分形理论在室内设计中的应用分析

杨雨露 李晶源

关键词：分形理论 室内设计 应用分析

引言

随着室内设计行业的发展，要求设计师不断地探索新的设计手法、设计理念来适应人们审美方面的新变化。分形理论作为非线性科学重要组成部分之一，让人们认识了整体与部分之间的关系，并为此提供了一种新的方法论。笔者尝试分析分形理论在室内设计中的应用，为其提供新的思维框架与设计方法，以期为室内设计的后续发展奠定基础。

一、研究背景

在人们的普遍观念中，传统几何学通常被认为是缺乏人情味，其主要原因在于其无法描述自然界中如云彩、树木、山脉、海岸线等复杂对象的内在结构。直到20世纪70年代中期，美籍法国数学家——Mandelbrot发表了题为《英国的海岸线有多长？》的著名论文，在文章中提出分形一词。简单来说，分形理论是将自然界中无法用数据具体测量出来的尺度以科学的方式表达出来。分形是非线性理论的重要分支之一，它是对传统欧氏几何学局限性的补充和拓展，为研究自然界普遍形态提供了一种的可能方法。

二、研究目的

分形理论在室内设计中还未正式的引用，把分形思想应用于室内设计的案例较少，没有形成专门的研究体系。不论是在建筑还是室内设计中，有些先锋派的建筑师与室内设计师已经在无意识的状态下将分形的原理及特征用在各自的设计中，但这种无意识的设计是偶然的、零碎的、不成体系的。笔者诣在通过对室内中分形的研究，一方面是对分形理论系统的拓展，另一方面是对在室内设计过程中存在的问题提出相应建议。将分形理论应用到室内设计中，会给室内方案设计注入更多新活力，提升室内空间设计质量，优化设计体系，增强室内空间艺术效果。

三、分形理论的内涵与外延

（一）定义阐述

分形（Fractal）一词，最早是由数学家曼德布罗特正式提出，此词源于拉丁文形容词“fractus”，对应的拉丁文动词是“frangere”，有“不规则”和“破碎”两层含义。然而目前对于分形理论没有一个确切统一的定义，最初的分形理论只是一个数学公式的表达形式。分形是在各种尺度上表现出自相似特征的物体。为了让人们清晰地了解分形的含义，曼德布罗特将其解释为“部分与整体以某种方式相似的形体，称为分形”。分形理论能够描绘出山川、树木、云朵、海岸线、闪电等自然对象的形状，是因为它们本身具有自相似、无限细分的属性。

（二）形式特征

1.粗糙性

分形理论的研究对象大多来自于自然界，是对大自然研究的成果。在日常生活中我们常见的山峰、闪电、树木等自然形态从视觉上来看是不规整的，有的细部甚至显得十分粗糙。其实这些粗糙的自然形态背后隐藏着分形自相似性的特性。其自相似性是一种迭代的过程，分形复杂性的原因正是分形迭代的不断重复，这也是自然形态形成的必经过程，所以说分形是粗糙的。

2.自相似性

自相似源于自仿射，是物体的整体与局部之间存在的某种相似性。通常按照数学规则生成的分形，具有严格的自相似性;而自然界中的分形，自相似性并不是严格的，是无规则分形。由于自相似性具有比较复杂的表现形式，所以放大其局部一定倍数后也不一定简单地与整体完全重合。在室内设计中自相似结构的案例较多，如武汉武商摩尔城电影院，如图1。在本次项目中，设计师以电影与“像素”的关系为主轴，将正方形立体化，用上无数模拟像素的方形盒子，以独特3D手法在影院中展现这些神奇的元素。有些正方形盒子模块放大或者缩小，以不同的高度竖立着，形成高低的落差，使空间在三维的形式上体现出分形的特征。

3.不规则性

从分形理论的几何层面上进行分析，分形具有不规则的特性。但其不规则、随机中同时蕴含着它本身特有的规则与秩序。不规则性在建筑设计中的运用非常广泛，同时也逐渐引申到室内设计中来。不规则性使空间得到了完美的延伸和体现。国际建筑师扎哈哈迪德的许多设计作品中体现出对不规则分形的应用。如香奈儿流动艺术展览馆，如图2。藝术展览馆的流动形体充分展现出飘逸、运动的韵律，这也是对自然有机系统研究的结果。不规则性使得空间在整体上呈现出运动变换的分形体验。

4.标度不变性

标度不变性，是指在分形物体上任意选择一个局部，将其进行放大或者缩小，得到的图像又会显示出原图的形态特征。所以，分形的形态、复杂程度、不规则性等各种特性均不会因其放大或缩小等操作，而发生变化。改变的只是其外部的表现形式。标度不变性与自相似性是密切相关的，一个具有自相似特征的结构或者图形必定满足标度不变性，也可以说这类物体没有特征长度。如，云是具有自相似性的物体，所以具有自相似性是没有特征长度的物体的一个重要性质。

四、分形理论在室内设计中的应用分析

将分形理论应用在室内设计中，是一种方法论的体现。经典的现代室内设计是美观性、功能性、生态性等完美融合的产物。当代人们对居住环境的审美标准是不断变化的。在室内设计的过程中，以分形理论作指导，把其当成一项艺术作品来对待，在艺术概念的基础上结合室内的实用功能，使室内空间成为一种科学与艺术结合的产物，从而达到二者之间的相互渗透。所以，通过对分形理论的概念和特征进行分析，进一步探讨其在室内空间、结构、界面造型、材料中的应用。

