1、第四章 非线性建筑形势分析4.1.点空间的相互渗透，在视觉感受上形成“借景” 、 “对视”的效果，也造成“空间停泊点” 。普里戈金写道：“生命看来好像不再作为反对热力学第二定律的一个支撑点，尽管有某些方面的工作，然而合乎特有的动力学定律和远离平衡的条件。这些特有的动力学定律允许能量和物质流动，以建立和维持功能有序和结构有序。耗散结构理论就这样把热力学定律结合起来，解决了非线性建筑从有序到无序发展思维过程。从哲学角度看，重要的是要弄明白，非线性不能归结为系统原子、分子、细胞、有机体等等这些复杂的微观水平。它们有时是可测量的量，有时是定性的性质。然而，非线性并只是一个理论性的、没有任何现实性的数学
2、概念。实际上，它们代表着真实的宏观现象的性质，复杂系统探究方式不是一种形而上学的过程本体论。对于构造自然科学和人文学科中的非线性复杂系统的模型，提供了一种启发性框架。如果这些模型可以数学化，它们的性质可以量化，那么我们就获得了一种经验性模型，它们可能与数据吻合，也可能不吻合。役使原理表现了另一种优点。由于它减少了复杂系统中的大量的自由度，这就不仅仅是启发性的、数学化的、经验的和可检验的，而且也是经济的。对于一个与外界有能量和物质交换的开放系统，在到达远离平衡态的非线性区时，一旦系统的某个参量变化到一定的阈值，稳恒态就变得不稳定了，出现一个“转折点”或称为“分叉点” ，系统就可能发生突变，即非平
3、衡相变，演化到某种其它状态。一个重要的新的可能性是，在第一个转折点之后，系统在空间、时间和功能上可能会呈现高度的组织性，即到达一个高度有序的新状态。我们的探究方式表明，物理的、社会的和精神的实在都是非线性的和复杂的。协同认识论的这个基本结论要求我们，注意我们的行为的严重后果。正如我们所强调的，在一个非线性的复杂的现实中，线性思维是危险的。作为一个例子，我们必须记住，我们需要的是一个建筑学和经济学之间有着良好均衡的复杂系统。我们的建筑工程师和心理学家，必须学会把人看作复杂的精神和肉体的非线性体。线性思维可能会作出不正确的诊断。医疗中的局部的、孤立的和“线性的”治疗方法，可能会引起负面的协同效应。
4、复杂系统探究方式需要有新的认识论和伦理学结论。最后，它也提供了一个机会，使我们去防止非线性复杂世界的混沌，去利用协同效应的创造性可能。4.2 线 一般地说，观测一个系统，无论它是物理的建筑学的还是社会的，都可以从不同状态来进行。为观测现象建立模型的策略，自古以来可能已有变化，但是建模活动的目标在某种意义上却是相同的：被观测系统中状态变化的动力学。显然，真实的状态不可能仅仅用几个可观测参量来描述，但是却假定这是可以做到的。在早期的天文学和力学中，这是数学理想化的第一步，并导致了一组理想状态的几何模型，这在今天称作模型的态空间。前苏格拉底的自然“模型” 不同于现代的模型，不仅仅在于数学化和可观测性
5、，还在于真实系统的实际状态与几何模型点之间的关系被认为是本体论上所需要的，而在现代系统中它却是由于理论、预测等等缘故而保留下来的虚构。欧氏几何认为两点最短连线从理论上或实际中都是直线。但是在已建立的古典球面几何里，两点间最短连线是通过这两点的最大弧线。而且球面上任意三角形内角和大于 180度。这不是什么好大惊小怪的事情，而是非常有意思的东西。当一个二维的东西，放置在一个三维的面上，意义发生翻天覆地的变化。最简单的框架是一个参量的模型。早期医学对哺乳动物的认识指出，健康或生病的状态与温度这个参量有关联。许多动物所表现的一些特征可以说也就是对其他动物的情绪状态：狗的耳朵状态相应于它的害怕状态，而犬
