基于環形拓撲學理論的建筑路徑設計分析
——以蘭卡威島集裝箱民宿項目為例

陳曉衛，王優，楊彩虹

（河北工程大學建筑與藝術學院，河北邯鄲056000）

如何在一個具有旅游區特征的場地建造一個集裝箱民宿，既能適應當地炎熱多雨的氣候同時又具有文化特色，能夠吸引更多的游客，是一個值得研究的問題。本文就環形拓撲學在集裝箱民宿建筑中的應用進行探索，試圖發現其在建筑領域應用的更多可能性。

1 環形拓撲學與建筑應用

1.1 環形拓撲學

拓撲學是幾何學的一門分支，拓撲學的直觀定義是：研究圖形拓撲性質的科學，圖形的拓撲性質就是圖形在經過拓撲變換后保持不變的性質[1]。本文主要研究的是拓撲學基本結構之一的環形拓撲學。

阿姆斯特朗在《基礎拓撲學》中提到：“環形拓撲以環形結構為前提，組織元素空間數據”。環形拓撲是經典的拓撲圖形（圖1）之一。

圖1 拓撲學經典圖形莫比烏斯環與三葉扭結

1.2 環形拓撲學在建筑中的應用

環形拓撲學因其拓撲可變性，被廣泛應用于建筑創作中，可在空間、功能、流線、形體等方面具備更自由的與周邊環境進行相互反饋的能力。應用環形拓撲學進行設計時，可以依據具體的場地高差、風向、地貌特征，以及抽象的文脈傳承、建筑風格等將設計進行相應的調整[2]。總之，將環形拓撲用于建筑設計時，建筑可以更好地適應環境，從而產生一個與場地契合度高的作品。

2 民宿建筑

民宿是指“利用自用住宅空閑房間，結合當地人文、自然景觀、生態、環境資源及農林漁牧生產活動，以家庭副業方式經營，提供旅客鄉野生活之住宿處所[3]。”隨著旅游業的發展，旅游區民宿大量出現，以其地域文化特色和獨具人情味的特點，成為最受歡迎的住宿方式之一。

世界各地的民宿各有特色，旅游區民宿通常與當地文化結合緊密，發展民宿的地域特色，使民宿與旅游相互促進，形成積極的相互作用。同時，旅游區民宿應遵守保護自然環境、體現文化特色、實現標準化經營的原則。

2.1 集裝箱建筑的營建特點

集裝箱建筑作為近年來發展迅速的建筑類型之一，其應用十分廣泛，具有成本低、安全性高、移動性強、建設時間短、低碳環保等特點，在世界范圍內得到了認可和廣泛應用。

2.2 集裝箱建筑與旅游區民宿建筑的共同之處

旅游區民宿是對環境破壞小的建筑，民宿應該在尊重自然的前提下進行設計經營，民宿是最能體現出當地自然環境與地域文化的場所，在旅游區這樣一個以場所精神占據主導的場地，場地的屬性遠遠大于建筑本身。旅游區民宿建筑如何謙虛而有姿態地介入場地是值得探討的問題。

在民宿設計中，應在原有場地基礎上，盡量少破壞環境，集裝箱建筑以其裝配式、材料可回收、現場作業少、產生建筑垃圾少等特性成為最適用于旅游區民宿的建筑類型之一[5]，能夠最大程度地保護旅游區的自然生態。

3 蘭卡威島集裝箱民宿項目

馬來西亞蘭卡威島是一個旅游小島，地理位置接近泰國（圖2），屬于熱帶雨林海洋性氣候，無明顯的四季之分，主要分為雨季和旱季，一年之中的溫差變化極小，全年雨量充沛，自然資源十分豐富，是馬來西亞著名的旅游景點之一。

圖2 項目地理位置

3.1 項目需求

本項目場地位于蘭卡威島東北部的黑蜜蜂莊園內，地形平坦，基地周邊植被茂盛，自然環境好。景觀可以透過廊道滲透，增加空間的層次感與趣味性。作為接待游客的建筑，為了吸引游覽、休閑、康養游客因而具有功能性、趣味性、地域氣候適應性等諸多的設計需求：

