设计灵感丨折纸艺术：设计中的折叠与切割
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近年来，折叠技术被许多建筑师广泛用于将2D板材制作成3D的形式。这使建筑实现更简单和更直观的解决方案成为可能。折叠技术在建筑设计中流行主要有两个原因，一是具有创造性的建筑结构和极佳的承载能力，二是可以产生美观并可展开的建筑形式。这两个部分在建筑设计中非常重要，尤其是对于创新设计理论。用折纸的方法来进行设计，有利于体现大家对于形体多样性的把控，从而定义空间的无限可能性。本期小编就带大家一起用简单的纸张，折出新颖奇妙的折叠式建筑~
纸张折叠最初起源于日本，在纸张于6世纪晚期由佛教僧侣传入日本之后，折叠的艺术开始发展，并在8世纪到达中东阿拉伯。阿拉伯人是穆斯林，因此在他们的宗教建筑中没有使用具象或人形，而是引入了一种数学方法来折叠纸张，这导致了历史上一直被注意到的详细而复杂的有序图案。例如，建筑师侯赛因·阿曼纳特（Hossein Amanat）于1971年在德黑兰建造的阿扎迪塔遵循了最初源于折叠纸张方法的刚性网格原则。
阿扎迪塔内部细节，1971
（图片来源： http://thefunambulist.net/2011/08/09/guest-writers-essays-07-unfolding-azadi-tower-reading-persian-folds-through-deleuze-by-biayna-bogosian,）
自从早期发现以来，折纸技术就被作为艺术、建筑和设计领域的一个过程，以探索其构造形式的无限可能性。折叠的概念本质上可以定义建筑中的一个空间；成为空间及其整体构成中细节的一部分。
意大利著名建筑师卡罗·斯卡帕的作品就借鉴了纸张折叠的意识形态，这种意识形态从本质上定义了建筑的流通路径。他的作品参考了它所处的自然地形，并强调了建筑中放置的复杂而微妙的细节。例如，他在威尼斯的Querini Stampalia桥上投入的材料和比例，让使用者从冰冷的坚硬表面过渡到温暖的轻质面料，创造一种现象氛围，邀请人们进一步进入区域。
材料的过渡，Querini Stampalia Bridge, Venice, Carlo Scarpa, 1949
（图片来源：http://guttae.blogspot.com.au/2010/05/carlo-scarpa-bridge-of-querini.html）
折叠是得到三维形状的相对简单和快速的过程，它启发了许多建筑师从宽屋顶到不规则建筑结构的设计思路。此外，结合参数化工具，折叠技术大大加快了设计周期。更具体地说，目前折叠技术在建筑设计中的应用主要集中在建筑结构设计和建筑表皮设计上。
不同折叠结构的静态行为
（图片来源：https://m.scirp.org/papers/78324#ref5）
在探索折叠技术这个过程中，许多奇妙的形式被直观地生成。因此，在建筑形式设计中，尤其是在设计过程的早期，折叠技术通常起着重要的创造性激励作用。下图展示了科罗拉多斯普林斯空军学院的小教堂，这是一个以折叠形式建造的建筑。这座建筑的基本结构由三角形板――形成折叠结构的金属板组成。
美国科罗拉多斯普林斯空军学院教堂
（图片来源：https://www.westword.com/arts/air-force-academy-chapel-closing-for-renovations-on-september-3-2019-11457544）
在设计过程中，受折叠技术启发的找形过程往往给人以惊人的形式丰富性和可变性，如吉村图案、米乌拉·奥里图案和对角线图案等。这些模式对于建筑形式设计来说特别有趣，因为它们允许在空间中快速又复杂的折叠和展开结构。
不同折叠形式的表达
a/A) Yoshimura-ori，b/B) Miura-ori，c/C) Waterbomb-ori， d/D) Kresling-ori，e/E) Resch4-ori
（图片来源：https://www.researchgate.net/figure/Natural-Folding-Top-Illustration-of-Force-Matter-Middle-Expression-of-Folded-Form_fig1_327690591）
同时，使用折叠技术需要建造的是能够通过其形式抵抗外部施加载荷的有效结构，而不是仅仅对于材料的积累和形体的实现。此外，折叠是生成建筑形式的有效操作，能够满足不同的空间和程序需求。
（图片来源：https://schwartz.arch.ethz.ch/Forschung/structuralfoldingforarchitecturaldesign.php?lan=en?lan=en）
