编织系统在建筑设计中的应用

栗 鹏

(同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司，上海 200092)

编织是人类古老的一种把少数物质汇集成大片物质的方式。它通过把细长的东西互相交错或钩连而组织起来。这样一种用在纺织行业的主要手段，如今也被应用在建筑设计系统中。一根线承受力的能力是小的，但我们可以通过改变线的数量和结合方式的方法使线的承受力的能力增加，这就是编织的最重要的优点，也是它之所以广泛应用在除衣物编织的许多领域的重要的力学特点。例如，单纯一根线受拉易断，但当我们拉一捆线的时候，由于整个线的数量使力的作用分散，从而使这一捆线不易断开。又如，单纯线的排列不能够形成一个整体，当我们通过编织的某种特定的方法，如plain weave，可以使线与线之间有序排列，从而形成一个统一的整体。这种形成整体的线使自身形成空间感而不是单纯的一维的线的概念，同时也改变自身的受力状况，形成一种更适于抵抗外界拉力的新的形式。在服装领域，由于编织的主要目的是供人衣物穿着，所以编织技术所用的材料是线。与服装领域不同，建筑领域对编织技术的应用主要是针对于编织的技术和结构特点，对于材料的选择则灵活多变。我们可以选择木头，金属，塑料等等具备与线的受力形式一致或者相近而且适于应用到建筑上的材料作为建筑编织的物质基础。编织技术在建筑领域的应用十分广泛，人们已经创造出各种各样的方法对建筑材料交织相错以创造出各种各样复杂多变的空间形式。这些由编织方法形成的建筑形式可以是二维的也可以是三维的，可以作为建筑的表皮或者创造整个建筑的空间，并且在整体上与自身形成的结构相互融合统一。例如，中国北方游牧民族的蒙古包就是以编织的方法搭建起来的易拆易建的灵活自由的传统民居。蒙古包的主体哈那是以柳木条用皮绳缝编成菱形网眼的网片。将若干哈那连结，形成一个圆形栅框，就是蒙古包的墙壁。通过柳条编织的哈那改变了柳条原本的物理性质，并且使之发生了结构和受力特点的根本改变。

1)哈那具备自由的伸缩性，由于哈那的编织方法使柳条与柳条之间留有菱形的空间，它的高低大小可以相对来进行调节，以适于游牧民依照不同的地点变换哈那的高低，从而使室内空间发生改变。

2)它有巨大的支撑力。哈那均匀地编织成一个圆圈，哈那头均匀地承受了屋顶传来的重力。这些荷载通过网眼分散和均摊下来，传到哈那腿上。所以指头粗的柳棍，能承受二三千斤压力。由此可见，编织能够通过对一种材料的物理性质的改变以达到对材料受力特点的改变。

中国国家体育场鸟巢是当代利用编织的手法设计的最有代表性的案例。鸟巢看似凌乱没有章法，但实际上它的内部存在着利用参数化建立起来的结构，荷载传递和空间的规律。鸟巢的设计者充分发挥了鸟巢的材料钢的抗拉性能，将鸟巢的主要受力结构设定为48品门式桁架，即，框形的钢架结构，钢架结构自身跨距达100多米。每两榀门式桁架共用一对钢架柱，这些钢架柱从地面升起，向上弯曲伸展成水平钢架，编织出鸟巢的大模样。结构建筑师们结合参数化设计通过计算机模拟定位出轨迹线让它们得以旋转成现在我们看到的优美的环形结构。组成这个巨大结构的矩形钢构件最大的尺寸为1.2 m×1.2 m，足够供工人在里面行走并进行各种工作。建筑师赫尔佐格想达到鸟巢这样一种凌乱的效果，为此他也在这些有规律的主要受力钢筋上再划了很多斜联系梁，这在结构建筑师的眼里是次结构。这些斜杠梁并不是纯装饰作用，它也起到了一个辅助受力的作用，有了它，鸟巢的空间结构性能更加的完整。编织的基本元素是线，通过某种编织方法对其进行编织以改变它们的物理性质和空间状态。它可以由一维的初始元素创造出自由的二维或三维的空间形式。用不同维度的方法看待编织的生成原理，我们可以看到，宇宙中所有的物质都是由最为基本的点构成的，点构成一维的线，一维的线构成二维的面，二维的面构成三维的体。而编织形成空间的步骤也在遵循维度的改变，与点面的维度转化一样，其生成机制也可以互相贯穿。

