探析建筑設(shè)計創(chuàng)新與可拓思維模式

楊麗淑

（福建瀧澄集團(tuán)設(shè)計院有限公司，福建 福州 350001）

可拓理論是解決復(fù)雜問題的方法學(xué)科，是將獨(dú)立事物定義為可拓展的各類元素集合，通過總結(jié)矛盾現(xiàn)象表現(xiàn)與處理方法，經(jīng)邏輯化、數(shù)學(xué)化、形式化處理，以模型研究事物拓展可能性和開拓創(chuàng)新性的規(guī)律和方法，形成了以形式邏輯和辯證邏輯思想相結(jié)合的新型邏輯和矛盾解決方法論。可拓理論特有研究方法是可拓方法，包括可拓分析方法、可拓變換方法、可拓集合方法等。由于可拓理論可解決各類復(fù)雜的矛盾，且不限于研究對象類型，自理論提出時即引發(fā)廣泛關(guān)注，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于管理決策、金融、自動化控制、質(zhì)量檢測、人工智能、故障診斷、醫(yī)學(xué)、新產(chǎn)品構(gòu)思設(shè)計和機(jī)械設(shè)計等領(lǐng)域。

建筑設(shè)計創(chuàng)新是在建筑基本功能的基礎(chǔ)上，對建筑外型、建筑功能、建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化組合，因建筑設(shè)計思路和方法因人而異，且缺乏行之有效的理論和方法支撐，導(dǎo)致建筑設(shè)計創(chuàng)新面臨較大的風(fēng)險。針對此類問題，可借助可拓思維模式指導(dǎo)建筑設(shè)計創(chuàng)新實(shí)踐，將可拓基元理論融入建筑空間設(shè)計過程，借助可拓理論分析和解決建筑空間設(shè)計中的難點(diǎn)問題得出最優(yōu)的建筑設(shè)計解決方法，有利于明確建筑設(shè)計創(chuàng)新思路，為建筑設(shè)計過程提供理論基礎(chǔ)、設(shè)計規(guī)律和設(shè)計創(chuàng)新方法，實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計過程的條理化、層次化，降低建筑設(shè)計中的不確定性，提高建筑設(shè)計創(chuàng)新效率。

1 建筑設(shè)計方法

1.1 循證設(shè)計法

循證設(shè)計法是基于循證醫(yī)學(xué)衍生的方法學(xué)科，即在現(xiàn)有建筑設(shè)計基礎(chǔ)上不斷完善，達(dá)到最優(yōu)的設(shè)計方法，可適用于各類建筑空間設(shè)計，但需要大量的數(shù)據(jù)為支撐，導(dǎo)致建筑設(shè)計難度增加。

1.2 空間句法設(shè)計方法

空間句法是以空間與社會關(guān)系量化分析為基礎(chǔ)的建筑設(shè)計方法，通過對建筑空間進(jìn)行量化分析，挖掘建筑空間中的隱含特征，關(guān)注建筑空間的互通性、聯(lián)系性，并按一定規(guī)則組合空間，實(shí)現(xiàn)建筑空間與人、建筑設(shè)計與社會的關(guān)系協(xié)調(diào)。該方法重點(diǎn)研究了抽象空間的內(nèi)在關(guān)系，并基于復(fù)雜的方格網(wǎng)繪制、測量重組空間，但由于該方法的科學(xué)性、智能化程度尚不成熟，導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用難度較大。

1.3 定量設(shè)計法

定量設(shè)計法是基于現(xiàn)代系統(tǒng)工程理論提出的一種建筑設(shè)計方法，通過定量分析建筑設(shè)計，基于周期性觀測、定測測試研究建筑空間使用者行為軌跡作為建筑空間設(shè)計依據(jù)，借助信息技術(shù)手段進(jìn)行模擬設(shè)計，從而形成以建筑空間設(shè)計元素為基本構(gòu)成的建筑設(shè)計圖紙。該方法具有一定定量分析優(yōu)勢，尤其注重建筑空間與人的關(guān)系，但由于未基于信息技術(shù)系統(tǒng)性描述建筑空間構(gòu)成，容易導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計缺乏系統(tǒng)性、整體性。