另外，如果在设计中加入褶皱的话，迷人而优雅的形状可以由单一平面材料折叠而成，不需要拉伸、撕裂或切割。曲面可以通过曲线折叠产生。这种方式应用在建筑和工业设计中，为复杂的弯曲折叠形态提供了一种新的实现途径。
左上：根据格雷戈里·埃普斯的毛毡设计重建汽车模型。折叠线在汽车的开发中得到强调。
右上和底部：所有显示的表面可以等距展开到平面中，而不需要沿边缘切割，因此可以进行纹理映射而没有任何接缝或变形。
塑造弯曲的折痕
左：折痕曲线由用户在可展曲面上指定。
右：沿着指定曲线的弯曲褶皱得到的结果形状。
（图片来源：http://graphics.stanford.edu/~niloy/research/folding/folding_sig_08.html）
随着技术的的提高，设计师们开始将这些折纸艺术所能呈现的效果在图纸上展现出来，也逐步出现了一些折叠式建筑的雏形。例如下面这个项目探索了轻型折叠结构在建筑实践中的可能性，任务是用折叠的金属片建造一个亭子。折纸的灵感成为了建筑的概念设计。
（图片来源：https://talfriedman.com/folding-architecture）
由此可见，折纸这样的简单动作却可以启发对任何复杂重复几何的想象，这种看似简单的方式中蕴藏了巨大的艺术创造空间，那么同学们也可以尝试着从折纸的过程中探索建筑形体更多的可能性，接下来我们通过几个具体方法和案例来探索一下，如何将折叠技术融入项目设计中。
01
折叠结构
HENN Architects
从表面上看，设计师们通过简单的线性折叠过程，就可以创造出一个形状。但实际上，折纸的逻辑非常重要，只有仔细研究基本原理，设计师才能开发自己的纸雕式建筑。这些纸质雕塑与更大规模的材料系统有很多共同之处。
从设计者的角度来看，一片平面材料转变成三维物体的过程是十分有意思的。通过插入褶皱来增强平面的结构是这种技术的内在潜力。折痕的位置、方向和形状以及处理它们的顺序决定了结果。在自然系统中，大部分弯曲的折痕以不同的比例出现，这在植物上很容易观察到。
通过探索物理模型和各种折痕模式，设计尝试开发一个薄外壳系统，可以由平板材料如钢制成。对于折叠结构的研究，主要是为了培养同学们在结构、形式和材料相互作用方面的知识，从而为最终的设计决策提供信息，进而对建筑有一个整体的理解。
（该案例图片来源：http://www.henn.com/en/research/structural-folding）
02
折叠式建筑——挪威普拉斯森文化中心
3XN Architects
丹麦3XN建筑事务所的这个项目是一个旨在利用折叠和切割纸张的技术在挪威的莫尔德创建一个字面意义上的城市广场。设计使用这种面向表面的折叠和切割方法，在地板和屋顶、内部和外部之间创造出一种连续的关系。最后呈现出一个有效而紧凑的建筑结构。这个结构不仅具备必要的功能程序，还增加了这个公共城市广场的整体可用空间，挑战这种空间的传统水平特性。
该建筑由一系列舞台、画廊和咖啡馆组成，所有这些都融为一体，给人一种连续、统一的空间印象，就像传统布局的哥德堡广场一样。建筑还包括一个小型封闭剧院和一个较大的音乐厅，以及一个图书馆。地板和墙壁都覆盖着当地的石头，以此来回应传统的记忆。
另外，一个大坡道的设立包裹着整个建筑的外部，创造出一个类似圆形剧场的场地条件，进一步增加了可使用的公共空间。这些方法是对物质性、形式和空间的累积效应，也是对挪威传统社会和组织特征的当代诠释。
（该案例图片来源：http://archreview.blogspot.com/2012/08/folding-architecture-plassen-cultural.html)
03
折叠屋
AR Design Studio
总部位于汉普郡的现代建筑师协会设计工作室为一位退休的客户和他的儿子设计了一个非常现代的梦想家园。折叠设计融合了室内和室外的生活空间，延伸到景观之外，展示了所有三个层面令人惊叹的景观。
受场地环境和定义特征的启发，设计目的是通过将结构嵌入其环境中，使建筑对场地和周围环境的影响降至最低。这座房子是起伏景观的延伸，创造了一个可折叠的、可居住的形态。
这个概念从追踪现有的地形和路径开始，然后继续向上延伸到景观。所创造的原始形式被合理化，作为一个可居住的结构，在所有三个空间中插入了固态物理元素，抵消了开放的规划性质，并提供了私人和受保护的空间。
住宿分为三层，只有一层位于地面以上。另外两层根据景观的梯度交错排列。底层布局包含大部分开放式环境中所需的居住空间，对面可以看到景观。
底层主要是卧室，花园层包括卧室和起居室。折叠形式将覆盖在一个细长的灰色瓷砖上，所有的水平面和垂直面使用相同的材料。这将建筑固定在景观上，并强调了它与环境之间的动态关系。插入的木材元素提供了一种更加私密和隐蔽的体验，旨在模仿路径上的树木和其他陆地障碍物等。
