哈喽，大家好！漫长的寒假过去了，新的学期已拉开了序幕。新的一年，我们将定期为大家推送优秀学生课设作品。这是我们为大家带来的第一篇优秀课设作品——来自中国矿业大学大三的段成璧同学的艺术馆设计。他大二那年用参数化设计的 文物保护中心 ，一经发出就成为爆款文章，并获得了 谢亿民 等大佬的青睐。段同学仅大二大三就对软件使用颇有心得，并自主探索出一套高效的rhino-gh-revit工作流，学习态度和自学能力远超他这个年纪应有的水平。

这次他带来的艺术馆设计以建筑情绪为出发点，探讨如何营造有张力的建筑空间从而激发使用者的情绪波动，推动使用者自发探索空间。

同时，这个设计也一如既往地体现了段成璧同学扎实的软件功底——使用LOWPOLY设计语言生成与场地和谐的峦石形态，通过AMEBA算法营造别具一格的中庭空间。

接下来就让我们看看段同学如何用纯熟技术实现艺术自由~

精彩成果展示

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01

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在实地调研的过程中，我发现整个园区中分布着大大小小的博览类建筑——水上兵马俑展览馆，汉画像石博物馆，楚王陵遗址馆……众数的单体建筑均秉承着同质的设计手法——厚重的材料，端庄对称的造型，严肃的氛围。以此构成的建筑群和风景区体验下来也是充满了浓厚的历史气息，建筑史地维度所带给游人的情绪体验都是古文化的厚重和均质。

由于建筑情绪本身没有变化，清一色的厚重历史，俑陵遗址。因此游人的情绪体验也倾向于严肃。展览馆挨个看遍，整体的压迫感，陵墓的尺度感，都让游人趋于疲惫和肃穆。

或许新艺术馆的设计应该有别于这种厚重，让整个园区的游览过程中建筑情绪出现差异，这有助于丰富整个游览过程。建筑本身就具有艺术性，而在艺术馆设计中，这种艺术性被愈发强化。

戏剧要用笔墨，字段，辞藻来让故事起—承—转—合，让读者获得饱满的阅读体验。

建筑要用光影，空间，转折来让空间富于变化与韵律，继而充分调动观者情绪，从而探索、占据、使用空间。

对于艺术性的处理，二者有相似之处。

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按任务书要求，我大致将艺术馆划分成三个功能——展览（临展，长展），办公（库区，修缮，会议），商业（纪念品，餐厅，咖啡厅）。其中商业部分完全可以设置于临湖一侧，坐拥良好的景观，满足我们的设想。

于是我打算将建筑体量分割成两个部分，一半作为展览区，组织完整的具有叙事性的参观流线，另一半作为办公和商业的集合体。两个建筑体量中间自然形成的间隙，用来形成交通空间，让游客进行场地穿越，避免去水上兵马俑的游客对艺术馆“绕道而行”的情况出现。

在造型上，契合原本山水自然的形态，做成形如峡谷的景观商业街。如此一来同时解决了三个问题。

①【场地穿越】

解决了从南门、市民广场到水上兵马俑，汉画长廊的游客必须绕开艺术馆场地的问题。艺术馆建筑完型分裂成两个体量，游客可以实现场地穿越。

②【分区流线明确】

将建筑动静进行了分区，分裂成两个主体量后，满足了展览入口，办公入口，藏品货运路口，三个入口形成的流线，互不干扰。

③【建筑激活】

在游客穿越场地的时候，会与艺术馆发生互动，如峡谷商业街，可登高观湖的观景台，拥有良好视野的茶室等，同时建筑外环境设计偏向滨湖公园，让游客拥有一个轻松，舒缓的氛围（俑陵厚重文化氛围的调剂）

确定完场地的入口，流线，朝向后，现在建筑大致被分为两个独立的体量——展览体量（东北近路），办公与商业部分（西南滨湖）。一层彼此独立，中间形成穿越主干道，沿街打造商业与纪念品店，让游客与建筑发生关系。二三层之间彼此连接，形成连廊，满足办公区对于展览空间的管控，展览区和商业区的联系需求。

