以直纹曲面为形态生成动机｜南京湾艺术中心
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01 直纹曲面
在这个建筑形态自主化（formal autonomy）的时代，做一个异形建筑变成了建筑师的基本操作，再复杂的形态也能通过几个命令或者几个电池盒生成。
▲ 双曲曲面生成过程
然而，异形在电脑里生成容易，要想以建筑尺度将它实现就不那么容易了。一个连续的曲面从概念形态到施工图，建筑师无法避免的一个步骤就是
简单来说，就是用多大的材料单元，如何拼接，才能实现这个曲面或者造型。这看似是个无关痛痒的问题，往往体现了一个建筑师的能力。
比如，如何将一个半球体面细分？
▲ 半球体面细分方式
有无数种方式，但基本可以总结为一个公式：
半球体面 = 拼接的单元 * 数量
也就是说，拼接单元的形状和大小决定了半球体面最终实现的结果。如果用形状相同的平面去拟合近似曲面，面积就需要足够小，数量需要足够多。这样，单元的面积越小，拼成的曲面就越接近曲面的状态。
▲ 半球体面拼接数量
但是每一片材料单元都需要单独的支撑结构，数量越多，结构材料就越多，表面接缝也越多。所以，并不是拼接单元越小，拟合效果就越好。
如果用形状不同的异形单元去拼接，虽然能近乎完美地实现每一个曲度，但是成本也会指数级地往上涨。因为每一块形状不同的单元都需要单独制作一个模板，即使是半球面这种中心对称的几何形，一个模版也只能翻4个单元的材料。国家大剧院就是用这样的方式建成，因此耗资巨大。
▲ 半球体面拼接单元种类
那么，有没有既省钱又流畅的曲面建筑呢？
既然将一个曲面进行细分的两种方式无法在成本和呈现效果上达到两全，那么我们就换一个角度分析曲面，从曲面生成的原理上寻求突破。
▲ 直纹曲面生成过程
曲面的生成是一条动线（母线）在空间中沿着导线连续运动所形成的轨迹，根据母线的形状分类，曲面可以分为直纹曲面（母线或导线为直线）和双曲曲面（母线和导线为曲线）。直纹曲面对于双曲曲面来说最大的好处就是将其细分后，它可以形成形状相同的曲面单元。
▲ 直纹曲面的曲面类型
这样，拟合曲面的单元种类从n种减少至一种，材料制作的成本大大减少，这就同时解决了成本和形态两个关键问题，而直线的母线又能和结构进行完美融合。这样，经济实惠的曲面建筑就诞生了。
02 南京湾艺术中心
以直纹曲面（ruled surface）为形态生成动机的典型案例就是位于南京鱼嘴润府的南京湾艺术中心，由Link-Arc事务所主持建筑师陆轶辰设计完成。
▲南京湾艺术中心实景图 ©吴清山
▲直纹曲面概念图 ©link-arc事务所
立面概念草图 ©link-arc事务所
好的建筑往往不需要丰富的形式语言，而需要形式的一以贯之。一以贯之的形式不是简单的重复，而是与结构功能的完美融合。
02-1 一以贯之的形式
该项目位于南京河西主城区的核心位置，是长江、夹江、秦淮新河三水交汇处。水在该项目中的重要性就不言而喻了。既然这样，那就先把水引入场地中。
▲项目地点 ©link-arc事务所
▲场地环境
在水池上放入空间体块，作为建筑主体，长方形的水池与体块之间的关系让人联想到园林中的舫。大致的空间意向就确定了。因此，在处理体块上下关系的时候，大致遵循了上宽下窄的趋势。
接着根据周围的环境，加上两条步道做为主体建筑的主入口与次入口。
▲入口分布
首先，将既定的功能排入两层的建筑主体中。主入口和次入口之间形成的空间作为主要展示空间和大厅，靠北侧较为封闭的空间放入放映厅、卫生间等功能空间。