6、齿暴露程度则是其愤怒程度的定性“参量”。把两者组合起来，就更恰当地代表了狗的情绪状态。行星的状态在中世纪可用其角速度和场所来定义。其他系统的状态可能需要两种以上的特征来定义（例如用温度、血压和脉搏速率来表示哺乳动物的健康状态） 。在任何情况下，如果这些参量是用数值显示的，那么相应的状态空间就可以用几何空间来表示。因此，二维状态空间中的单个点所表示的两个数值参量的值，就可以表示在欧几里得几何平面上。系统状态的实际变化是可观测的，可以表示成该态空间的一条曲线。如果这条曲线上的每一个点带着记录下观测时间的标志，那么我们就获得了该模型的轨迹。有时，引进另一个时间坐标，用其时间序列来代表参量的变化，这也
7、是很有用的。这种表示叫做轨迹图。4.3 面非线性科学的前沿和重要分支，又是一门新兴的横断学科。其启示是多方面的：1）分形整体与局部形态的相似，启发人们通过认识部分来认识整体，从有限中认识无限；2）分形揭示了介于整体与部分、有序与无序、复杂与简单之间的新形态、新秩序；3）分形从一特定层面揭不了世界普遍联系和统一的图景。建筑形式的不断拓展，新的建筑风格与审关追求就会出现。非线性建筑就是适应了这种时代潮流的发展应运而生的。现代工程力学以及相关的工程技术的重要理论基础之一就是笛卡尔所创立的坐标几何，它也是建筑结构的参考体系。在生产实践和科学研究中，人们用以描述客观世界的几何学是欧儿里德几何学，以及解析
8、几何、射影几何、微分几何等，它们能有效地描述三维世界的许多现象。但是，自然界大多数的图形都是十分复杂而且不规则的。用欧几里德几何学是无能为力的。所以需要一种新的几何学来描述。所以，一般地可把“分形”看作大小碎片聚集的状态，是没有特征长度的图形和构造以及现象的总称。描述分形的几何，称为分形几何，又称为描述大自然的几何。分形具有的非常重要的性质就是“自相似性” 。一个系统的自相似性是指某种结构或过程的特征从不同的空间尺度或时间尺度来看都是相似的，或者某系统或结构的局域性质或局域结构与整体类似。即整体与部分有着相似的形状、结构或功能，部分放大后与整体差不多。另外，在整体与整体之间或部分与部分之间，也
9、会存在自相似性。一般情况下自相似性有比较复杂的表现形式，而不是局域放大一定倍数以后简单地和整体完全重合。建筑通过形式表现自然关自古以来都有反映。当非线性建筑出现后，由于“对于建筑形态的拓展，非线性建筑表达自然美的手段就显得更加丰富。对自然的模仿并不是非线性建筑的目的，它只是表达人们回归自然地情感的一种手段。非线性思维下的建筑外表和空间往往背离传统建筑空间构成法则，往往呈现出不规则的形态，仔细体会人们可以从中感受出其中所蕴含的自然意象。这种自然意象表现为对自然地貌、现象、物体的一种模仿和借鉴，将建筑师对自然的理解和情感用建筑语言表现出来，也使人能体验到自然的某种形态或气氛。如溶洞般的中庭、水分了
10、般的游泳馆、软体动物腔体般的剧院等，让人耳畔一新却又马上联想到自然中的形态，而正是这种自然意象将建筑与其他学科的思想联系起来。不管是仿生也好，还是原生态的自然意象，建筑学都在新的层面上探索建筑作为人工物与自然的微妙关系，整体的建构更具物化的真实，细部的处理则略显含蓄的意象，它走向一种与自然渗透融合的状态，建筑被赋予有机生命的精神，表现出生命的活力与美感。人类本来就属于自然，其情感动力与艺术灵感必然受到自然界万物的启发与影响，从古典建筑到现代建筑的纯粹几何形象，使人们一再摒弃本有的复杂性与非线性，建筑与自然的关系越走越远。随着生态与可持续发展思想的深入人心以及对宇宙自然的进一步认识，人类开始重新