艺术馆西临狮子湖，东靠云龙山，整体呈现东高西低的趋势，建筑主体三层体量依据山势，逐层退进，自然划分出屋顶平台眺望区域，保证滨湖区域拥有良好视野和屋顶室外活动空间，同时建筑转折明显，可以结合光影设计空间。

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建筑，要泣血，要喘息，要盘桓，甚至破碎。

建筑，在压力下会发光、刺痛和撕裂。

建筑要别有洞天、要炽热、光滑、坚硬、棱角分明、野蛮、圆润、细腻、多彩、淫秽、贪奢、梦幻、魅惑、排斥、潮湿、干燥、悸动。

有生抑或逝去。

若冷，就寒如严冰；

要热，便炽如燃翼。

建筑必须燃烧。

——Wolf D. Prix《Architecture Must Blaze》

第一次读到这段话时，毫不夸张的说，我眼睛都亮了。仿佛一下子探进了迷雾，抓住了某种难以名状的东西。艺术馆公建应该是非常激动人心的，其并不是结构功能简单的流水线产品。当你进入到一个艺术空间时，情绪应该受到某种冲击，其空间中的“势”会怂恿你去探索、占据、最终使用空间。

而艺术馆作为艺术品的载体，本身也应该区别于其他建筑载体，通过空间的张力来突出空间本身的艺术性，从而让使用者情绪起伏，产生某种独特的建筑感受，建筑情绪就出现了。艺术馆作为公共建筑，更是充当了地景的多面镜，映射、凝结、重塑着我们的周遭。压缩现实的元素，创造出建筑的钻石。

大致清晰了什么是建筑情绪，以及我想表达的建筑情绪后，我开始总结现在体量的设计语言，寻找造型设计的切入点。目前体量碎裂，一分为二，逐层退进，转折分明，同时背山面水，建筑造型十分不规则……何不将建筑造型处理成山水间，河畔上的峦石呢？这样既满足了不规则几何造型，又可以通过碎裂和转折形体将光线引入室内，一举两得。但是峦石的造型不能过于具象，造型应符合功能布置，同时转折不能太细碎，需要对峦石进行几何转译。于是我接触到了几何转译的神器——拓扑。

而在前人的研究中发现，拓扑和情绪之间也有桥梁关系。“拓扑心理学”（topological psychology）是格式塔心理学派的一个变种或分支，为德国心理学家库尔特·勒温所创立。拓扑学是几何学的一个分支，它不问面积和距离的大小，以严格的非数量关系来表述空间的内在关系。勒温从心理学的角度出发，借用拓扑学来陈述心理事件在心理生活空间的移动，以及达到的目标和达到目标的途径。

而拓扑的几何本质又与空间有着天然的关联性。这样一来，无疑给我打了一针强心剂。拓扑、情绪、建筑，三者彼此关联，融合缱绻，跨界设计，未尝不可！

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拓扑简单来说是是一种帮助设计师将设计直觉理性化的工具，在这里我想简单介绍一下基础拓扑的一些概念以及如何结合建筑软件（MAYA  T-SPLINE   RHINO7-SUBD），来创造拓扑空间。（关于拓扑知识中点集、代数等知识了解有限，如有错误，欢迎大家指正）。

首先，我们的空间可以看作一个或多个多面体的集合。其中多面体的可以定义为：由若干个多边形沿着边围合起来的封闭的立体，而多边形所围合的虚体就是传统意义上的空间了。既然空间是多面体形成，那么必然满足欧拉定理。

设X为多面体，记e=x的棱数

f=x的面数

v=x的顶点数

则有：v-e＋f=2-2g（g为多面体的亏格）

△ 常见几何体与欧拉定理

而建筑中常用的长方几何形体与长方几何空间，就是g=0，即亏格为0。此时就是标准的欧拉定律 —— v-e＋f=2 ，而建筑学在几何形体推敲中常用的破面，做加法，做减法的几何变体依然满足基本拓扑关系。

