非線性極小建筑空間研究

極小建筑有助于解決高密度城市缺乏工作、居住和臨時安置的空間等問題。但是，狹小的空間在舒適度和人性化等方面極具挑戰(zhàn)性。本課題依據(jù)極小空間與人體十分貼近的特點，重點研究使用主體與極小空間的關(guān)系；通過人體運動捕獲與再現(xiàn)系統(tǒng)等設(shè)備和工具，生成各種適合使用主體體態(tài)特點及行為模式的非線性極小建筑單元空間模塊；在SAR理論的基礎(chǔ)上，建造非線性極小建筑單元實體并進行居住體驗和環(huán)境測試等實驗；在實驗的基礎(chǔ)上研究非線性極小建筑室內(nèi)空間的形態(tài)、尺度、色彩、肌理、觸感等因素。發(fā)現(xiàn)可依靠人體行走與視覺行為規(guī)律來優(yōu)化極小空間形態(tài)并建構(gòu)空間形態(tài)公式，發(fā)現(xiàn)弧形邊界的行走舒適性弱于直線邊界，構(gòu)建極小建筑空間中與空間尺度相關(guān)的行走舒適性公式，發(fā)現(xiàn)極小建筑空間具有面積感知瓶頸。研究測試者對極小建筑空間中的色調(diào)、亮度和飽和度的喜好度，發(fā)現(xiàn)喜好度變化規(guī)律及一些特定顏色與其他顏色有明顯的差異性。研究空間機理，發(fā)現(xiàn)了橫向與縱向機理對于極小空間的意義和在極小空間中材質(zhì)觸感的重要性，并對于各種不同材質(zhì)的喜好度進行研究，發(fā)現(xiàn)一些規(guī)律。在實驗的基礎(chǔ)上研究非線性極小建筑室內(nèi)空間的溫度、濕度、空氣流速、二氧化碳、噪音、照度、粉塵等各項參數(shù)。挖掘極小建筑室內(nèi)空間的溫度、濕度、空氣流速的特點，分析極小建筑室內(nèi)環(huán)境區(qū)別于普通空間的有利和不利因素，發(fā)現(xiàn)在極小建筑空間中人體熱舒適性受不同活動水平的人體熱源、服裝熱阻和室內(nèi)熱源的影響較大。利用數(shù)值模擬等方法，提出一些熱舒適改善方法并加以驗證。研究極小建筑空間室內(nèi)空氣質(zhì)量、噪音、采光和粉塵問題，發(fā)現(xiàn)極小建筑空間均存在明顯不同于普通建筑空間的特點和問題，提出一些調(diào)節(jié)措施并加以驗證。將極小建筑空間環(huán)境中的各項因素基于人體感知和極小建筑空間特點，利用層次分析法進行了主觀多維評價模型及權(quán)重指數(shù)建構(gòu)。將極小空間環(huán)境要素的重要性和特性量化，便于研究、設(shè)計和評價極小建筑空間環(huán)境質(zhì)量。

極小建筑有助于解決高密度城市缺乏工作、居住和臨時安置的空間等問題。但是，狹小的空間在舒適度和人性化等方面極具挑戰(zhàn)性。本課題根據(jù)功能對適合極小化的建筑空間進行分類，依據(jù)極小空間與人體十分貼近的特點，以人體工程學(xué)、環(huán)境心理學(xué)、環(huán)境生理學(xué)、環(huán)境學(xué)等學(xué)科為基礎(chǔ)，重點研究使用主體與極小空間的關(guān)系；通過人體運動捕獲與再現(xiàn)系統(tǒng)，生成各種適合使用主體特點及行為模式的非線性極小建筑單元空間模塊；在SAR理論的基礎(chǔ)上，建造非線性極小建筑單元實體；在實驗的基礎(chǔ)上研究非線性極小建筑室內(nèi)空間（形態(tài)、尺度、色彩、機理、觸感等因素）與室內(nèi)環(huán)境（溫度、濕度、空氣流速、噪音、照度、粉塵、細菌指數(shù)等各項參數(shù)）對使用主體的生理和心理等各方面的影響。最后分析數(shù)據(jù)，尋找規(guī)律，歸納其優(yōu)缺點，研究解決這些問題的方法并加以驗證，以滿足使用主體對于極小空間的形態(tài)、功能、室內(nèi)環(huán)境和個性化設(shè)計等更高層次的需求，提出非線性極小建筑空間設(shè)計理論。

非線性建筑設(shè)計探討了褶子的世界。在這個世界中，時間和空間隨著物質(zhì)的折疊、展開和再折疊而形成。物體是在由內(nèi)向外及由外向內(nèi)的雙向折疊中形成的，因此，物體本質(zhì)上沒有內(nèi)外之分，外觀是物體自組織的體現(xiàn)。這一觀念打破了歐幾里德幾何的傳統(tǒng)空間概念，展開了一個動態(tài)運動中時空共存的流動世界。

非線性建筑設(shè)計是對游牧空間的瞬時定格取型，游牧空間對應(yīng)于矢量狀態(tài)空間而言，在矢量空間中的運動受力的牽制，只能在固定點之間運行，而游牧空間是開放的，運動可以在任意點之間發(fā)生，變量永遠處于變化的狀態(tài)之中。因而非線性設(shè)計追求“平滑”，它是游牧空間的個性寫照。

本項目研究CAD中的極小曲面與優(yōu)化的方法。旨在按CAD的需要，開發(fā)極小曲面，使之走向應(yīng)用。首先，取多項式空間和多項式與三角式（或雙曲式）混合而成的空間作為開發(fā)基地，研究發(fā)掘其間的極小曲面的方法。接著，研究對發(fā)掘出來的極小曲面作裁剪的方法，以取得符合需要的極小曲面片；運用Bezier和擬Bezier曲線曲面的理論研究用控制網(wǎng)格表示極小曲面的方法，架起溝通極小曲面與CAD之間的橋梁。進一步，研究逼近和展開極小曲面的優(yōu)化方法；研究經(jīng)基與方程的變動而開發(fā)內(nèi)在參數(shù)的方法，利用極小曲面進行曲線曲面形態(tài)優(yōu)化設(shè)計的方法，以提高過渡面的構(gòu)造、曲面重建、醫(yī)學(xué)圖象三維重建的質(zhì)量。在CAD領(lǐng)域開展極小曲面的應(yīng)用研究，國際上也才剛起步，難度很大。開展本項目研究，有利于積累進行前瞻性、原創(chuàng)性研究的經(jīng)驗，加強數(shù)學(xué)向現(xiàn)代高技術(shù)滲透，發(fā)揮極小曲面的作用，提高CAD水平。 2100433B