缝纫技术在建筑组件连接中的实用研究

张 珺 琢

(AS国际建筑与空间研究所(ASRI)，北京 100000)

0 绪 论

缝纫的许多工作细节还为建筑中的数字化建模提供了许多新的思考.例如“缝纫-拉伸”系统为数字化建模中的表皮处理提供了一个新的建模逻辑以及手段.细化到具体的缝纫技术上，缝纫技术在时尚设计界经常扮演着主要的连接手段的角色.它可以将不同的材料，不同的形状，不同的图案结合在一起.但是当缝纫技术进入到建筑学领域中时，他可以做连接之外的更多的事情.首先他可以在不同的材料上创造急剧变化性的图案；然后它可以非常灵活的改变各种不同材料的密度，例如泡沫，纸，甚至混凝土；它还可以改变不同材料的形状，具有灵活，坚固，可重复加工的特点.

1 建筑师与裁缝的关系

1.1 建筑与服装结合的历史

建筑与服装的联系由来已久，中世纪时黑格尔曾把服装称为“流动的建筑”，也有称为“贴身的建筑”[2].十三世纪以巴黎圣母院为标志的哥特式建筑很快从法国波及到整个欧洲，受其影响，欧洲服饰造型也常常来用尖顶的形式和纵向直线，甚至连鞋、帽、头巾、都是呈尖头形状的.随后的年代，欧洲服装的演变虽先后受到文艺复兴，巴洛克，罗可可等名同文艺思潮的影响，但带有类似建筑外型特征的服装款式却不断的出现，直至今天.

1.2 著名建筑师眼中的建筑与服装

19世纪末，一些著名时装设计师主宰着时装的潮流，有趣的是时装界中学过建筑的人比比皆是.其中卓著者有皮尔·巴尔曼、安德莱·克莱究、帕克·拉邦纳、群岛一郎与吉尔安弗兰·费雷等.他们都擅于将“块与面”的结构巧妙地运用在服装设计上，并不断从各种建筑物中获取灵感.时装界泰斗迪奥对建筑也有很深的研究，他在1953年秋季时装发布会上推出“埃菲尔塔式夜礼服”和“圆屋顶式连衣裙”，源于巴黎著名的埃菲尔铁塔和欧洲古典建筑.迪奥的学生著名设计师皮尔·卡丹，1978年首次来华访问期间，对中国古典建筑产生了浓厚的兴趣，他借鉴各种中国传统飞檐的形式创作了肩部高耸的女装，并取名为“西安飞檐”.意大利时装设计师吉尔安佛兰·费雷精通建筑艺术，他认为：时装与建筑有异曲同工之处，时装设计中的柔软线条比建筑设计中的刚硬线条更为复杂精致.他坚持“少就是多”的著名建筑信条，在追求风格简练的同时，十分注重各种服装的丰富变化.[3]

图1

上世纪二十年代后，由于受俄罗斯构成主义艺术及超现实主义思潮的影响，一些时装设计师也开始大胆运用几何图形和抽象图形，使他们的时装作品更具个性特点和现代色彩.[4]西班牙的帕克·拉邦纳，素以风格怪诞著称于世，由于学过建筑，他能完美地表现出“块与面”的结构，自如的运用几何图形构成，向不同方向延伸的“长城领”和利用拼砌夸张手法创作的“城堡式大衣”等作品，更是这方面的成功之作.又如皮尔·卡丹所设计的“卫星式礼服”裙状，其形象颇似一枚行将凌空而起的火箭，令世人叹为止.

2 在建筑领域使用缝纫技术的案例分析

2.1 使用缝纫技术连接组件

ICD和ITKE共同完成了一个木材展馆，用于分割的木壳的机器人纺织制造技术.展馆是第一个采用木材工业缝纫的建筑规模.在这个项目中，自然分割壳体结构是在一个跨学科的合作进行了进一步的分析，这是一个创新，拓展了仿生学与建筑的结合度.

2.1.1 使用的材料和结构逻辑

2. 引导质疑 读到这里，你有什么问题？（是什么原因让我理解了爱如茉莉的意思？“我”究竟经历了什么事情？）

由海胆的骨架和沙钱的形态定义转化为实际的建造，以及作为一体化设计流程的程序原则.基于生物原理以及材料特性，材料系统的开发是一个双层结构.采用木材的各向异性，这些极薄材料的纹理方向和厚度都符合所需的不同刚度，分别成为不同半径的组成部分.因此，传统的轻质结构只能预置固定的形态转载.在形态转换中，组件体形由机器缝纫控制.以这种方式可产生151个不同的几何组件，从而组装成一个刚性的双曲壳结构[5].