而这些多面体的总曲率都是4π。

在这样的基础拓扑多面体下，处理异形建筑问题时，我们需要确定空间中的点的位置，以便施工，于是就可以将n维的几何问题通过点集映射，转化到n-1维上进行处理。

例如通过曲线上点的映射，将2维问题转化为1维

在3维空间中，也可以通过直纹曲面的做法，通过多个内切四边形的做法来实现异形空间的构建，将3维降至2维。

通过直纹曲面将3维问题转化为2维

回到欧拉定理本身来看，对于多面体，v-e+f的取值只与多面体的表面所能连续变化的曲面的亏格有关，而与多面体的具体形状无关。这样一来，想要实现造型上自由的同时，兼具一定建筑空间构建的合理性，我们只需要设计满足亏格g＝0的多面体空间，就可以了。这时，有但不仅限于这三款软件满足了这一条件——MAYA，T-SPLINE，RHINO7。

2-对比多边形建模软件——rhino7SUBD的优势

喜大普奔，rhino7不负众望，发布问世。其中通过SUBD系列工具补全了rhino之前版本多边形建模的局限性。对比于MAYA , T-SPLINE（现Fusion 360），SUBD几乎实现了之前空缺的所有功能。虽然SUBD对比MAYA稍有逊色，毕竟M作为专业多边形建模软件，其中部分功能依然具有不可替代性，但是对于建筑学可能涉及的功能，SUBD都给出了很好的解答。值得一提的是rhino7中SUBD  MESH  NURBS三种格式几乎可以无缝转化，这让跨软件工作的局限性大大降低。

这样一来，rhino平台变成了一个核心工作平台，加上grasshopper和rhino inside revit 这两位参数化护法的加持，以rhino＋revit＋gh为核心的工作流堪称没有对手。

3-LOWPOLY设计语言：逆向与正向

我们有一个50000网格构成的具象人物A，

通过LOWPOLY转化为2000四边面网格的抽象人物B，

再通过TRIANGLE LOWPOLY转换为1500三角面网格的抽象人物C。

以上这个过程就是逆向LOWPOLY，即我们已有一个高阶大量网格的模型，通过降阶，减少网格数，达到低边形网格的目的。但是逆向LOWPOLY是一个不可控的过程，是一个计算机逻辑的东西，比如我无法人为控制人物保留五官信息，所有细节伴随LOWPOLY的过程同时消失。

这对于建筑学并不适用，因为建筑设计是一个正向的过程，通过空间设计和功能组织出发，最终结合造型进行设计。换言之，在建筑设计中，要达到亏格g=0的LOWPOLY的拓扑结果，应该是一个正向的过程，不能完全交由计算机来帮你完成。但是逆向过程给我了一个很重要的启示，三角形网格面更能满足降维这个过程，简而言之，四边面可能是空间曲面，而三角面无论如何都是二维平面信息，更后期方便施工建造。

而rhino7的SUBD功能完美解决了正向LOWPOLY的过程，同时通过SUBD FORM MESH等功能结合，让网格模型进行多边形细分不再是梦。

正向LOWPOLY不是一件容易的事，不易之处在于其十分考验你的空间想象能力。

有别于传统的正交体系建筑，通过平面排布，然后从平面升起体量，设计立面，最后完成整个建筑的设计过程。因为多边形拓扑造型的过程中，你的立面和平面是相互影响的，你的一个转折处理可能同时改变了你的平面，影响了你的空间，打破了你的立面。简单来说，就是牵一发而动全身，所以只能不断地在建模的过程中改平面，优化流线，处理造型……而这个过程更接近非线性建筑的设计过程，只是因为要用极少量的面来拟合LOWPOLY造型，变化宁缺毋滥，所以每一步都要仔细推敲。

终于经过漫长的找形、布线、推敲过程后，在二草阶段，建筑拓扑后的造型有了这样的雏形。

二草模型的完成让我吃了一记定心丸，因为接下来的过程可以依据大致的模型设计了。但由于此时立面过于沉闷，表皮结合门窗完整的形式语言也有待设计，该如何在将光引入空间的同时，体现我之前所说的建筑情绪呢？

