室內非線性形態的切片建造研究

張楚浛

室內非線性形態的切片建造研究

張楚浛

本文通過對非線性形態的切片設計的理論背景的梳理，并結合與非線性形態的切片設計相關實際案列，主要解讀非線性形態的切片設計手法、特征、形式、以及建造方法等方面，來探索室內非線性形態的切片建造研究。

非線性設計 形態 切片 建造

引言

談論到非線性設計，人們常常聯想到一些形式復雜的設計以及高額的建造費用。在新型的室內空間設計中，非線性設計手法被使用地愈來愈普遍。隨著數字化建模技術的成熟，通過采用數字驅動的建模和計算機切割材料的技術，我們幾乎可以創造出任何想象的形態。切片設計是非線性形態設計中較為簡單的設計方法之一。 這種設計方法雖然簡單，但設計的形式卻很多。在注重形式美的同時，也注重了設計的環保性。本文通過對非線性形態的切片設計的理論背景介紹，并結合相關的實際案例，來分析室內設計中非線性形態的切片設計的建造問題。

一、“切片”概念及理論背景

1.非線性設計與“切片”建造概念

“切片”的探索最早出現于醫學的研究領域中，將各類細胞組織做成切片在光學顯微鏡下觀察，獲得了很多有價值的醫學圖片。 非線性設計中的“切片”主要指一個類型的設計方法，這種設計方法即將非線性的幾何體切成片狀形式。設計師可以通過切片的設計手法，創造出一些非常復雜的形態，但其建造過程卻會變得相對簡化。

“切片”的建造方式主要分為兩種。 一種是非物質的數字技術建造，包括創造性的使用腳本，編程和非線性模型軟件，主要運用到的建造平臺軟件是犀牛 （Rhino） 以及它的相關插件蚱蜢（grasshopper）。 犀牛主要是設計初始的幾何形體，切片設計形式則需要通過它的插件蚱蜢來完成。 另一種是物質建造，主要指基于非物質建造基礎上，通過材料切割并組裝，實現實體的建造。常用的切割方式包括：數控切割、激光切割、高速水流等。 物質建造需要根據建造材料的不同，選擇相對應的切割方式，但每一種切割方式都根據自己的特點具有一定的優勢。 可以說，切片制造技術目前已經發展的比較完備，能做到與非物質建造中的數字模型信息的無縫銜接。

2.非線性形態的切片特征與手法

非線性形態主要是區別于線性形態而言。線性形態主要指一些規則的幾何形體，而非線性形態則具有曲線、曲面、或不確定的屬性等特征。 非線性設計形態的特征常常是一個有機的、動態的、以及仿生的統一的整體。 整體與局部之間往往屬于同構的關系，他們擁有自相似性。 同時，非線性形態設計也許不都是從形式出發，但最終都將以形態的呈現作為結束，說明了非線性形態在非線性的諸特性中是一個具有總體概括性的要素。

圖1-1 非線性曲面形態的切片

運用切片設計方法生成的形態也屬于非線性形態，具有非線性形態的基本特征。切片形態設計是非線性形態設計中較為簡單的設計方法，主要特征表現為大量的片與片之間的重復與堆疊。大量的簡單切片形態通過一定的組織原則形成整體曲線形造型，涌現出超越材料本身屬性表達的形態美。 非線性形態的切片具有多樣性的特征，雖然不同的切片形式的設計方法差不多，但表現出來的形式卻是不一樣的。常見的切片形式有縱切、橫切、斜切、相互正交切等（如圖1-1）。

