泰山之相──泰安文化大厦
项目名称：泰安文化大厦
项目地点：山东泰安
方案设计：张 华、黄南北
设计单位：天津大学建筑设计研究院
用地面积：11158平方米
总建筑面积：14000平方米
竣工时间： 2010年6月
建筑成员： 张华、黄南北、王倩、孙晴雯、翟相涛、李倩、国青
Email：a27403741@sina.com
网址：www.zhanghua_a.com
Project：Tai’an Culture Mansion
Location：Tai’an, Shandong, China
Architects：Zhang Hua, Huang Nanbei
Company：TianJin University Research Institute
Land Area: 11158㎡
Bldg area：14000㎡
Completion Date：June,2010
Design Team：Zhang Hua , Huang Nanbei, Wang Qian, Sun Qingwen, Zhai Xiangtao, Li Qian, Guo Qing
Email：a27403741@sina.com
Zhang Hua construction site: www.zhanghua-a.com
泰安文化大厦的建筑设计，展现了超出传统建筑学之外的一种另类美。本文章通过对该项目设计思路的分析和研究，着重探讨了如何将个人的独特体验与现代数学的分形几何等国际最前端的设计理论运用在设计理论与实践中, 并在设计中对项目独有的自然和地域文化进行数学抽象和文化传承。
Tai’an Culture Building shows us some new ideas in architectural esthetics. From the study about the mentality of design, the author tries to tell someway of designing unusual architectures with individual experiences and advanced theories, such as Fractal geometry and so on. Meanwhile, the new design method also shows the idea of cultural continuity in some mathematic way.
笔者喜爱收藏奇石逾二十年，古语云：仁者乐山，智者乐水。初始，我的喜好没那么高远的德行，而只是对单纯形式美感兴趣。但随着从事建筑设计的时间积累和收藏奇石过程中对大自然的观察研究，不知不觉中，山川之美融入到我的建筑设计之中，造化之手的鬼斧神工使自己看到和学到了传统建筑美学之外的另类美，这个过程中，分形理论也进入了自己的视野，使我观察思考多年的问题得到科学理论的坚实支持和丰富，感兴趣多年的拓扑理论也可以融进建筑设计中了，所以当我有机会设计泰安文化大厦时，多年的积累终于得到宣泄的出口。
一、设计概况
泰安境内的泰山，又称东岳，总面积426平方公里，主峰海拔1545米，气势磅礴，拔地通天，素有”五岳之首”、”天下第一山”之誉。泰山山体高大，形象雄伟。尤其是南坡，山势陡峻，主峰突兀，山峦叠起，气势非凡，蕴藏着奇、险、秀、幽、奥、旷等自然景观特点。泰山形成于太古代，因受来自西南和东北两方面的挤压力，褶皱隆起，经深度变质而形成中国最古老的地层──泰山群；后因地壳变动，被多组断裂分割，形成块状山体。泰山地质公园探测到了带有37.2亿年地球年龄信息的捕获晶，标志着在泰山地区下存在着相当古老的岩石，是世界最古地质区之一。泰山，不仅仅是一座自然山，更是文化山，精神山。泰安山城一体，是华夏文明的东部发祥地，东夷海岱文明的源头区，儒家文化的承载区。在中华文明五千年的历史长河中，泰山俨然已经成为”华夏文化”的缩影。
泰安文化大厦隶属山东泰安市泰山区，坐落于泰山山麓下，总建筑面积14000平方米，北倚泰山，南临东岳大街，位于迎春路与唐王路的交汇处，整座大厦外观既是一个高度抽象缩微的泰山印象，又是一个蕴含分形规律的泰山石的堆叠，造型别具一格，充分体现了中国山水文化的特色和泰山地域特色。