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在这次的艺术馆主中庭的设计中，我打算沿用光这一视觉信号，同时由于整体造型受限，转折比较多，所以整个中庭空间顺应转折，结合柱网，通过拓扑结构优化进行非线性设计，这样兼具结构的合理性的同时，也用非线性的设计语言形成第二层视觉信号。在进入这个空间的一瞬间，应该是非常激动人心的。

整个非线性的设计过程围绕AMEBA的核心算法BESO（双向渐进拓扑结构优化算法）展开。首先通过确定柱网位置设置支座，并同时限制三维方向的移动。

在施加面荷载时我犯了一个错误，我在中庭初始模型进行拓扑结构优化时，仅仅将柱顶和顶部天窗桁架作为荷载施加单位，并没有考虑周围楼板对于中庭空间可能产生的荷载，最终导致AMEBA运算迭代结果失准，所以整个迭代过程仅作为找形参考。

后询问老师，得知中庭空间可以单独考虑结构，与其余部分交界处可以通过设缝的方式衔接。但是这样就无法保持中庭空间与楼板衔接的连续性，非线性的效果也会打折扣。

最终我只能在此基础上通过AMEBA后处理电池进行额外的增添部件，尽量弥补之前的问题，并在得到优化成体后重新翻模。

△ AMEBA拓扑结构优化找形

整个修改完善的过程花了大量的时间，同时为了保证整个造型的流畅，拓扑优化的网格数量接近10万，每一次计算都让人心惊胆战hhhh。结束后通过增设楼梯，串联交通后并手动优化后，得到了最终非线性的中庭空间。

底层形似拱券柱列，充满秩序感；

二层每一个洞口都是一个窗口，人可以从不同的角度看进看出，同时窗口和围挡浑然一体，充当围栏围护结构；

三层高耸的束柱子支撑着天窗和桁架层，同时最高处拥有近6m的层高，拉开人与光源的距离，产生神圣感。

整个中庭在天空的映射下光影斑驳，通过光的指引，促使人占据空间，同时步移景异，让人的心灵产生震荡。

由于不想让光这么直给，天窗采用双层网架结构。顶层采用较大尺寸的星型四角锥网架，下弦节点处采用较小尺度的正交斜放网架，这样整个光线被结构粉碎成粒子，洒入室内更加柔和近人。

在剖面图中，可以清晰看到整个非线性拓扑中庭串联起整个展览空间。光是媒介，空间的复现性不断推进人的情绪，整个非线性的空间富有弹性，是窗口也是景观，建筑成为了某种平行于展品的艺术形式，空间则成为了某种情绪的介质。

接下来我尝试效果图进行叙事表达，将整个游览结合光与非线性拓扑空间进行展示。

① 初入场地，建筑以一种多边形的拓扑形态介入场地，造型如峦石，极富转折。主入口向内凹陷，竖向垂直的玻璃入口立面透出明亮的光，与周围厚重的体量形成虚实对比，形成强烈的入口引导。

② 进入室内，映入眼帘的是非线性拓扑中庭通高空间，高15m，光从天窗洒下，产生神圣感。整个空间十分明亮，两个楼梯形成层与层之间的串联，与异形主体融为一体，充满向上动势。

③ 来到首层楼梯处，向上望，看到巨大的拓扑优化结构与斑驳光影，仿佛置身于哥特教堂，形成某种扶壁与花窗的转译，人充满了渺小感，但是光又不那么承重，给人以强烈希望。

④ 你拾级而上，巨大的拓扑结构让你仿佛置身山洞，而光是唯一的出路，寻着光的指引，你不断向上，参观艺术馆的各个展厅。

⑤ 参观完展厅后，来到三层平台处，回望整个中庭区域。此时你已从地面来到了空中，首层遥不可及的光，此时已经触手可及。你看到了中庭的全貌，看到了来时走过的楼梯，看到了其他游客，他们也在看你，不同的标高和角度带来了截然不同的空间体验，唯光线依旧。