非線性形態的切片設計是一個將3D 幾何體轉化為2D 片狀，再轉為3D 幾何體的一個過程。其設計手法主要是通過建立非線性幾何形態，并在非線性形態的基礎上，將非線性幾何形態進行二維方向的切割。 其建造過程主要是在犀牛（Rhino）確立好想要的幾何體量模型，在此基礎上用犀牛的相關插件蚱蜢（grasshopper）的腳本將確立好的幾何體進行切割（如圖1-2）。 蚱蜢編程的原理是根據 XY 坐標軸做垂直、平行、45度角于坐標平面的多個等距的矩形，距離可以通過參數變量控制調節。然后通過將這些矩形設為中點，產生新的坐標體系后，繪制出半徑大于最高點到 XY 軸平面的距離的多邊形，再通過切割得出原輪廓模型的切口曲線，將曲面邊緣生成平面，最后通過向各自曲面的法線方向推拉出一定的間隔作為材料的厚度。幾何體形成的片狀的厚度也可以通過參數變量控制進行調節，將幾何體的切片提取出來布置在 XY 平面上， 用自動化的文字和數字標記他們，把文件保存成適合切割的格式，然后把模型用切割機切割出來，非線性的切片設計建造主要是用疊合方式，即把模型切片按照圖紙上的標號逐個疊合起來形成整個造型。（如圖1-3）

圖1-2 切片腳本之一

圖1-3 腳本解析

二、室內非線性形態的切片建造分析

非線性形態的切片設計在室內設計中的運用越來越為普及，不僅是因為切片設計能打破傳統的室內設計手法，而且是因為非線性形態的切片設計同時具備強大的功能性，即非線性形態的切片設計能夠使形式與功能完美融為一體，并更強調了其功能性。再者，非線性形態的切片設計的手法較為簡單且建造成本相對較低，卻可以達到很好的視覺效果，使室內空間變得生動活潑。下文將結合室內的非線性形態的切片設計實例，通過分析案例中的非線性形態的切片設計與物質建造，詳細解讀非線性形態的切片設計在室內空間中的運用。

1.頂面與立面非線性形態的切片建造

非線性形態的切片設計當被用來做室內的頂面與立面時，室內的空間結構將會發生改變，使得原本的空間形式不再單調，而是具有豐富性與動態感。雖然切片設計在整個空間中更多的是起到一種裝飾的效果，但是位于澳大利亞的墨爾本的貝克.D.芝瑞科（Baker D Chirico）面包店卻將頂面與立面非線性形態的切片設計賦予了功能性在其中。

該面包店的靈感來源于尋求保持簡單和真實的產品，把面包店構想成為一個超大號的糧倉。這個面包店立面的切片形態形成了一面起伏變化的切片墻并延伸到了頂面，立面的切片墻被設計成一個可以放置面包的貨架，架子上的每個格子的寬度和高度都通過精心的安排，以適應各種面包、罐頭的形狀，并可以自由調節（如圖2-1）。

這個空間務實的布局，內部線性的排列，使有限的空間在最大程度上得到利用。面包店的切片形態首先根據空間的尺寸進行了3D 軟件模擬建造，運用正交切片的設計形式，選擇膠合板作為切片的材料，然后進行計算機編號和排序，通過數控切割的方式將木片單元體進行切割。木片的支撐結構沒有用到鋼筋固定或是連接件，而是通過具有一定間隔的橫向與縱向的木片垂直交叉的方式來當作形體支撐的骨架。（見表1）

2.室內固定設施非線性形態的切片建造

利用非線性形態的切片設計代替室內固定設施，可以弱化空間中垂直墻面給人帶來的生硬感，有秩序的曲面切片還能引導人們的人流走向。 SPAR 超市處于匈牙利的布達佩斯，整個空間中隨處可見曲面切片，貨架和天花板都是非常流暢的木質線條，肆意的蜿蜒使空間充滿了設計感。地面也同樣地運用了深色的地磚，搭配溫和柔軟的燈光,營造了一個盡管在強調工業主要元素，但又非常舒服的氛圍。