二、设计创意
1、山相之美
为什么几何学常常被描绘成“冷酷无情”和“枯燥无味”？原因之一是它不能描述云雾、高山、海岸线或者树木的形状。云雾不是球体，海岸线不是圆圈，树皮不是光滑的，闪电也不是直线传播的……，这些客观存在的图形正是被欧几里得忽略了的“无形”的东西，使我们不得不去研究“无形”中的“有形”。
——Benoit B. Mandelbrot（注释1）
飘舞的雪花、婆娑的树叶、连绵的山脉、斑驳的豹纹——大自然的形态如此的生动美妙，但其复杂和不规则程度却难以用传统的欧几里得几何来衡量。伟大的美国数学家曼德勃罗发现自然界的许多形态具有自相似的层次结构，各个迭代的层次之间存在着“自相似性”或“不禁相似”。1975年，他把这类图形称之为分形（Fractal），并最终建立了分形几何理论。物体大小的无尺度、自体的自相似与迭代是分形理论最基本的重要特征。
地球上存在着众多的山脉，由于各自的地理构造和重力等多种因素的不同，山脉的形态按照分形的规律而会呈现不同的肌理。泰山的岩石肌理图案便呈现为一种天然的统计型分形图案，文化大厦的肌理的灵感便是来源于泰山的自然地貌，立面设计的图案同样是具有分形图案的特征，其一，直观看去，立面的开窗都为不规则的方形，但每个单独的不规则窗之间都是同一个楔形母题迭代变化而来，这符合了分形图案特征中的自相似特征；其二，每个不规则窗由小到大，形成规律性尺度变化，又是一种无尺度的表现。总体上，文化大厦的立面设计与泰山的肌理图案不仅具有形似的效果，更有一种高度神似的精神意象。
2、山之大观
建筑造型的设计构思来源于对山脉神韵的理解和分形几何的艺术化运用，从宏观和微观上将山脉的感觉在建筑中体现出来。在宏观上，当我们看远山时受大气的影响，山体会呈现上实下虚的景象，在方案立面的设计当中，自上而下，实墙面的面积递减，同时立面开窗的面积递增，同样是呈现出上实下虚的景象，另外立面的上下虚实交替内含中国传统的阴阳互济之意，符合分形中的渗流理论（注释2），从总体上神似山的宏观意境。此外山脉的起伏延绵在宏观上是表现为曲线，微观上是直线，宏观上山脉的轮廓如同把太极的黑白分界线展开连接变形，坡峰为阳，坡谷为阴。山脉的轮廓线与海岸线一样是分形图案，分形维数介于一至二之间。所以建筑体型会其意用正反曲线构成，而建筑的细部设计则采用直线。将宏观与微观凝缩于一体，获得一种独特的对比效果。
在微观上，对泰山山体所具有的肌理进行了建筑诠释。其立面所采用的肌理为块状山岩的分形图案提炼，山岩在地壳变动的推动下呈现方向性的纵横交错，形成自相似并无尺度的楔形块体。本人在建筑落成后的拍照过程中再次登临泰山，站在南天门前的高台上眺望时，突然感觉对面的石壁非常漂亮随手就拍了一张照片，不成想回来后在整理资料中，突然感觉自然石壁与文化大厦的立面有神似之处，对两张照片进行颜色去色和黑白翻转后（图6），真是太好玩了，自然石壁与文化大厦的局部墙面高度相似，加额抚掌，不亦快哉。
唐代大诗人李白在其《游泰山》一诗中有：“千峰争攒聚，万壑绝凌历”的绝句。泰山文化大厦的表面肌理和多层次的形态正是对泰山自然风貌进行的最佳抽象和解读。不规则的开窗方式构成了丰富的建筑肌理，其灵感来源于泰山的自然地貌，亿万年地质变迁形成的独特褶皱形式被抽象提炼出来，将其图案化、母题化，运用到建筑的造型表皮和室内外环境设计中。无论从宏观还是微观，建筑都创造出一种绝妙的山体意象。在这里，建筑使人类的行为与自然环境形成对话，将大地景观升华为建筑艺术，更好的诠释了历史与地质和建筑的结合。
3、阴阳一体
大厦的立面采用了“拟自然”的开窗方式，在抽象于岩石的不规则几何形状开窗的基础之上，另加了一层变化，就是窗与墙的相对距离有正有负，凸凹的立面形成丰富空间层次，同时其中暗含了中国传统阴阳哲学，一正一负，一凸一凹，阴阳互补，成为一体。另外，阴阳的变化也代表着时间的更迭，更能突出泰安久远的历史文化内涵。
4、虚实一体
自古以来，在中国的古代哲学中，阴阳的存在和阴阳转变是一个主要概念，万事万物皆有阴阳并可以互相转化。这是一种朴素的哲学观。多年来自己始终对此存在浓厚的兴趣，并尝试运用到设计之中。分形几何中的渗流理论从数学上对此问题进行了准确的描述。定义是：当一种结构从许多非连通部分构成的集合基本上变成一个大的聚集物时，我们就说渗流发生了。
