网站原创摘 要：无限关联结构在建筑装饰、表皮、受力结构设计中有广泛的应用是一个和谐的整体.本文通过系统的介绍无限关联结构的组织原理和类型,以便更好的应用在建筑设计中.
关 键 词：无限关联结构；二维结构；三维结构；
Abstract：Theinfinitecorrelationstructureinarchitecturaldecoration,theepidermisbythewiderangeofapplicationsinthedesignofforcestructureisaharmoniouswhole.Throughthesystematicintroductionofanizationalprinciplesandtypesofinfinitecorrelationstructure,inordertobetterapplicationinarchitecturaldesign.
Keywords：infinitecorrelationstructure；two-dimensionalstructure；three-dimensionalstructure；
引言
无限关联结构是依据一定的空间节律,重复平移排列某一单元,并且能够不留缝隙地填满自身所在的空间.在自然界中普遍存在着具有无限关联结构的奇妙物体,它们既具有极强地适应自然的能力,又具有相互协调的美感.自然界之所以青睐无限关联结构,是由于无限关联结构遵循了自然界的演进规律,以简单的组织方式获得了最大的经济性和效率.自然界中的事物必定取尽可能小的变化值来适应环境[1].
无限关联结构将相同的单元密接在一起,单元之间相互支撑、相互制约,达到一种稳定的平衡态.它具有确定的抵抗外界破坏的能力,只有当破坏力超过这一确定值时,平衡态才会发生改变（如所有的晶体都有确定的熔点）.关联的整体比单元分散的状态更加有效,所消耗的资源也更少.但它并不是简单的单元堆积,而是一个和谐的实体.这种局部与局部、局部与整体之间所达成的协调与和谐,是产生美感的重要因素[2].无限关联结构以简单、高效的空间组织规则,体现了自然之美的结合.
无限关联结构在建筑设计中的应用非常广泛,体现在建筑装饰、表皮、受力结构设计中.本文通过系统的介绍无限关联结构的组织原理和类型,以便更好应用在建筑设计中.
1.二维关联结构
在装饰领域中,将具有二维关联结构的图纸称为镶嵌图形.镶嵌图形虽然在严格的组合规则控制下,仍然极富变化.即使是相同类型的平面镶嵌图形,也可能因具体填入的图形不同而千差万别,呈现出复杂的状态.因而,17种类型所能衍生出的装饰图纸可谓无穷无尽.
1.1镶嵌图形平面镶嵌图形可以铺覆任意形状的平面,因此在对建筑中形状各异的窗扇、墙面、地面进行装饰时,采用镶嵌图形既能轻松的填满各种不同形状的平面,又兼具和谐的审美效果.尤其是在中世纪西方伊斯兰教建筑装饰中,镶嵌图形的复杂和丰富程度更是达到了前所未有的水平.当时穆斯林教义禁止把具象的动物、植物等主题用于艺术,这种禁令一方面阻止艺术家探求单独图案的积极性,另一方面也使得创作受限的穆斯林艺术家们继而将兴趣转向了对镶嵌图形的探索,创造出了令世人眼花缭乱的镶嵌图形装饰艺术.
建筑表皮设计作为当代建筑设计中的重点愈发受到建筑师的关注.以镶嵌图形作为建筑表皮,可以创造出极具视觉冲击力的装饰效果.法国著名建筑师让.努维尔设计的巴黎阿拉伯文化中心,便成功地将镶嵌图形运用到建筑表皮的设计中.建筑师借鉴伊斯兰教清真寺的镶嵌图形,将其与自动的照片感光的控光装置相结合,设计成了可控制光线的建筑表皮.既传达了传统文化又包含了现代高科技,可谓是阿拉伯世界装饰艺术的现代演绎.
1.2织体结构建筑二维关联结构不仅可以为建筑增加装饰效果,同时可以作为承重结构,即平面网格结构.与单向受力的简支梁通过自身变形将荷载传递给支点相比,编织成整体的网格结构至少有两个方向的受力,它可以将荷载部分的受力分配给该网络的其他构件,是更为有效的荷载分摊体系.从理论上讲,5种对称类型的平面网络都可作为建筑的受力结构,其中最常见的平面网络是正交梁的构造形式,如钢筋混凝土双向密肋楼盖就是以正交的密肋组成网格来支撑很薄的楼面板.
当代建筑师们在利用网格结构高效受力分摊体系的同时,更加注重表现建筑自身所具有的纺织体般的视觉美感,这类建筑称为织体结构建筑,如位于法国梅斯的新蓬皮杜中心,外形似编织的草帽.无限关联结构的动态化设计是通过对无限关联结构进行拓扑变换,以获得丰富多变的建筑表皮.以正六边形为基础,在矩形窗洞、六边形窗洞、圆形窗洞、三角形窗洞之间进行连续渐变,使建筑的表情不再是单调且始终如一的.建筑师根据复杂的环境和使用功能,将建筑的不同部位设计成相互关联而又富于变化的建筑表皮.