圖2-1

空間設計的靈感來源于超市的名字 SPAR，在荷蘭語中的意思是松林，因此整個空間中隨處可見非線性形態的木片。 天花板上的切片結構具有一定的引導性，可供顧客選擇購物的路線。非線性的切片形式不僅運用在了天花板上，就連放置葡萄酒的柜子也運用了切片形式。天花板由上向下流動到地面并轉換成三維形式，在擺放葡萄酒的區域，天花板的木片繼續流淌到地面上，形成一個類似酒窖的空間。 （如圖2-2）

圖2-2

圖2-3

這個店面切片形態的建造首先根據空間的尺寸，通過3D 軟件先進行模擬建造。然后將設計好的形態運用切片豎切的設計手法生成片狀單元體，然后通過數控切割機切割與組裝。由于頂面的天花板和地面上的酒柜切片形式不同，所以建造手法也有所不同。 頂面的切片建造主要是通過鋼筋固定，片與片之間的距離通過鋼筋管預先設定好。地面上酒柜的建造方法主要是運用片與片之間的垂直正交穿插。（見表1)

3.可移動設施非線性形態的切片建造

室內可移動設施運用非線性形態的切片設計越來越普遍，很多校園的實驗性教學中，也會涉及的可移動設施的切片設計。位于西班牙的塞維利亞的野營（Camper）鞋履店內的可移動設施如：展示柜、座椅都是運用的非線性形態的切片設計。 由于這個室內空間的建筑面積只有66平方米，空間類型屬于簡單規則的矩形空間，所以非線性形態的切片設計就成為了店面的亮點。

空間的設計靈感來源于店名“Camper”在加泰羅尼亞的語意“農村”，想象顧客的鞋子踩著不規則的地面，像一個步行者悠閑地徒步在農村。設計師運用非線性形態的切片設計將多種功能集于展示柜一身，其形態的創意來自不同鞋款的外形輪廓，而不同的展示柜有高大、有短小，象征的男人、女人；展示柜形態表面有凸起和凹陷，象征著有山丘和洼地。 起伏變化的展示柜，凹陷的部分則具有座椅的功能。

這個空間切片形態首先通過3D軟件進行模擬建造出不同鞋款的外輪廓，制作出起伏變化的非線性形態，然后同樣是運用切片設計手法將非線性形態進行切片處理，生成片狀單元體，通過數控切割機切割。片與片之間主要是通過鋼筋固定，將組裝好的展示柜表面嵌入一層扭曲的“鏡子”（反光的金屬片），營造出一種在反射面中顯示出扭曲倒影的效果，顧客可以從中獲得快樂的體驗。（如圖2-3）（見表1）

案列 室內運用 切片形式 材料 切割方式 切片建造Baker D Chirico 頂面、立面 正交切 膠合板 數控切割 切片垂直穿插固定SPAR 室內固定設施 豎切為主正交切為輔 木板 數控切割 平行切片之間鋼筋固定、切片垂直穿插固定Camper 室內可移動設施 豎切 膠合板 數控切割 平行切片之間鋼筋固定

結語：

非線性設計往往被人與紛繁復雜的非常規的形式聯系在一起，使得它被片面的理解了。其實非線性設計方法所表達的形式不一定是復雜的，也可以將形式做的很簡單。非線性形態的切片設計打破了人們印象中復雜的非線性設計方法，通過簡單的切片設計手法，將一些預想不到的形態得以實現并實施。非線性形態的切片設計運用靜態的設計,卻展示出了動態的效果，使得原本單調的室內空間變成生動活潑，富有動感。 在技術發展的推動下，非線性設計與非線性的建造以及彼此的互動將是設計發展的必然趨勢。 所以，我們應該從設計與建造的之間的關系出發，來研究非線性設計并以推動其向更好方向的發展。

[1]【美】尤卡·約崎雷多，邱博舜譯．建筑維護史［M］．臺北：國立臺北藝術大學出版社，2010．

[2] 劉先覺．中國近代建筑總覽——南京篇［M］．北京：中國建筑工業出版社，1992．

作者單位：南京藝術學院設計學院