建筑中的数学美

徐徐

建筑

广州

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双曲面

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钢结构

数列

曲面

数学，在生活中应用广泛，因而显得平常，建筑则更是普遍存在于视野里，但是如果建筑和数学结合起来，那成果肯定会让你叹为观止。接下来我们来盘点一下，那些具有“数学美”的建筑吧！

赵州桥——圆弧

 

河北省赵县的赵州桥只用单孔石拱跨越洨河，由于没有桥墩，既增加了排水功能，又方便舟船往来，石拱的跨度为37．7米，连南北桥堍（桥两头靠近平地处），总共长50．82米。采取这样巨型跨度，在当时是一个空前的创举。石拱跨度很大，但拱矢（石拱两脚连线至拱顶的高度）只有7．23米。拱矢和跨度的比例大约是1比5。可见桥高比拱弧的半径要小得多，整个桥身只是圆弧的一段。这样的拱，叫做“坦拱”。

北京凤凰国际传媒中心——莫比乌斯环

 

凤凰国际传媒中心采用的是钢结构体系，设计和施工难度都比较大。它运用的是现代先进的参数化非线性设计，打破了传统的思维，不是通过画图，而是借助设计师的经验和数字技术协同工作，运用编程来完成大楼的设计和施工的。凤凰国际传媒中心钢结构工程是一个技术创新型工程，在“莫比乌斯环”内，每一个钢结构构件弯曲的方向、弧度以及长度都是不一样的，而这所有的不一样，成就了这座雄伟的、独一无二的建筑。

山西太原双塔——数列

 

说起这个，就很有意思了。古人在没有3D打印，参数化软件的条件下，居然创造出了丰富的曲线形态，其中一个非常重要的数学基础就是——数列。

中国的古人，有时候将之称为叠涩，叠涩是一种古代砖石结构建筑的砌法，用砖、石，有时也用木材通过一层层堆叠向外挑出，或收进，向外挑出时要承担上层的重量。叠涩法主要用于早期的叠涩拱，砖塔出檐，须弥座的束腰，墀头墙的拔檐。常见于砖塔、石塔、砖墓室等建筑物。我们通过数列来模拟出建筑的曲线，虽然东西方都有这种思想，但是我们的建筑形式和材料、结构、工艺，让两个文明走向了完全不同的建筑风格。

广州电视塔——单页双曲面

 

广州电视塔(小蛮腰)的外型是典型的单页双曲面，即直纹面。单页双曲面的每条母线都是直线，通俗来说，虽然看上去广州塔外边是光滑的曲线，中间细两头宽，但是事实上每一根柱子自下而上都是直的，所以广州塔是一堆笔直的柱子斜着搭起来的！

上海东方明珠塔——黄金分割比

 

事实上此建筑的几何组成上是十分单调的，完整的圆型或球形也因为在画面中过于抢眼而常常被避讳。但是设计师在这个建筑中多处运用了1：1.618的黄金分割比例，使其协调美观。

广州大剧院——曲面细分

 

自福特汽车开始，我们就进入了量化生产的大工业时代，量化的生产可以降低成本，而订做总是昂贵的。现代的一些建筑师喜欢做曲面的建筑，为了降低成本，通常的做法往往是化曲为直，用种类有限而数量巨大的多边形来拼合出外表皮。这是蕴含着极其复杂的算法的，通常是各大曲面设计所的核心机密，算法好坏的一个评判标准是表皮的流畅程度。广州大剧院宛如两块被珠江水冲刷过的灵石，奇特的外形充满奇思妙想。全球顶级声学大师为广州大剧院精心打造的声学系统，达到世界一流水平，使其传递出近乎完美的视听效果，获得全球建筑界及艺术家的极高评价，为中国夺得无数殊荣。