2.三维关联结构
三维的周期性平移形成平行六面体空间格子,其中有6个参数变量,即3个平移矢量A、B、C及它们相互间的夹角α、β、γ.六面体空间格子共有14种,可分为7类.三维关联结构包括所有的点式对称和复合对称（旋转、反映、反伸、旋转+平移,反映+平移）,与14种平行六面体空间格子组合,可得230种对称类型.可见,相较于二维镶嵌图形而言,三维的空间铺砌的变化将更加丰富.
2.1空间网格结构在大跨度的建筑设计中,使用单层网格结构难以达到理想的效果且不够经济,这就需要平面网格向第三度方向延展,即形成更加高效和稳固的空间网格.最常见的是由四面体与八面体连接形成的空间网格构架.
如同搭积木,空间网格结构架可以在短时间内组装成形态各异的造型,并可轻易的拆卸.由黑川纪章设计的日本大阪世东芝展示馆,运用四面体与八面体组装成两种不同造型：塔状和十字交叉拱状,并在每个四面体内做了装饰化处理,即用六片三角形钢板焊接于四面体的边、顶点和重心.三角形钢板拆除了直线式,还有三种不同弧度的式样（钢板只于顶点和重点焊接,曲线一边不与四面体的边焊接）是构架更具雕塑感.由美国建筑师R.G.萨特怀特设计的纽萨楚姆别墅,同样运用又四面体与八面体构成的空间网格结构作为建筑的受力结构主体.整个建筑由9层多面体砌而成,每个节点由方形面的木杆间连接,节点间距为1.5M.建筑的基座先向外倾斜一层,然后再一直向内倾斜形成大面积的坡屋顶,建筑整体外系与周围的高山相融.根据居住的空间需要,建筑师将某些节点杆件从空间网格中删去,形成非正交的多面体房间.
2.2新型多面体空间钢架结构水立方的设计理念为气泡堆积的立方体,由于模拟气泡在自然状态下随机的形态是不现实的,因此需要寻找一种形态的气泡,使它即具有高效的结构又方便施工.
“将某个空间分成若干体积相等的单元,怎么分割单元失之具有最经济的结构,其交接面的面积最少?”1873年,科学家开尔文提出了这个疑问（即具有最高效率的气泡形态问题）.实际上,这是在寻找具有某种对称性的三维关联结构,并要求组成这种三维关联结构的多面体的体积相等,表面积最小.实际上某类晶体结构便具有这种三维关联结构.开尔文所给出的有14个面体的开尔文单元结构（即截顶正八面体,其中6个面是四边形,8个面是六边形）便与晶体化合物MG32（ZA,ZL）40具有相同的结构[3].1993年科学家威阿尔和菲兰（PHELAN）受晶体化合物NA8SI46的启发,发现了更高效的结构――WEAIRE-phelan（WP）结构单元,它有两个体积相等但形状不同的气泡单元：一个是十二面体,另一个是十四面体（其中包括2个六边形和12个五边形）[4].
水立方的空间结构正式以WP结构单元为理论基础,并对基本单元的形状与尺寸进行了优化设计,将水在气泡状态下的微观分子结构放大到建筑结构的尺度,形成“新型多面体空间钢架结构”[5].为获得立面大小不一的气泡随机美感,在截取WP结构单元堆积时,沿其三次旋转轴做了60度偏转.旋转后再切割所形成的表面,虽仍具高度的重复性,但多边形的种类明显增多,给人一种无序、不规则的总体印象.水立方的立面效果在现实生活中是难以窥见的,因为气泡与其他物体接触是总是90度垂直状态而不是保持其原有方向与他物接触.因此,水立方并非装满气泡的盒子,而是在无限关联的气泡空间中截取出一立方体.水立方的新型多面体空间钢架结构做到了名副其实的“真”与“美”的统一,也是无限关联结构在三维空间应用的一个成功范例.
3.总结
无限关联结构作为建筑装饰具有独特的优势：第一,其结构有规律可循,容易学习,传授和操作；第二,在有规律的格子中可填入任意的图形,给设计者留下了较大的创作空间；第三,能够适应不规则的形状,只须重复自身就可以填满任意形态的空间.
除应用于建筑装饰外,无限关联结构作为受力结构时更具独特的优势：①能够将可能产生的集体种荷载较为均匀的通过整个结构分配到所有支点；②当一个或有限数量的构件遭到损害时,一般情况下不会导致整个结构的毁坏；③具有较强的适应性和变化性,能够在自重较轻的情况下链接成不规则的造型；④结构自身所形成的有节律的网格具有天然的装饰美感.无限关联结构在建筑中的应用还有许多待挖掘的潜力,尤其是在发挥其高效的受力结构的同时如何展现其自身的装饰美,尚有待于建筑师在今后进行更多的探索.