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[分享]:建筑和数学的关系

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发表于 2003-8-26 11:43:14 | 显示全部楼层 |阅读模式

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建筑和数学的关系
一般来讲,建筑师对数学都不太感兴趣,记得大一年书时,也上过两个学期的高数,可是大家都对它不感兴趣,因为“那太理性了、逻辑性太强了,对我们设计帮助不大”,这是当时几乎所有的建筑学子们的想法,因此大家的数学学的也就......!!!以至于我们在数学方面的修养甚至连一些文科生都不如(虽然我们是属于工科领域的专业)!
随着数学在更广阔的领域内得到了更大的发展,如纳什将数学领域内的博弈论引入道经济学的范畴内,从而在经济学领域内开辟了一个新的天地(纳什也以次而获得了诺贝尔经济学奖)!建筑与数学的关系也越来越被建筑师所关注。
让我们先来看看柯布在他的宣言式的著作《走向新建筑》中怎么说的吧!!“学习数学不须对其具体应用,而是一种思想、一种修养、一种对数学与建筑关系的深刻洞察------这是对一个建筑师来说最重要的。”我们不能利用数学去设计建筑,但学习数学却能得到一种训练,一种思想上的启迪!记得陈省身也说过这样一句话:“研究数学也是一种美的享受!”
数学起源于人类的生活和生产活动,而建筑活动是人类生存的基本活动之一。如果数的概念和算术运算还不能说主要起源于人类的建筑活动,那么几何学的产生则是和建筑活动密切有关的。几何学(Geometry)这个词就来自古埃及的“测地术”,它是为在尼罗河水泛滥后丈量地界而产生的。自然界中常见的简单几何形状是圆、球、圆柱,如太阳、 月亮、植物茎干、果实等等,而几乎找不到矩形和立方体。矩形和立方体是人类的创造,而这正是和建筑活动有关的,因为方形可以下留间隙地四方连续地延展或划分,立方体可以平稳地堆垒和架设。金字塔在如此巨大的尺度下做到精确的正四棱锥,充分显示了古埃及人的几何能力。希腊人在发展欧几里德几何的同时,写下了建筑史上最辉煌的一页。希腊建筑的美在很大程度上取决于尺度和比例,“帕提农给我们带来确实的真理和高度数学规律的感受”(勒·柯布西埃)。中国建筑木结构有着严谨完整的模数系统,达到了高度的标准化和通用性。李允鉌先生在他著名的《华夏意匠》一书中对此有高度的评价。“至今为止,世界上真正实现过建筑设计标准化和模数化的只有中国的传统建筑”,“这一点不能不说是中国建筑技术上的一项最重要的成就。”模数系统从数学上讲是按某种比例和规律组合成的数系。中国古建筑模数系统的数学蕴含还有待发掘。
在建筑发展史上,从中世纪进入工业文明后,以数学分析为基础的力学的发展促成了结构工程和建筑设计的专业分化,以射影几何为基础的画法几何和阴影透视的运用促成了近代建筑学的产生,按照制图原理和规则绘制表达设计意图的图纸成了近代建筑师的职业技能,工程图纸成了建筑活动(设计、施工、使用等)的主要信息载体和交流媒介。
有意思的是,当数学(通过力学)促成了工程师和建筑师分道扬镳以后,数学在工程领域纵横驰骋,而在建筑设计领域几乎无用武之地。工程师和数学的关系日趋密切,而建筑师却成了数学的 “弃儿”,建筑师对数学也不屑一顾。当工程师向世界展示了水晶宫、世界博览会机械馆、埃菲尔铁塔的时候,“这些国立(建筑)学校”出来的建筑师,“他们的建筑概念还停留在鸽子相吻那种装饰阶段”(勒·柯布西埃《走向新建筑》).勒·柯布西埃高度称赞了工程师的美学:“工程师作出了建筑,因为他们采用·了数学计算,那是从自然法则中推导出来的”, “按公式工作的工程师使用几何形体,用几何学来满足我们的眼睛,用数学来满足我们的理智,他们的工作就是良好的艺术”;“数学的精确性与大胆的幻想结合起来,说确切些,就是美”。他认为:“工程师的美学与建筑艺术本来是相互依赖、相互联系的事情”;装饰是“初级的满足”,“是多余的东西,是农民的爱好”,而比例和尺度上的成功是“到达更高级的满足(数学)”,是“有修养的爱好”。《走向新建筑》的译者吴景祥先生在译序中写道:“勒·柯布西埃建筑思想的形成和发展与近代科学技术的进步有密切的关系。”这句话道出了整个现代建筑运动的时代和社会背景。
从勒·柯布西埃的著作中,看到的并不是数学的具体运用,而是渗透在其中的…一种思想,一一种修养,一种对数学与建筑关系深刻的洞察。这对一个建筑师来说恰恰是最重要的。在新建筑运动之初,除了传统的应用以外,数学还不能被广泛和具体地应用于建筑学,还不能成为建筑师的工具和方法。和其他工程技术科学相比,建筑对数学的响应有较大的延时。建筑有着深厚的历。史沉积,有着广泛的技术和艺术结合的内容,惰性很大。刚从传统中摆脱出来的新建筑学还没有发展到具备应用数学的条件和对数学的具体需要。当然,另一方面是数学的发展还没有达到能运用于建筑学领域的程度,这一点和人文科学相似。
但是,随着现代数学的发展,随着现代科学技术的发展,随着现代建筑学的发展,形势已经发生井正在发生着变化。科学和艺术的结合的桥梁是数学。
今天,一方面建筑学已由传统的含义发展为现代的“广义建筑学”。建筑学的范围从单体建筑设计扩展到建筑群设计、室内外空间和环境设计、绿化和园林景观设计、城市设计、城市规划、村镇规划、区域规划等等;现代建筑学面对着一个高速发展却又问题丛生的世界,环境、生态、人口、社会、经济、能源、信息等都是建筑师(包括规划师)需要了解和处理的问题;相关的知识领域也从传统的建筑学领域大大扩展,并和社会科学、自然科学的许多学科领域交叉融合,形成如建筑美学、建筑史学、建筑心理学、环境行为学、城市社会学、建筑经济学、城市人口和经济、建筑生态学、建筑气候学、城市地理学、建筑物理学、建筑节能与太阳能利用、建筑防灾、城市管理和立法、建筑设计方法论、计算机辅助建筑设计、建筑和城市信息系统等现代建筑学的分支科学;建筑活动日益成为内容庞大、因素众多、结构复杂的巨系统;巨大的资金、技术、人才和物力的投入,引起对建筑活动的经济效益和社会、环境效益的高度重视。以上种种表明,建筑学对数学的需要和运用日益具备了条件。另一方面,现代数学的发展,现代数学向社会科学的渗入,电子计算机的飞速发展和广泛应用,使数学开始具备应用于建筑学的条件。本来在基底分开的两者,开始有在塔尖结合的趋势。
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