我们的理智，他们的工作简直就是良好的艺术。
”建筑外观上的体块，一般都表现为某种几何体或者某些几何体组合运用，包括重复、并列、叠加、相交、相切、切割及贯穿等等，没有一定之规。
在设计过程中，这些几何图形出现在建筑的平面、立面及剖面图中，它们都是抽象的存在，通常并无任何具体的联想，这正符合任何一种流派对建筑的定位。
建筑师有充分理由遵循这些久经考验的原则与规律。
2 建筑设计过程与建筑空间形式的互动
建筑设计强调功能、技能和审美的需求，强调空间的三维性和时间因素，以及被塑造的空间与自然界和社会环境因素等的关联与综合。
这些因素构成了建筑空间设计的丰富内容和多维复杂性。
因此，在设计过程中需要进行大量的空间形象思维，建筑师就是在这么多考虑条件下从事创作，运用自己的想象能力、专业知识与经验发展设计的理念，并采用合适的表现手法，逐步将脑中抽象的意念转化为具体的建筑物。
建筑物的特征虽然有许多变化，但是这种由脑中意念，经手头上的呈现，再成为建筑实体的过程，却是不变的。
早在古埃及时代，许多大型的建筑，在建造前就绘画出表现意念的建筑方案，当时建筑方案的形式仅仅是简陋的平面图和立面图，平面图用来考虑建筑物和地形间的关系，立面图用来考虑建筑功能与形式，立面图上除了一些细部装饰之外，还利用红色的方格来控制立面的比例关系，设计者通过二维空间的表现方式来从事设计思考。
古希腊时代基本上沿续了古埃及，并有更进一步的图面表现形式。
公元前三千年前后，建筑师画在泥板上的平面图已经与今日惯用的平面表示法十分接近，它包含了以双线表示的墙的厚度以及不同空间之间的进出口，不够明确之处还通过立面、剖面，甚至陶土或腊像的模型来表现。
古罗马时期，二维空间图面已初具空间变化性。
建筑师已能充分地运用平面图、立面图和剖面图作为表现建筑意念的方式。
这些平面图除了表现单栋建筑物的设计意念外，还表现了建筑群体间所形成的空间关系。
建筑师利用不同的图集来表现建筑实体和结构，并利用了基准线来表示一些比例关系。
中世纪时期，为了强调宗教崇高精神所需的垂直向上空间，建筑追求前所未有的高度感，建筑师在脑中存有的极度变化的意念，仅仅靠二维空间的.表现手法，不见得能明确地表示出来，而且在平面、立面和剖面的表现上，构成和结构的考虑有明显的不足，结果造成哥特建筑因缺乏精密结构计算而有部分曾倒塌。
随着建筑形式的变化，以及满足结构与构造的需求，文艺复兴时期的建筑师在研究中很重要的一个方面是建筑意念表现方式在设计过程中的重要性，诸多的探讨和实践促进了建筑形式、建筑空间以及建筑设计方法与表现方法上的发展。
文艺复兴时期对于设计方法和表现方法的两大贡献，即是继承和发展了二维图形的方式，以及大量制作模型并用于设计过程中。
首先，文艺复兴在基本作法上继承了传统的方式，利用二维图形来表现脑中形成的建筑意念，并提出了更科学的要求，即平面图与立面图要对应、有序地排列，再配合剖面图和透视图，这种混合形式能更充分发挥图面的空间表达能力，使人们更直接地感受到立体空间的效应，达到有如模型般的立体效果。
然而，建筑师的创作意念，只透过二维空间的图面表现是不够的，更需要三维空间模型从事立体的呈现，除了表达建筑的外部空间和形式，还表达建筑内部实墙所塑造的空间，拉近图面的想象和实际庞然大物之间存在的差距，并且对建筑的整体比例、立面比例与细部装饰都提供了更明确的表达，以弥补立面图、细部图和建筑想象间必然存在的先天误差。
此外，模型还有助于建筑师对建筑方案进行光影的分析，装饰与整体的效果分析、材料使用与比例的关系分析，以及构造与结构的关系分析。
可以说，模型成为建筑设计的关键的切入方式，以至后来成为所有建筑设计中不可或缺的思考步骤，这是文艺复兴时期不可磨灭的功勋。
在设计方法和表现方式上的惊人发展，使文艺复兴时期建筑的形式，比过去的形式更丰富，也更具变化。
当代成熟的计算机技术进入建筑设计领域，电脑数字化过程融入设计思考和过程，产生了对于建筑风格的演进、建筑形式的变化、建筑设计方式与过程的影响，甚至对建筑思考方向都有冲击。
建筑师从事设计思考时，脑中所能想象的景象与实际建筑之间的落差，在文艺复兴时期由于模型在设计过程中的使用，跨过了第一步的限制;而由于电脑模型适当而巧妙地在设计过程中运用，可以再向前跨一大步。
这些在建筑理论与方法上的影响，使建筑更能明确而具体地掌握种种考虑，也因而能在形式和空间中追求更大的变化。
电脑的参与形成了新的设计方法和设计过程，建筑师脑中所形成的抽象概念，必然借由各种图、实体模型和电脑模型及相关模拟与分析，一同搭配来表达三维空间中极具变化的巨大实体和空间。
这个新趋势所带出来的建筑特征，是形式的极度自由化和曲线化，是历史的一种崭新的风格。
3 结语
“几何学”，严格地说应该是“欧几里德几何学”，对建筑学发展的互动作用，是客观存在的。
这种作用主要表现为两种方式：第一种是影响建筑设计过程中对方案的描述，最具代表性的就是透视学与阴影构图理论的应用，它们也是对建筑形式产生互动影响的潜在因素;第二种是影响建筑设计成果形式，如前所述，绝大多数的建筑形式都可以划分成基本欧式几何形体的穿插组合。
几何建筑观作为一种观念，与几何构图手法相辅相成。
对于建筑学来说，由于与艺术有着不解之缘，所以需要进入的“门”应该不只一个，除了技术之“门”，还有艺术之“门”。
尤其对于后者，不可深究，只要自己努力去做便是，然而有一点是无需怀疑的，即通过建筑构图手法去体现建筑的几何特征，就已经由技术领域跨入建筑艺术范畴。
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