（该案例图片来源：Image Courtesy © AR Design Studio）
04
Folding Water:河口的通风堤坝
Kuth Ranieri Architects
Folding Water是一个通风堤坝设计，通过调节海平面上升以及三角洲和海湾水域来保护海岸线。为了应对剧烈的全球气候变化，这个动态的堤坝系统保护了滨水区的财产，维持了休闲和旅游区的正常运营，并保护了依赖潮汐作用的河口生态系统。它不同于传统的静态堤坝，而是通过穿孔的泵墙交换水，人工控制潮汐，沿着旧金山海岸线和海湾内的其他关键区域形成微海湾河口。这些河口再造反映了海岸线当前的水位、活动和生态，维持了河口和居民之间的关系。拟建大堤的水下结构整合了地热发电厂、潮汐涡轮机以获取波浪能、海水淡化设施和废水处理。这个大规模的城市项目为该地区的文化和环境未来提供了一个重要的门户，其形式是一个巨大的水的“褶皱”。
Folding Water的提案以基础设施的理念为中心，将生态和文化可持续性的价值内在化。这一提议将对基础设施的理解从大规模的、游离的干预重新分配到一种现象学的体验，这种体验将感知的可变本质和环境不断变化的条件融合在一起。Folding Water虽然规模庞大，但在局部和私密的空间需求上提供了视觉和身体上的互动和支持。
（该案例图片来源：https://medium.com/r3fl3ct1ons/folding-water-a-ventilated-levee-for-a-living-estuary-f60fb832b307）
05
一折原型
Patkau Architects
帕特考建筑事务所用金属板打造了一个优雅的庇护所。为了探索无接缝建筑的概念，帕特考建筑师事务所想用一片完整的不锈钢制造一个独立的结构。通过折叠和弯曲尺寸越来越大的部件，我们能够得到非常坚固的结构，它们的外形也非常漂亮。
受纸艺术家保罗·杰克逊折纸作品的启发，帕特考建筑师选择用不锈钢做实验
纸艺术家保罗·杰克逊的极小的折纸作品启发了整个方案：一张折叠过的纸可以被迫沿着折痕弯曲，形成一个独立的物体。方案在钢铁上尝试了同样的程序，预先钻的孔使材料拥有了一个薄弱点，然后对整个装置进行弯曲折叠，最后压成一个由复杂曲线定义的自撑式拱顶。
超越褶皱的无缝表面所提供的内在空间潜力
这实现了技术上的突破，体现了工艺在当代设计和建筑中的作用。通过理解这些力是如何被施加的，可以创造出前所未见的形状。设计提出的一折原型，将结构、空间和表面无缝地结合在一起，并可以成为更多空间发展的基础单元。对于这种折叠式原型的运用，还可以使用多种材料进行尝试。
由三个独立的一折原型组成的山坡亭
（该案例图片来源：https://www.architectmagazine.com/awards/r-d-awards/award-one-fold_o）
这些案例告诉我们，折纸艺术可以启发思考，这些想法可以通过严格的细节成为建筑命题的现实愿景。纸的本质有一种纯净的感觉，这种感觉可以被引入一座建筑的架构中，人们可以通过触觉获得体验。因此，折叠技术可以成为一种具有启发性的建筑语言，这种语言有潜力进一步发展和完善，从而使建筑本身融入其自然结构之中。
建筑师喜欢折纸，因为它实现了建筑更多的想象：通过极端的手段来构架空间。折纸艺术家只用一张纸就能制作出一整套形状，并且这些形体天生是结构性的，甚至可以被设计成弯曲、收缩和扩张的状态——这是传统设计做不到的。通过折叠技术，可以实现结构上的无限可能，空间上的连续性，以及与环境的紧密关系。所以同学们在做设计的时候，可以多去关注身边看似简单的像折纸这样的小事，说不定会带来许多奇妙的想法。就像这篇文章介绍的内容和案例一样，用纸张来为建筑设计的未来折叠出一片新的天空~
REFERENCE
Wu, J. (2018). Origami: A Brief History of the Ancient Art of Paper Folding.
Stavric, M., & Wiltsche, A. (2014). Quadrilateral patterns for rigid folding structures. International journal of architectural computing, 12(1), 61-79.
Kilian, M., Flöry, S., Chen, Z., Mitra, N. J., Sheffer, A., & Pottmann, H. (2008). Curved folding. ACM transactions on graphics (TOG), 27(3), 1-9.
TAL FRIEDMAN ARCHITECTURE & DESIGN
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