结合以上图纸，整个叙事性的流线和光媒介的空间表达，我绘制了这张流线效果图。其充分表现了非线性中庭空间串联各个展厅的作用，以及光媒介的神奇魅力。

在这个案子中，对于光线的雕琢堪称传神。布雷将建筑室内外的光反转，在建筑中，白天就像夜晚。布雷采用球作为几何原型，他认为球体代表了完美和雄伟，光线沿着弧形表面逐渐地淡开，产生一种"无法计量的的感觉" (“immeasurable hold over our senses”)。

精神在物质的重量下感到压抑，而压抑正是崇拜的起点。

布雷将整个球体体量做的超大，而室内不给任何参照物作为标尺，只有牛顿的棺材位于球的重心，从而让来到纪念堂的游客失去尺度感，产生压抑性。此时室内本漆黑一片，硕大的圆形空腔让人喘不过气，而布雷在巨大的球体上戳出千万个小洞，室外的光透过细密的小孔射入室内，仿佛无数繁星。漆黑的球内宛如夜空的幕布，上面点缀着万千星河。

此时时间被翻转，室外是白昼，室内是星夜。

而到了夜晚时，球体内部中心处被放置一个点光源，将整个室内照得通明，光再次通过万千孔隙来到室外，仿佛在冲破什么，但是厚重的球体墙壁形成了天然的压迫，这种光通过建筑体现出来，也在建筑外渐渐消散殆尽。

此时，因为工业时代的灯的发明，室内是白昼，而室外是无尽的夜晚。

虽然这是一个纸上建筑，但其中诗意的表达让人震撼。

回到本次艺术馆的设计，取形于山水间的峦石进行拓扑变形，建筑造型整体趋于厚重。此时，牛顿纪念堂这一案子让我浮想联翩，同样是光作为媒介，如果巧用光实现虚实对比，是可以化解这种厚重的体量感的。同时，艺术馆展厅部分多用人造光源，对于自然光需求不高。此时完全可以将整个艺术馆想象成牛顿纪念堂的“球”，用零星的穿孔表皮做“万千孔洞”，这样强烈的虚实对比，可以瓦解厚重的体量均质的压抑感。

由于建筑表皮基本面是通过rhino7SUBD进行整体造型得到的结果，若将其划分为多个三角面方能保证多边形各自都是平面。但只有一部分低自然采光需求的多边形区域需要穿孔表皮（如展览空间），其余多边形区域需要进行整体开窗处理（如办公空间，商业空间）。这个过程中涉及许多数据处理的问题难以解决，这里非常感谢工作室林涛老师的帮助，在林老师的指导帮助下，终于完成了表皮设计，表现为有区域筛选的随机渐变穿孔铝板。

表皮结合中庭的星型四角锥网架，与实体的建筑外壳，在光影交错中，形成强烈的虚实对比。

而在底层空间、商业空间、办公空间等需要大面积采光窗的地方，则结合立面转折，进行造型设计。

整体建筑首层大面积落地窗的设置，迎合了商业空间（纪念品店，咖啡厅，餐厅等）的采光要求，同时与建筑二三层较实体的部分形成了虚实对比，建筑首层大面积落地的轻质玻璃，让建筑仿佛悬浮起来，进一步消解厚重感。

建筑中间穿越处，沿街设置各功能空间，辅以落地玻璃。建筑两主体量的连廊同样采用大面积的玻璃，视线开阔，同样也与实体建筑外壳产生强烈的虚实对比。

07

（相关rhino-gh-revit并联使用的方法，犀流堂中参数化凯同学和rhino3D都有非常好的教程，感兴趣的小伙伴可以去看一看，我自己也在研习的过程中，接下来有时间的话，我也会写一篇文章和大家分享我的一些使用心得，再次挖坑，捂脸）

于是乎，对于传统的构配件，我选择在revit中完成，再同步到rhino中，不考虑软件本身学习成本的话，真的节省了很多时间。

完成了建筑内部构配件与整体造型，部分细节处也需要处理。之前提到，建筑背山面水，西侧结合商业空间应该和水景进行良好的互动，于是我打算在建筑的三层高度设置两个屋顶平台，其中主平台可以通过一个双跑缓坡步道从场地直接到达。游客拾级而上，来到顶层空间时，可到达平台眺望湖畔风光，同时平台也作为人群集散的小广场。