2.1.2 机器缝纫的木壳结构

该项目通过计算机设计探讨海胆的骨架，不只是单独加入单独弯曲的胶合板条，而且还可以防止潜在的脱层.在制作过程中，首先通过机器缝纫将该节段移动，以便将这些板条连接.然后，胶合板相互粘接形成基本组件，用简单的木卡槽让组件连接在一起，便于组装拆卸.该机器人和缝纫机是通过自定义软件集成和控制.这确保了没有横向运动.这个项目开发的纺织连接可以克服任何金属紧固件的需求.

2.2 参照立体剪裁技术，通过缝纫创造三维空间

由DDRC Tongji University与ICD University of Stuttgart共同完成的“缝纫而成的木壳体结构”项目与2017年在广东省建成.这个木壳体结构利用自动化及机械感应技术，结合服装设计和工业缝纫的手法.项目团队研究了服装设计中的样式及缝纫技术，这些传统手艺仍用于现今的时尚产业，而本项目就是利用新材料对其重新诠释.服装面料由轻薄的胶合木板代替，这种木板能保持柔韧度和硬度之间的平衡，提高了整个新型材料体系的承受力.缝纫技术则延续了服装设计中的概念，将一个平面的布料裁制成三维的弧线形态，以达到符合人体体型的成衣.如果将这种方法放到建筑的尺度上，具有弹性的木板变形并通过接缝连接，这样可加强结构的承重能力以及空间围合度.

该项目还使用了一种可调控的自动化制造工艺，实现扩大到实体尺寸的建造，并精确处理不同形状木板和材料性质的复杂关系.与自动化生产的重复性不同的是，这种机器并不是依据事先预设好的程序执行动作，而是引入了感应技术，可以在实时的流程中同步进行材料计算和自动化制造[6].

3 缝纫技术可以演变成一种新的数字化建模手段

到目前为止，缝纫技术在建筑领域已经有了一些初步的应用，例如上文提到的木质表面.建筑师们在完成有复合材料制成的组件的同时，是靠如何用缝纫的方式将组件进行结合.其中机械臂缝纫技术，感应定位技术的应用尤为成熟.但是在对平面的处理以及组件设计的过程中并没有涉及缝纫的手段.

在建模过程中遵循以下建模逻辑.这种建模逻辑的主体为：在建模的初期设置不同的控制点，这些控制点来自于缝纫时针的进入点和穿出点.控制点设置完成后在每一对相邻的点上加入方向相反切相向的两个向量，使两个点以及两个点所附着的平面延向量方向移动，以此来模拟手工缝纫时利用对缝纫线的拉动来改变被缝纫材料的形状的过程.我们将这种过程称为：“缝纫-拉动”系统.在这个系统的影响下，整个平面或者组件会在多个甚至一个力的影响下进行整体的形状的改变或者方向的改变.

4 缝纫帮助建筑师重新思考建筑设计中连接的概念

4.1 建筑设计中常见的连接方式

建筑装饰的连接方式中包括胶接法，机械固定法，焊接法.承重结构的连接方式中主要的连接媒介为钢筋.钢筋连接方式，可分为绑扎搭接、焊接、机械连接等.另有一些传统材料的连接方式.如竹结构连接，木结构连接.木结构连接中常见的连接方式有：榫卯连接，齿连接，螺栓连接，钉连接，键连接[7].

4.2 重新思考建筑设计中的连接方式

在上述的建筑设计中常见的连接方式中，大部分都是在相同的材料或者结构之间使用物理或化学的方式进行刚性连接.在连接之后，不易拆卸，弹性减弱，保留了原有材料的特性，但仅仅是保留了原有材料的特性.连接在其中的作用只是简单的结合，并不会产生新的特性，同时不可还原，不能重复利用，不易拆卸[8].

缝纫作为本文提出的新型的连接方式，与上述连接方式相比具有以下的优势：可作为二次加固的连接方式使用，可以结合不同类型的材料甚至软材料和硬材料，可以在连接之后使整体更具韧性和弹性，可以使结构整体更加灵活.

4.2.1 作为二次加固的连接方式

有些传统的连接方式只能承受一个方向的力，例如木结构中的齿连接.一般的解决方式是在齿状表面喷涂胶水进行粘合.但是胶水会随的时间的推移发生老化从而失去效应.解决这种情况的办法便是使用缝纫的手段，在原有的连接方式之上增加缝纫连接.缝纫可以帮助原有的节点承受另一个方向的拉力，使节点变得更加坚固.