2 建筑設(shè)計方法的局限

當(dāng)前，在建筑設(shè)計領(lǐng)域，基本形成了完善的建筑設(shè)計理論與設(shè)計方法，運(yùn)用這些建筑設(shè)計方法能夠設(shè)計出較為完善的建筑設(shè)計案例，但此類建筑設(shè)計方法依賴于設(shè)計師的感性認(rèn)識和建筑設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，具有較強(qiáng)的不確定性，部分設(shè)計經(jīng)驗(yàn)缺乏的設(shè)計師過度注重建筑設(shè)計造型，無法保證對于建筑空間使用性能、空間與空間的切合度、建筑空間設(shè)計與人的關(guān)系的關(guān)注度，導(dǎo)致建筑設(shè)計創(chuàng)新性不足。以循證設(shè)計方法為例，其基于醫(yī)學(xué)循證理念發(fā)展而來，建筑設(shè)計一般是在現(xiàn)有基礎(chǔ)上的改進(jìn)與完善，而非對建筑設(shè)計中空間關(guān)系的重新審視與設(shè)計?？臻g句法雖然認(rèn)識到該問題，但其方法未能系統(tǒng)化、體系化，仍依賴于設(shè)計師的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，面臨定量分析弱化、邏輯性不強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)問題。

建筑設(shè)計創(chuàng)新是一個較為復(fù)雜的問題，涉及多種設(shè)計元素關(guān)系的梳理、元素提取與關(guān)系平衡，可拓理論是可以有效解決此類問題的方法論，有利于打破建筑設(shè)計思維模式的僵局，實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計創(chuàng)新的規(guī)律化、形式化、具體化。

3 基于可拓思維模式的建筑設(shè)計創(chuàng)新

可拓理論是跨領(lǐng)域的橫斷學(xué)科，重點(diǎn)研究物、事、關(guān)系，并以物元、事元、關(guān)系元描述事物?；诳赏乩碚摵徒ㄖO(shè)計創(chuàng)新之間的關(guān)系，可供選擇的建筑設(shè)計創(chuàng)新方法包括可拓分析法、共軛分析法和可拓變換法，以下重點(diǎn)探討可拓分析法和共軛分析法的應(yīng)用。

3.1 基于基元理論可拓分析法的建筑設(shè)計創(chuàng)新

可拓分析法是在已建立的模型中對構(gòu)成目標(biāo)和條件元素進(jìn)行拓展分析，獲得相關(guān)元素和下位元素，拓展獲得解決矛盾問題的思路。該方法傾向于定量分析，即借助可拓思維對建筑空間設(shè)計過程、關(guān)系和要素進(jìn)行形式化模型描述，該方法并非否定建筑設(shè)計的創(chuàng)新，而是對現(xiàn)有建筑設(shè)計創(chuàng)新的優(yōu)化和完善。

可拓分析法應(yīng)用于建筑設(shè)計中，首先，要分解建筑設(shè)計基元，即，式中，表示建筑設(shè)計基元，表示事物、建筑設(shè)計中空間關(guān)系等，表示空間特征，表示空間特征量值。在解決建筑設(shè)計中的復(fù)雜問題時，將建筑空間特征分解為功能、形態(tài)，如居住空間、商業(yè)空間等，并根據(jù)不同的建筑空間特征進(jìn)一步分解為空間特征量值，具體為建筑設(shè)計中的基本元素，如混凝土、玻璃、磚混等（如公式1所示）。

公式1 廠房建筑基元分解

基于可拓分析法構(gòu)建建筑設(shè)計模型，在具體應(yīng)用時應(yīng)量化界定建筑設(shè)計中目標(biāo)、條件和矛盾問題，以便于具體分析和應(yīng)用。建筑設(shè)計目標(biāo)設(shè)定可通過量化建筑設(shè)計功能和空間來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)確定，如商業(yè)綜合體項(xiàng)目外形構(gòu)造和功能分區(qū)等。條件是對建筑設(shè)計現(xiàn)狀和目標(biāo)之間的形式化表達(dá)，如安全性、環(huán)境要素、造價等，以具體物元“增加”“減少”的形式體現(xiàn)（如公式2所示）。通過約束條件量化，有利于進(jìn)一步細(xì)化建筑設(shè)計創(chuàng)新目標(biāo)，改善建筑設(shè)計創(chuàng)新目標(biāo)籠統(tǒng)的問題，平衡限制性因素之間的關(guān)系，如材料與造價、功能空間與結(jié)構(gòu)設(shè)計等，從而將建筑設(shè)計創(chuàng)新中的矛盾問題以定量分析的形式模型表述。

