关键词：几何学；数字化建筑设计；策略研究
引言：从目前的建筑设计分析来看，我国的建筑设计面临的难题依然比较多，比如在复杂建筑形体生成方面，传统的设计方法效果不够显著，而且在建筑实施全过程的分析与研究中，传统的方法利用效果也不够理想。这种局面对我国的建设行业发展非常不利，所以寻找全新的方法和技术强化设计非常必要。基于几何学的数字化建筑设计能够有效的解决上述的问题，实现建筑设计困境的突破，所以重视基于几何学的数字化建筑设计策略研究非常必要。
一、建筑几何学
所谓的“建筑几何学”具体指的是数字时代建筑学结合复杂几何学进行多学科交叉的专业研究领域。目前，建筑几何学的研究在持续性发展，关于建筑几何学的运用实例也在不断的增多。从当前的社会分析来看，之所以要研究和发展建筑几何学主要有两方面的必要：
（一）在目前的建筑设计实践中，有较多的问题难以突破。而随着数字化技术的具体发展，几何与数字化技术的联系日渐的紧密。越来越多的建筑研究人员发现机遇几何学的数字化建筑设计能够有效的打破传统的建筑设计窠臼，实现设计突破，所以从建筑发展的角度来看，“建筑几何学”研究与发展的必要性显著。
（二）建筑几何学在目前的建筑设计以及建筑建造中正发挥着突出的作用，而且成功的案例越来越多。从具体的案例分析来看，建筑几何学的现实应用很好的满足的建筑发展的需要，也满足了当前人们建筑审美以及建筑多样化的需要。简单来讲，人们的追求在不断的变化，对于建筑设计的要求在明显的提升，在这样的大环境下，强调建筑几何学的研究和应用，与社会建筑行业的具体发展有突出的意义。
二、数字化建筑中几何学的必要性
在数字化建筑的语境中强调几何学，一方面，是因为当数字化设计作为一种通用知识和技术，不可避免地容易陷入几何形式的创作中，而忽视隐藏建筑背后的本体逻辑，产生造价过高，甚至无法真实建造的现象；另一方面，是因为目前自由曲面在建筑设计中的应用研究，较集中于数控加工技术和设计流程的协同统一，而忽略了作为设计方法的几何学自身具有的创造性。正是在这一背景下，几何学对于建筑师理解复杂建筑形体的操作过程变得前所未有的重要，基于几何规则，它不仅为数字化建筑的形式生成提供合理的策略，同时为面向实体建造的分析及优化给予了实践的积极可能性，从而为复杂形体建筑寻找本体逻辑与数字文化的关联时，提供了新的出发点。
三、基于几何学的数字化建筑设计策略
从现阶段的具体分析来看，从建筑设计过程的不同目标做考虑，建筑几何学的应用主要体现在两个部分，即面向行驶生成和面向建造。对两个应用部分的设计策略做具体的分析，这与数字化建筑设计实践中的几何学应用有突出的价值。
（一）面向形体生成的几何学策略
从现阶段的具体分析来看，面向形体生成和的几何学策略主要包括两部分内容：
1.空间需求。在计算机技术不断发展的情况下，建筑形式的几何规则能够直接的对空间生成的规则进行反应，并基于这两者内在的高度一致性，得以充分的挖掘和利用建筑形式创新的巨大潜力。FOA建筑事务所是较早的基于空间需求进行建筑形体生成的尝试单位。其在具体的设计中，基于几何拓扑和地形等因素提出在“系列发生法”这样一种具有全新性的几何生成方法。这种方法的有效利用对于建筑空间需求满足起到了重要的效果。
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2.物质性能。从现实研究来看，建筑设计会受到诸多因素的影响，所以在建筑设计实践中需要对较多的因素等做具体的考虑。在建筑设计过程中，徐亚基于几何对建筑的力学性能、环境性能以及物质对象等进行模拟，同时还需要模拟各方面的制约因素。在具体设计的过程中，几何形体可以作为要素并实现对其的衍生和操作，以此来实现拓扑设计的可能性。从目前的建筑实践来看，有较多的设计师以及设计单位基于物质性能做了数字化建筑设计尝试，并取得了不错的效果。如此说明，在几何学的基础上进行数字化建筑设计工作，建筑设计的可操作性，建筑本身的功能完善性以及建筑设计过程的综合因素考虑会更具全面性。
（二）面向建造的建筑几何学
随着数字建构理论的出现与数控建造技术的发展，复杂几何形体的建筑逐渐有高性能的可建造性，并深刻地改变着从设计到建造的传统逻辑。基于几何规则，复杂建筑形体能够建立与物质要素的内在关联，这不仅为建筑的形式生成提供合理可控的策略，更是与建筑结构、材料以及构造逻辑有着更加直接紧密的联系，从而为实现形式—建造—经济三者的平衡提供了可能。面向建造是建筑几何学的核心目标，它主要包括两种策略：几何原型和形态重构。
1.几何原型
几何原型是指在设计初期即利用可建造的几何规则直译为建筑形体的生成逻辑，在重复运用和组合几何规则后，生成的复杂建筑形体逻辑也必然是可实施建造的。几何原型使用较多的是直纹曲面，它是由直线按照一定轨迹运动而形成，因而便于施工者支模建造。早在19世纪晚期的圣家族大教堂设计建造中，安东尼·高迪就开创了这一曲面的建筑形式语言，并一直被沿用至今。在数字时代的今天，几何原型的设计范围已得到了大大拓展，包括了生物几何结构的建筑转化、平板曲面网格的生成以及折叠生成曲面等设计方法。但因受限于特定几何规则的曲面特性，几何原型这一策略的设计自由往往受到很大局限。
2.形态重构
与几何原型不同，形态重构在材料选择余地和设计自由程度上都要优于前者，因而目前成为处理复杂建筑形体建造问题的主要策略。它是指利用可建造的单元拟合出原始的复杂几何形态，以重构出基于建造逻辑的近似曲面。在当代数字化建筑实践中，平面嵌板和可展曲面拟合是重构复杂几何形态最常用的两种方法。建筑师弗兰克·盖里往往通过可展曲面作为建筑形态构成的单元要素进行重构，以确保最终形态便于真实建造。从他设计的法国路易威登基金会艺术中心可以看出，整个建筑通过可展曲面重构的这一几何操作，使得表面数千块玻璃板和近万块水泥板都以可展曲面的形式存在，从而大大降低了建造成本和施工难度。而墨西哥城索玛雅博物馆则是利用平板化的几何操作，实现了平面嵌板单元拟合双曲面的设计目标。整个建筑形体为一个不规则的双曲面，通过正切平面相交的几何拓扑规则，建筑表皮以数万块六边形平面的铝板单元进行重构，进而便于加工与搭建，以获取复杂建筑形体和建造成本两者的平衡。
四、结束语
在现代化建筑设计的过程中，几何学的应用带动了建筑数字化设计的发展，在建筑设计过程中出现的一些问题，可以很好的提供解决方案，为整个建筑设计提供很好的创新和改革，提升了整个设计的效果，几何学数字化建筑设计，对建筑学的发展有着很重要的作用。
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论文作者:田瑞丰
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年2期
论文发表时间:2020/3/16
标签：几何学论文; 建筑论文; 建筑设计论文; 几何论文; 形体论文; 曲面论文; 策略论文; 《工程管理前沿》2020年2期论文;