4.2.2 结合不同类型的材料

现有的连接方式中大部分只能连接同种材料.但是在现有的建筑学发展中，经常需要将不同种类的材料进行连接.例如金属与木头的连接，橡胶与金属的连接，软质材料与硬质材料的连接.通过现有的物理和化学的连接方式都很难将他们在低成本的前提下很好的连接起来.这种情况下，如果使用缝纫的方式，便可以在不改变材料特性的情况下将任意两种不同的材料进行连接.只要选择不同的缝纫材料便可以控制缝纫节点的强度.同时现有的参数化设计水平与缝纫机械已经能够满足大体量的缝纫需求[9].

4.2.3 连接之后使整体更具韧性和弹性

在一些特殊的区域要求建筑在保证刚度的同时具有一定的弹性与人性.这样的要求便取决于连接节点的特性.采用缝纫的方式，可以达到这一要求.通过不同材料，不同缝纫点和不同缝纫方式的控制，可以较为精确地控制节点的弹性和形变方向，从而达到特殊地区对于建筑连接的特殊要求.

4.2.4 提升整体结构的灵活性和可重复利用性

在上述的现有的常用连接方法中，大部分都是不可重复使用的节点.在连接完成后不可拆卸.如果想要重复利用结构，需要花费大量的成本来重建节点.缝纫技术能够很有效的应对这一问题.通过缝纫进行连接的节点在拆卸的时候只需要拆除或者破坏缝纫材料便可以完整的将结构进行拆卸.在结构重建的阶段只需要重新购买缝纫材料甚至重复利用之前的缝纫材料.

5 缝纫技术不仅仅是结构性的连接(以软性材料:泡沫为例)

5.1 缝纫可以改变材料的密度

当缝纫技术应用在泡沫上时，会局部的改变泡沫的密度.造成这种现象的原因是：泡沫具有多孔，易变性，可回弹的特性.这样的现象在生活中有许多实例，例如沙发靠垫，交通工具座椅，服装等.当缝纫改变了材料的密度时，材料本身的形状，硬度，孔隙率，透光性，透水性，隔音性，延展性，弹性都会改变.因为这些材料特性的改变，缝纫技术可以非常灵活的将原本的材料进行非常丰富的物理改变.但是由于泡沫的表面的强度不足以承受缝纫器材的摩擦，通常我们在对泡沫进行缝纫的时候会在泡沫表面覆盖一层复合材料.

在这个过程中我们发现，在改变局部的泡沫密度的时候，材料本身会朝着密度之间加大的方向弯曲，我们尝试着通过密度变量的控制来控制不同角度的材料弯曲程度.

5.2 缝纫可以很灵活的改变材料的形状从而达到结构性的作用

众所周知，当一个平面弯曲或折叠成为一个曲面或者圆筒的时候，它的垂直方向的受力性能会成倍的提升.这个特性同样可以应用在泡沫上.当我们把泡沫片进行弯曲和折叠，它便产生了一定的变形的结构.在经过最后一道喷涂的工序之后，被折叠的部分便产生了兼具硬度和弹性的受力结构.以上是表面的受力体系，它与内部的结构体系相互合作，使整体结构更加的稳固，富有弹性.

与此同时通过缝纫对泡沫进行折叠还可以使泡沫更加贴合它所包裹的内部结构.当对一个平面的局部进行折叠的时候，这个局部会沿着折叠的方向缩小.当这个原理被大量的使用在泡沫上时，我们就可以非常灵活的控制单个组件的形态和体谅.使其在贴合内部结构的同时，还可以兼顾美观和丰富程度的要求.

5.3 缝纫可以创造多样性的图案从而达到装饰性的效果

结合上述的两种缝纫技术的应用，设计师可以在设计中使用这些方法创造出多样化的图案和结构.缝纫，编织，捆绑，装订等多种技术都可以与缝纫相配合.当这样的技术系统应用在泡沫上的时候效果尤为显著.在缝纫过后还能将缝纫得到的结果进行折叠或弯曲，将图案空间化，结构化，使其变得更加立体和多元.

6 结 语

本篇文章重点讨论了缝纫技术在本组的项目中以及在建筑设计领域中的应用.阐述了缝纫技术在服装设计和建筑设计的应用中不只是用来连接的.同时它可以实现制作图案，改变材料密度，改变材料形状，连接不同类型的材料，增强节点强度等作用.同时缝纫技术还提出了一种新的数字化建模逻辑.在这种逻辑下的建模过程更加整体化，精确化.正阳的建模逻辑使得设计成果更容易被控制，更易修改.这些缝纫技术的特点全部被应用在了本组的项目中.

虽然文章提出了缝纫技术的在建筑设计中的诸多新的应用方式，但是这些方法并没有被广泛的实践过，在缝纫材料，缝纫器材，力学分析等方面仍然存在着极大的研究空间.缝纫技术距离真正被广泛应用于建筑设计与建造总还有很长的距离.等待着建筑师和服装设计师去探索和发现.