11、将视野放回到所处的地球环境中去，在非线性建筑创作中，将自然意象融入到建筑中去，在较深层次上探索和表现建筑与自然的关系，位建筑呈现出一种自然与生命的美学。对科学、自然和杜会复杂本质的认识是审美观主简单向复杂拓展的深层原因。审美体验逐渐从简单、对称的几何形态向复杂、自相似、随机、混沌的自然形态拓展。数字技术带来了新的审美取向，建筑越来越侧重流畅光滑的曲线，轻盈透明的开放空间，柔软动感的不定形态，复杂交换的形式生成，但异于传统的美学观。格式塔心理学研究表明，脱离基本形的复杂形式“格式塔”能使人产生审美心理的紧张，促使人注意力集中，长时间产生兴趣并努力加以理解和认识，非线性的建筑形态由此被赋予多重含义
12、。混浊的探索带来了审美价值观的改变，传统美学所表现出来是一和谐、有序。明晰、确定、纯粹的美，而混沌体现的美是一种模糊的美，多样性美，复杂性美，一种动态的关。模糊之所以能产生关，在于它暖味、脸俄、不确定。在于它亦明亦暗，若隐若现，扑朔迷离，引人猜测，诱人还想。同时这种模糊美还以整体性作为特征，建筑各个局部弱化各自的轮廓、印象，并且在交融、渗透中，不断地将自己的轮廓、印象消失在相互联系中，并重新组合为统一的整体的轮廓、印象，含蓄远比显露显得意境深远。传统的空间量化方法是在笛卡尔直角坐标系中定义空间的长宽高。这种空间采用直角梁柱结构，它不仅体现了最简单的力的传导的结构逻辑，而同。还是从复杂现象中提炼
13、出来的简单形式，具有最容易把握的秩序体系。这种结构倡导的是理性的分析精神和功用思想，因此它和现代主义建筑结合的天衣无缝。但是，机械简化的结果就是忽视了事物的多样性，忽视了人类的精神需求，所以现代主义建筑出现了雷同的方富于形式。新的结构形式的出现使建筑形体终一了可以打破笛卡尔方格网状的结构而向一种全新的自由形态迈进。随着人们审美的时代变迁，非线性建筑的结构不同于线性结构的审美特质，吸引了人们广泛的关注。当代科学、艺术以及意识形态的变迁，集中地体现在非线性建筑结构上。格林恩对“加的人歌剧院”竞赛的中的设计表明了对分形几何自相似的应用。其分形形态来自基地附近的卵形港湾的形态。建筑师提取了一个椭圆形当
14、成建筑平面的基础图形。然后将这个卵形图案进行分形处理。卵形一个向右旋转 45 度复制有一定的缩放，另一个向左旋转 90 度也有一定的缩放，如此反复，建筑师对分形图案的构成总共体现了 5 个层级，林恩认为这是用电脑模拟生物的生长过程才使得平面成形。4.体非线性的追求符合我们对整个建筑具有很强的整体性的理念。非线性建筑形态作为情感的载体，它比抽象简洁的方盒了传播情感更加具有活力。相对于功能和结构，人们对形态的体验显得比较直观。非线性建筑对于曲线和曲面的大量运用，从形态上容易突破理性的逻辑，生成具有雕塑感的建筑形态。而一些艺术观念对建筑领域的渗透也使得非线性建筑的审美趋于雕塑感的再现。有的艺术家认为