（1）滿足游客的住宿及休閑需求；

（2）體現蘭卡威島的自然風貌和文化特征，營造趣味性的空間；

（3）適應當地的氣候，為游客提供舒適的室內物理環境。

3.2 環形拓撲學在本項目中的應用

為了設計出滿足通達性、游覽性和公共交往性等需求的路徑，以滿足民宿功能性的需求，可以用“環形拓撲學理論”進行民宿的路徑設計。在本項目中，應用環形拓撲學的原因如下：

（1）依據場地原有的景觀植被情況，在不破壞樹木的前提下，多個集裝箱單元散布在場地上，需要環形路徑的水平方向的拓撲變換來將其串聯組合；

（2）為適應當地的氣候，無垂直方向圍護結構的室外走廊和坡道成為解決集裝箱建筑之間水平交通和垂直交通的最佳媒介，需要環形路徑的垂直方向的拓撲變換來實現（圖3）。

圖3 應用水平向量策略的拓撲變換（左）應用垂直向量策略的拓撲變換（右）

3.3 總平面布局

本項目運用了拓撲學理論和路徑設計相關策略，將集裝箱民宿建筑進行了合理的規劃布局。建筑路徑通常具有交通功能和明確的指向性，路徑空間的本質是一種串聯各個功能空間的媒介[7]。在民宿建筑中路徑空間并不僅僅是交通空間，同時也是人停留和交往的公共空間，隨著建筑多樣性的發展，拓撲學理論的應用就是在美學思想的引導下進行有邏輯的變形，從而使建筑的生成過程富有邏輯性[8]，使人在路徑空間中的體驗更有趣味性。

項目地處氣候特征明顯的旅游島嶼，在整體規劃布局時考慮了諸多因素，結合空間的交織、流動和模糊的設計理念[9]，項目主體部分的集裝箱為獨立的住宿功能空間，部分集裝箱有兩層，用廊道將這些集裝箱建筑串聯起來，形成一個環形的路徑，并通過坡道和樓梯來解決垂直交通問題，廊道也將集裝箱圍合的空間大體分隔成兩個庭院（圖4）。

圖4 總平面圖

（1）路徑的通達性

在設計之初，路徑的基本功能就是將交通組織便捷合理，以適應建筑的功能。客人流線和客人活動區域均在環形廊道圍合的庭院中，后勤流線在集裝箱外圍（圖5）。旅客和后勤兩條流線簡明清晰，減少了二者之間的相互影響。

圖5 流線分析

（2）路徑的游覽性

民宿應完善對環境關系的委婉處理，對居住期待的妥善回應[10]。東南亞極佳的自然條件促使建筑打破室內外邊界，廊道將自然環境引入室內，以創造一個具有良好品質的公共空間。環形廊道作為室內外交流的灰空間，應用環形拓撲學理論進行設計的廊道圍合出了有趣多變的院落空間。通過路徑的設計，人在行走過程中視線不斷發生變化，營造出步移景異的空間效果。

（3）建筑的適候性

東南亞地區的氣候適合室外活動，建筑通常注重通風和隔熱，一些建筑室內外邊界模糊。在本項目中，部分公共空間垂直方向無圍護結構遮擋，例如廊道的設計（圖6），既能夠遮陽又能滿足通風需求。在設計過程中始終遵守“因地制宜，合理布局”的原則。

圖6 廊道的設計

當地建筑朝向大多是由主導風向決定的，建筑大多數朝向夏季的主導風向（圖7），當主導風向和西曬發生矛盾時，依然優先考慮選擇風向，通過其他方式來解決西曬問題。由此可見，通風在東南亞建筑布局中具有決定性的地位，集裝箱建筑的布局相較于遮陽問題應重點考慮風向問題[11]。

圖7 項目通風分析

4 集裝箱單體建筑設計

民宿主要包括住宿和休閑功能，集裝箱的封閉性和易改造的特點使建筑具有多樣化的形式特點[12]，集裝箱改造過后為游客提供了一個私密的住宿空間。因此，本項目中集裝箱改造成的房間獨立設置，之間有綠化遮擋，房間與房間之間的距離也較遠，景觀起到了一定的視覺遮擋和隔音作用，因此私密性較強。集裝箱改造成住宿功能后，主要包括陽臺以及室內居住空間。住宿功能的集裝箱內的家具布置滿足基本生活需要（圖8）。

圖8 集裝箱建筑平面圖、剖面圖及透視圖

5 結語

集裝箱建筑與環形拓撲學的結合，使建筑以一種合適的姿態置于場地之上。本項目中民宿建筑既有獨立性又有一定的游覽性，與景觀融合在了一起。當前，各地對集裝箱加以利用的創作實踐在不斷增多，該領域發展前景廣闊，可用的理論與方法也層出不窮，需要實踐來探索更多的可能性。