▲功能分布
接下来就是直纹曲面发挥作用的时候了。
该从哪里下手呢？既然入口确定了，那就从一层开始梳理吧。我们先确定主入口和次入口开口的大小，再给这些入口加上“雨棚”。
▲入口处理
墙与“雨棚”的关系看起来似乎太割裂了，用直纹曲面把它们过渡一下。联系直纹曲面的原理，在两个面上提取两条母线，发现这两个面是绕着一条线旋转90度的结果。那么将这个旋转的过程体现出来，第一个直纹曲面就生成了。
▲直纹曲面生成
▲主入口实景图 ©吴清山
尝试用同样的方法处理次入口，但是次入口的空间似乎过于局促，不适合南北方向的延展。那就换一个方向试一下，与主入口的延展方向统一。最后，在主入口与次入口之间用直纹曲面做一个连接与过渡。
▲次入口处理
▲次入口实景图 ©吴清山
接着梳理二层空间，将二层需要采光的空间开窗，使连续的墙体形成实与虚的关系，用直纹曲面分别将二层的地面与墙体以及墙体和天花连接起来。这样，外墙的关系就基本处理完成了。
▲二层直纹曲面的应用
02-2 直纹曲面与结构的完美融合
如果说以上对于直纹曲面的应用只是基于建筑形式上的考量，那么如何将直纹曲面植入结构体系才是这个案例的关键所在。力与美如何通过直纹曲面体现？
从建筑表面对于直纹曲面的应用不难看出直纹曲面其实可以解释为面与面之间的连接与过渡，那么如何将原有的梁柱结构体系与直纹曲面联系起来呢？只需简单两步：
1、从线到平面：将柱子连接形成连续的墙体
2、从平面到曲面：新生成的墙体与其他平面形成空间关系，生成直纹曲面。
▲结构体系与直纹曲面的结合 ©link-arc事务所
由于这三面墙在空间内部，墙体与地面、天花以及周围的墙都能生成直纹曲面，那么究竟应该选择哪一个面进行连接和过渡呢？
结合内部的空间功能，将展示空间与其他空间利用墙分隔开。展示空间的一层与二层打通，形成一个大的通高展示空间
内部空间的分割 ©link-arc事务所
▲通高空间实景图 ©吴清山
▲通高空间实景图 ©吴清山
这样，三面墙在空间内部都有了各自的作用，并将结构体系隐藏在直纹曲面中，达到了形式与结构的统一。直纹曲面中的空间桁架结构合理地抵消了一部分荷载力，替代了部分梁柱结构，最终达到了空间中没有一根柱子的呈现效果。
▲空间桁架与表皮直纹曲面 ©link-arc事务所
空间中的三面墙结合结构和功能都有了各自的作用。一面维持原状作为二层空间的分隔，一面与二层的地面通过直纹曲面连接形成通高空间的边界，另一面与楼梯结合，共同连接一层与二层。
▲内部空间的直纹曲面
▲二层室内空间实景图 ©link-arc事务所
▲连接一层二层的直纹曲面
▲楼梯实景图 ©吴清山
▲楼梯与直纹曲面墙的结合 ©吴清山
再次梳理整个空间的流线和交通系统，加入两组防火楼梯和一个电梯，将每个小空间都连接起来。
▲交通系统
▲流线分析图 ©link-arc事务所
以为这就完了？直纹曲面似乎还没有利用彻底。梳理完建筑体本身的形态和功能，最终还需要回到最终似舫的意向上去。既然水影响了建筑的整体意向，那么就让建筑的形式语言也延续到水中吧。
▲水池中的直纹曲面 ©吴清山
▲水池中的直纹曲面 ©吴清山
最后来看一下项目图纸
▲轴测 ©link-arc事务所
▲一层平面图 ©link-arc事务所
▲二层平面图 ©link-arc事务所
▲三层平面图 ©link-arc事务所
▲南立面图 ©link-arc事务所
▲北立面图 ©link-arc事务所
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