本人对编织的应用进行了系统的测试和分类。

第一类是不考虑点的垂直分布直接从平面的角度考虑点用编织手法的连接。这种编织方式是点与点之间的直线连接，并且连接的方式对于所有点是平均对待的。每一个点都和它周围特定方位和数目的点连接，即对于任一个点来说，都有相同数目和固定方位的点与之相连。这样就对于空间中所有的点在平面上的连接方式都是相同的并且呈中心对称图形。例如，在这里用斜向的相隔的连接方式连接两个点，那么，对于每一个点来说，在平面上在它的周围一共有8个点与之相连，这9个点形成了以一个点为中心8个点环绕与之相连的图形。但是在三维空间上，由于所有点依据自身透明度的等级而导致的在垂直位置的空间分布的不一致，所以由这种方式连接形成的图形的空间和结构就相对比较错综复杂。这种编织的优点是使空间中的点依据某种逻辑关系相互连接从而形成三维的空间结构，但是它的缺点是形成的结果十分复杂，线条繁多。

第二类不再像第一种编织方式只是考虑平面上的所有点的连接，而主要考虑了层与层之间的点的编织手法的运用。由于整个点的分布是随透明度的不同而逐层分布，从剖面看时可以清楚地看到整个物体表现出12个层次。我试图在相邻的层与层之间运用编织的手法，同时结合平面上呈中心对称的点的连接方式。这种编织方式清楚地反映了整个物体的层与层之间的结构系统的层次性和条理性。

第三类编织手法是依据结构层次的垂直分布成生长般的使每一层逐一连接其上各层。例如，第1层连接第2层～第12层，第2层连接第3层～第12层，以此类推。这种编织手法的使用清楚自然的反映了整个系统的结构生长方式，使整个逻辑系统符合自然规律如树木一样呈现出向上生长的结构系统并且在每一层不断分支的生长状态。同样，在平面上还是如第一种编织手法一样，采取对每一个点以同样的方式相连接的形式。但在这个案例中，在层与层连接中，由于在平面上并不是所有的点都紧密地相邻排列，所以不是所有的点都能与周围特定范围和方向的点连接，依据某种规则设定的编织手法使具有符合这种规则的点与点相互连接。

由于发现单纯用直线连接的方式体现不出编织的手法，于是我试图用曲线来作为结构依某种规则连接点，并且采用第三类编织手法从下至上成生长性地依据结构逻辑连接层与层。如，我在点的初始阶段对点的分布来进行选择，使最下层只有正中心一个点，以它作为整个系统的结构的出发点，并且成为整个结构受力的中心。在这个案例中，荷载通过点与点之间的曲线的连接从最顶层传递到最底层，所以每一层的点作为荷载的集中承载对象，起到支撑整个结构系统的作用。这种编织手法对整个系统的结构的传递作了最好的诠释，同时在编织的线与线之间创造了有疏有密的空间。

在这个案例中，每个点相当于一个节点，正如编织手法中的节点。节点在整个结构系统中起到了承接荷载并且传递荷载的作用，同时节点还把整个结构束缚为一个整体，而不开散。从剖面方向可以清楚地看到整个系统正如树木生长的样子，每一层支撑着每一层，结构与结构之间的荷载从下到上一层一层地分散。由编织形成的曲线形成的有弧度的曲线形式再被每两层的节点固定束缚住，体现了荷载的合理传递。但在这个案例中，由于每一层有众多的点存在，所以经由编织手法形成的结构和空间形式纷繁复杂，有些凌乱。

实际上，要支撑起整个结构并不需要如此多编织的曲线，只要通过合理的程序计算，对一部分结构曲线进行合理地分配布置就可以达到目的。虽然这个案例中的编织手法有自己的逻辑性，但是复杂的线条穿插于整个空间，并不简化明了，有些多余。所以我的这种编织手法的运用尚待完善，应找出合理简明的逻辑性的编织方法，以达到空间和结构都完善的成果。

本设计方案是对编织手法的使用，依据维度的转化的基本原理引入编织手法，使直线和曲线交织穿插其中，连接每一层的点，达到合理的结构和空间分布。但是，这个编织手法的运用并不完善，尚有许多逻辑性和合理性的因素需要进一步考虑。

［1］Caruso St.John Architects.Knitting Weaving Wrapping Pressing，Luzern，Architkturgalerie，2002(Caruso St.John Architects，编织包装学，卢塞恩，2002).

［2］Stephen Kieran，James Timberlake.The Architecture of Kieran Timberlake，Princeton Architectural Press，Inc，2002.

［3］Julie Paama-Pengelly.Maori Art and Design:Weaving，Painting，Carving and Architecture［M］.New Holland Publishers(NZ)Ltd，2010.5.7.

［4］常志刚，冉茂宇.肌理之于建筑［J］.建筑学报，2003(10):81-82.