公式2 建筑室內(nèi)環(huán)境基元分解

在界定建筑設(shè)計目標(biāo)和條件約束后，可就具體問題進(jìn)行分析研究。以室內(nèi)外空氣流動為例，如建筑設(shè)計要求減少空氣流動，滿足冬季保暖和夏季制冷需求，則應(yīng)從維護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計、圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚度、開窗面積等方面綜合考慮，通過具體分析量化物元、事元和關(guān)系元，探尋解決建筑設(shè)計創(chuàng)新中矛盾問題的解決思路和方法。

以范斯沃斯住宅為例，其設(shè)計的最大特點(diǎn)是建筑空間與自然環(huán)境融為一體，以玻璃作為空間隔斷，室內(nèi)可直接透視室外景色。該建筑設(shè)計思路可運(yùn)用可拓思維進(jìn)行分析，即建筑設(shè)計目標(biāo)為“與自然融為一體建筑”，物元則是自然環(huán)境中的聲環(huán)境、光環(huán)境、顏色環(huán)境、尺度感覺等（如公式3所示），并對各物元進(jìn)行進(jìn)一步分解，得出建筑設(shè)計需求和條件約束差距，進(jìn)而為建筑設(shè)計創(chuàng)新中矛盾問題解決提供思路。

公式3 建筑設(shè)計目標(biāo)分解

3.2 基于可拓共軛變換法的建筑設(shè)計創(chuàng)新

共軛變換法是一種傳導(dǎo)變換研究方法，即對不同性質(zhì)的事物進(jìn)行性質(zhì)變換，以此達(dá)到創(chuàng)新的目的。在可拓理論中，共軛變換法包括虛實(shí)變換、軟硬變換、潛顯變換、負(fù)正變換四種類別，通過變化條件，滿足不同條件下目標(biāo)要求。如建筑空間中燈光顏色差異可表現(xiàn)為冷、暖，可根據(jù)建筑設(shè)計中人的感官需求進(jìn)行分類設(shè)計。

可拓共軛變換法可將不同類型的建筑空間條件進(jìn)行變換，以此達(dá)到創(chuàng)意創(chuàng)新的效果。如將寫字樓建筑與創(chuàng)意建筑設(shè)計條件變換（如公式4、公式5所示），改變傳統(tǒng)的規(guī)則性辦公空間設(shè)計模式，有利于拓展建筑設(shè)計創(chuàng)新思路，實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計中不同元素的融合。

公式4 辦公建筑設(shè)計目標(biāo)與約束條件分解

公式5 辦公建筑與創(chuàng)意建筑條件變換

基于共軛變換法進(jìn)行建筑設(shè)計創(chuàng)新時，首先，要基于可拓物元理論建立問題模型，界定建筑設(shè)計中存在的問題，明確建筑設(shè)計目標(biāo)和約束條件。其次，對建筑設(shè)計思路進(jìn)行拓展，分解不同類型的建筑設(shè)計條件，研究建筑設(shè)計目標(biāo)不變、變化的情況下，建筑設(shè)計條件變換產(chǎn)生的建筑設(shè)計思路，并分析可能產(chǎn)生的問題。通過上述過程可以獲得更多的設(shè)計方案，同時，明確設(shè)計方案的設(shè)計目標(biāo)、設(shè)計意向、現(xiàn)有條件和限制因素，可比選方案后，再選擇最佳的建筑設(shè)計方案。

4 結(jié)語

可拓學(xué)是一門系統(tǒng)性學(xué)科，隨著研究深入和應(yīng)用的日益廣泛，其理論和方法不斷豐富，為建筑設(shè)計創(chuàng)新研究提供了可依循的基本理論和方法論。本文僅論述了基元理論可拓分析法和共軛變換法在建筑設(shè)計創(chuàng)新中的應(yīng)用，其他建筑設(shè)計創(chuàng)新方法有待于進(jìn)一步深入探索。