15、：艺术的重点不是模仿自然，而是重在情感的表达与共鸣。近代天文学的第一位伟大的数学家约翰奈斯开普勒认为，简单性信念也是颠扑不破的。他在 1596 年的神秘的星际旅行者中，开始多次尝试把规则体引入行星系统中，两行星之间的距离正是此规则体的内接球面和外切球面。土星、木星、火星、地球、金星和水星这 6 颗行星所相应的 6 个球面，恰好是一个处于另一个之中，而且以如下顺序分开：立方体、四面体、十二面体、二十面体和八面体。三维是一个几何的概念。自建筑作为一种人类自觉的制造起，大概就和几何学产生了脱不了的干系。在 18 世纪以前，东西方的建筑材料根据地域的区别出现了不同的材料运用。东方，木材作为建筑材料的主
16、角，人们根据其的性质发展出的木质结构建筑；而西方的建造历史上主要采用砖石作为建筑的材料，从而发展出拱形或弓形的砖石建筑。时间进入 19世纪后，随着当时科学技术的发展，出现了适应性更强的材料广泛运用于建筑行业，比如铸铁、钢材和玻璃。当钢材的获得变得相对便宜和便利时，同时它又有较好的抗压抗拉性能，所以钢材就成为了主要的建筑结构材料。当芝加哥的高层建筑纷纷拔地而起之时，钢材的应用也己经大量出现在不同的公共建筑或大空间建筑之中。开普勒是一位不折不扣的自然科学家，不能长期沉湎于柏拉图式的推测中。他在 1609 年写的天文学通论是一篇独特的文献，是在精确观测结果的不断增加的压力下，通过一步一步的研究来解决
17、古老的柏拉图简单性概念。与哥白尼不同，开普勒将新颖的动力学论据加进了其运动学研究中。他与哥白尼的不同还在于，太阳不再被看作处于运动学的非正圆心点的没有物理学功能的东西，而是被看作行星运动的动力因。新的任务也就是要从数学上来确定这些力。开普勒的用磁场进行的动力学解释只是一次（不成功的）最初尝试。在后来的牛顿引力理论中才取得了成功。亚里士多德认为，所有的个体都带着其自然目的而自我运动。这里则是阴阳之道决定着个体的内部节律，那些能量也总是要返回其起点。道的循环运转模型，可以提供一系列的解释：天文学中历法的制订，气象学中的水循环、食物链和生理学中的循环系统。它对于自然中的生命节律是极富说服力的，人们天
18、天都在体验着这种循环，并可以用来指导自己的生活。自然界表现为一个目的性的机体。满足任何造型的需求，也就是说，人当今的材料技术下，建筑师。可以将各种自由形态的建筑付诸于实践，而不仅仅停留在图面的表达上。在这种技术背景下，材料的多元化发展使非线性建筑的出现和发展成为可能。中国的自然哲学中没有原子微粒概念，因而没有发展出西方文艺复兴意义上的数理力学。相反，其核心是自然界和谐的模型，其中节律波和场使得所有的事物都与其他事物相关联。声学的领先以及早期关于磁效应和电效应的见解，在这种自然哲学中成为可理解的。道家的观点更像斯多葛派的自然哲学，而不像亚里士多德的自然哲学。斯多葛派的自然哲学关注的核心也是如同水
19、波的巨大连续统的传播效应。这个连续统就是斯多葛派的普纽玛，其紧张和振动被认为是决定了种种自然状态。自然的丰富多采的形式仅仅是由普纽玛的紧张变化造成的短暂模式。当然，现代的思维方式已经跃进为水波、声波的驻波模式或磁场的模式。然而，无论是斯多葛派还是道家的启发性背景，都不会导致可与以原子论自然哲学为背景的伽利略力学相媲美的声场或磁场的发展。对于从复杂、无规和混沌的物质状态中出现有序所进行的描述，仅仅是定性的，而且对地下和天上运用了不同的模型。由此，先锋建筑师通过对概念的提炼，往往想通过建筑的形态来表达一种情感比如：有的建筑师为了表达对科技的崇拜，讴歌“力量”与“速度” ，那么他的建筑作品在形态上注重突出动态的运动过程，建筑蕴含的动感仿佛凝聚在一座雕塑中。非线性建筑形态对雕塑感的再现，使其常常作为当地的标志性建筑对整个城市文脉的一种解读和回应。