文化大厦采用虚实交替渐变的概念和手法，在立面处理上，“虚”的窗户与“实”的墙面虚实共生，形成了丰富变化的立面效果，并且虚实始终是从上至下交替渐进，融汇变化，在虚实阴阳互动中达到统一。换成数学语言则是随机分形下一种阵列（虚实）的互相渗流，从虚到实，从实到虚。渗流存在一个临界值，超过临界值后就会发生相变。就像物理学中类似的现象，对水加热，在100度时存在一个液体到气体的相变。在文化大厦的立面上同样存在上部为实（大面积墙面）下部为虚（大面积玻璃）的渗流相变，所谓的虚实转换（注释3）。
正如杜甫在咏泰山的《望岳》一诗中所云：造化钟神秀，阴阳割昏晓。同时，虚实对比下的立面效果也与山的整体印象形成了呼应。
三、景观设计
整座建筑的形体设计追求一种山体自然景观的效果，在环境设计方面极力渗透大厦的基本元素和构成手法。建筑场地中的景观石，既起到提示建筑的作用，又在地形中起到障景的作用。另外，建筑入口连绵曲折的入口台阶犹如溪流一般将来访者巧妙的引入到建筑当中，同时入口广场采用的抽象肌理图案更加回归自然，同建筑的立意相互呼应。整体上，建筑与场地完美融入到了山地的自然景观当中，在这里，建筑艺术升华为大地景观建筑。
四、细部设计
两条有度量的边夹峙形成一个固定的角度并进行迭代是一个最简单的分形图案。因为它们具有自相似和无尺度两个分形的基本条件。设计中将另外的两条边闭合构成一个楔形母题（窗户），自下而上的进行随机迭代形成渗流，从而构成了大厦的立面。
文化大厦立面材质的在选择上踯躇很久，最后没有采用通常的直白手法，既采用直接石材贴面的作法以明示其立意。建筑造型的弧形墙与不规则的阴阳窗的材料分别为银灰色铝板与黑色隐框透明玻璃，剥离人们对建筑造型与山岩的直接联想，留其山之神韵。中国的山水文化具有几千年的历史，在诗词绘画音乐与建筑等方面均有极高的成就。文化大厦的建筑构思独辟蹊径，建筑整体利用现代的手法和材料，来展现建筑的地域文化主题与独特创意。
注释1：在很多情况下，“无生命”的世界也具有某种分形特征。例如，单个的山与它所处的整个山脉看起来可能相似。月球上的环形山的分布像分形一样服从某种尺度伸缩的幂律。其他的例子有河流、海岸线和云。然而，对这些物体不可能像生物体那样找出其层次化的结构，不存在明显的自相似性。不过从统计意义上说，当这些物体被放大时，看起来也是相似的。引自《大自然的分形几何学》，曼德布罗特著。曼德布罗特并非正统数学家，他经常受到指责和批评。他曾在世界名人录自己的条文下写道：”如果（与体育一样）把竞技放在一切之上，科学便被污染了。如果为了讲清竞赛规则而使自己退于狭窄的专门技巧之中，科学就要毁灭。有少数学者，他们是一切定型的学科之间的选择性游牧民，他们对于定性学科的智力福利事业大有好处”。曼德布罗特称自己是个”游牧民”。
注释2：渗流是分形几何的重要理论之一，定义是：当一种结构从许多非连通部分构成的集合基本上变成一个大的聚集物时，我们就说渗流发生了。渗流处的情形表现出具有非整数指数的幂律性质——分形结构的特征。分形维数D约等于1.896。引自《混沌与分形——科学的新疆界》，海因茨·奥托·佩特根等著，P304－P305。
注释3：随机分形的渗流变化中，临界值是一片区域的动态过程。“一个按某种分辨率由三角形构成的栅格，独立地处理其中的每个小三角形，其颜色是否涂黑按规定的概率0≤p≤1.0随机的决定，所得到的整体形状极大地取决于所选定的概率p。显然，对p=0，我们什么都得不到；而对p=1，我们得到一个全为实心的三角形。对于取中间值的p，得到的图形其密度随p的增加而增加。最初，对于小的p值，我们只得到稀稀拉拉的一些黑色的单元，概率值越大，则黑色单元越多，知道某个临界p=pc时，黑色单元似乎粘在一起成为一个大的不规则块”引自《混沌与分形——科学的新疆界》海因茨·奥托·佩特根等著，P303。
参考文献：
[1] Benoit B·Mandelbrot．大自然的分形几何学．陈守吉 凌复华译．上海：上海远东出版社，1998.12 [2] 海因茨·奥托·佩特根[德] 哈特穆特·于尔根斯[德] 迪特马尔·邵柏[德]．混沌与分形—科学的新疆界．田逢春主译．第2版．北京：国防工业出版社．2008.8