缓坡步道沿着建筑逐层退进的趋势设置，将一至三层进行了连接，同时二层体量向外悬挑，在一层形成一个巨大的灰空间兼商业空间入口广场，同时悬挑体量也在三层形成一个开阔的观景平台，眺望湖景。

报告厅设立单独出入口，并结合外立面造型转折做隐蔽入口处理。

由于篇幅限制，部分细节就不做展示了，过程几乎都是大量的布线，调形，计算。最后经过多次调整形成了这样的建筑完型。

整个建筑介于山水之间，外环境设计与建筑造型语言保持一致，用折线划分场地，建筑中间的场地穿越关系也在总平面图中得以体现。

各层平面图如下：

最后采用夜景效果图，更好底契合了我对于光和表皮表达的预期。

非线性中庭与整体建筑通过3D打印的方式得到实体模型，拿到手上的那天，我把玩了好久。

长舒一口气，搞定收工！

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同时通过富有弹性的中庭空间设计也巩固提升了我对于非线性设计语言的使用，虽然正向设计和逆行设计的同步使用充满挑战，学习新软件也几乎占据了大半的休息时间，好在成果不错，一切也都值了。

设计的出发点是用拓扑空间设计语言，表达建筑情绪。回头来看，基本是达到了我的预期，建筑空间应该是非常激动人心的，空间中的“势”会怂恿你去探索、占据、最终使用空间，建筑必须燃烧。

由于设计的出发点和表现法较为激进，也算是打破传统设计思维的挑战，在评图时还是引发了一些争议。于我而言，我觉得有争议或者批判对我来说不是一件坏事吧，如果我的设计有一天已无法激起任何观者讨论或者争辩的欲望，那反而说明我的设计是乏味无趣的，这大概是对我最大的否定了。

所以在这里我来统一回答一下常见的几个质疑吧，也算自己对于本次设计的一些回溯。

问得比较多的问题，同时也是思维定式的问题。

问：这是一个汉文化艺术馆设计，可你建筑的形式语言与拓扑空间的使用，与汉文化并无关系，你作何解释？

答：其实这是设计切入点选择的问题。我设计的出发点有二，其一就是打造一个亲近自然，与山水周遭充满互动的峦石造型，并用拓扑手法与LOWPOLY进行几何转译。其二就是我想通过体现艺术馆空间与造型的设计，来尝试用光线来诉说建筑情绪的一种设计方法。这个过程注重于人的空间体验与空间的叙事性，不同的空间应该能调动人不同的情绪，建筑应该是激动人心的。

对于问及我为何不多元化处理这个设计时，可能是我水平受限，我始终认为建筑没有办法解决所有问题，如果设计始末能解决一两个核心的切入点问题，便已经知足了。至于绝大多数同学采用回应历史文化，或者结合史地维度，建筑文脉考虑来进行设计切入，通过大屋顶，山行，甬道，色彩，廊院式等手法塑造这个艺术馆，当然可以。只是大家切入点不同，没有必要强行比较一番。倘若所有人劲都往一处使，最终结果均质而雷同，形成类似一问一答的思考方式，那设计的魅力也就丧失了。

这篇文章全文近万字，是我阶段性的总结，也是我非常想和大家分享与讨论的设计过程。谢谢耐心看到这里的你，倘若字里行间能给你带来些许帮助和启发，那便是我最大的褒奖了。文中若有错误和不严谨之处，望不吝赐教，也欢迎大家和我讨论设计问题。

感谢阅读，完结撒花❀

关于作者

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△ 段成璧（亻故匚斤）

中国矿业大学本科三年级在读

欢迎志同道合的小伙伴们一起合作竞赛组队

愿设计的纯粹能诞生纯粹的设计

△ TransAxis设计坐标

ps. 小编有话说：

建筑学院现已开通“优质学生作品竞赛/作业/项目”专栏，如果你有优质的竞赛/课设作品，并乐于将设计的过程、方法整理成文章，并让更多的人看见，欢迎向我们投稿，我们会给予一定稿酬。

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