（一）空间中分形的应用

空间是物质存在的一种客观形式，依赖于形体而存在的。在限定室内空间时，需要借助形体，形体依存于空间之中。室内空间通常是满足艺术性和实用性的需求，而分形理论在室内空间中应用更倾向于艺术性。空间具有丰富的尺度层级和多变的组合形式，这种空间层级通常用一个简单的操作使其与整体空间形式相似。

扎哈.哈迪德的卡利亚里现代艺术博物馆，如图3。其空间充分体现出分形理论的自相似特征，室内空间以基地与海岸线形成的卯形为基准，进行旋转、拉伸、扭曲、变异等。自相似结构的卵形洞穴空间为建筑内部增添了维度，使得室内空间与建筑整体空间形成了自相似的嵌套。

扎哈设计的Neil Barrett日本旗舰店，如图4。在其室内空间设计中将迭代进行了独特的演绎。分形的产生是一种不断迭代的过程，这种迭代过程是空间形体变换的基本方式。从方案的平面上来看，首先将扇形的四分之一以错位、缩放、叠合的方式进行设计，并使用三次迭代的方式，将其复制、镜像。从室内空间上看，设计师将分隔空间的界面以90。弯折，形成一定角度的缩放，并进行五次叠合，从而打破了方盒子空间的枯燥，形成多界面、多维度，又极具张力的室内空间。

（二）结构中分形的应用

分形理论背景下结构分形，通常运用非线性规则打破常规空间的形态。在改变空间结构形态时，展现出整个空间效果与艺术张力。

“泡泡筑M”（Bubbletecture M）是由日本著名建筑师远藤秀平设计的位于大阪的泡泡型木质结构幼儿园，如图5。巨大的壳状屋顶由三角形面连接成一个整体屋顶，充满结构美感和几何连贯性，其结构强度和几何造型给与空间设计很大自由度。木质结构桁架和预制化三角形板材构成一个连续变化的泡状壳体空间。在这个连续的壳体空间下，顶棚高度平滑地发生变化，空间仿佛生物体内的腔体一般。

国家游泳中心——水立方。水立方的设计师发现了自然的神奇，利用水独特的微观结构和装饰性，在“泡沫理论”的设计灵感基础之上，将水的神韵在建筑内部空间结构中的应用得到了完美体现。

（三）界面造型中分形的应用

界面在室內空间中具有划分和阻隔的功能。界面造型直接影响整个空间的功能、格局、形态等，也对整体空间氛围和风格起决定性作用。

香港友天地咖啡馆的界面造型，如图6。通过对六边形几何造型的展示，将空间感和品质感融合至最佳。平面的概念被转化为立体六边形造型，六边形结构造型在整齐适宜的布局中无不表现出动态的变化。这种自相似性的不规则并置组合方式使得群体魅力大为增加，创造出富有节奏感的动态空间。

Karim Rashid设计的德国银行休息室，如图7。应用了非线性曲面构建法来营造空间的变化和延伸。其设计灵感来源于自然物象的表面和边缘的标度形状，流线型的体态使得空间有一种动态美感。设计师将非线性图形与墙面造型结合到一起，墙面变化的曲线是具有分形特征的非线性图案。室内采用红、黄、紫等明亮颜色，颠覆了传统银行严肃的形象。设计师通过光影效果，将二维图形转变成三维的效果。与此同时，墙面造型和窗洞上巧妙的处理方式，使运动的变换贯穿于整体空间。

（四）材料中分形的应用

材料是实现室内方案设计的物质基础和手段，在室内空间中材料不仅具有基础的保护功能，而且其本身又具有文化和艺术属性，所以材料对于整个空间情感与艺术的塑造起着重要作用。

金属材料强度高、韧性好、性能稳定、易于加工的特性被当下许多设计师所喜爱。北京POPPEE设计师品牌配饰集合店是一个典型材料分形的案例，如图8。其设计灵感来自自然中的奇妙景象云隙光。由于金属本身具有高强度的特性，所以设计师在施工时采用直径为2.5mm的金属作为店铺顶面结构的搭建，塑造出一朵金属格网状的云。金属格网的重量感与云的漂浮属性产生一种向上的张力。同时，金属高反光的视觉感受，消除了长方形店铺空间的沉闷感。

我们所熟知的扎哈.哈迪德的大部分设计作品，在表现飘逸、运动韵律的分形形态时，多采用GFRc（Glass Fibre Reinforced Compound）材料。其中文名称为特种玻璃纤维增强复合板。GFRC是一种绿色环保材料，不仅能够节约能源，降低污染而且具有质轻、不易变形、抗腐蚀、色彩丰富等优势。在制作分形的空间造型时，GFRC已成为一个能够随意造型、完全呈现设计师想法的首选材料，也被广大设计师所追捧。如西班牙卫浴品牌乐家在伦敦的展览艺术馆，如图9。整个展馆是一体化的，形如洞穴迷宫一样的分空间内，不同的空间区域布置了不同的拱门，不仅可以接待来宾，还用于发布该展区的相关资料等，在室内外的交互性上起到了很大的作用，打破了封闭式看展的固有模式。

结语

目前分形理论在室内设计领域的应用并不广泛，相关的理论研究也是处在浅显阶段，但是分形理论在室内设计中的应用有着重要意义与价值。分形理论之于空间形态有着强大的塑造力，通过众多跨门类学科的概念和方法为室内设计提供了坚实的基础和一个行之有效的理论引导。

分形理论虽然不具有普适性，但打破了室内设计抱残守缺的狭隘视域，丰富了室内设计手法。文章基于分形理论，以室内设计领域为研究对象展开探讨分析，其意义在于将室内设计的理论科学化、空间形式多样化。通过对本论文的撰写，期待能引发室内设计相关从业者们更多地对空间本质性的思考，从而为今后的设计工作提供有效的借鉴。