折纸对建筑的启发

贾福龙

摘 要：折纸作为一种古老的艺术形式，在工业设计上早已成为一种常见且实用的手段，建筑师也从这门传统手工艺中汲取创作的灵感。折叠的奥秘在于可以把平面的纸张变成空间的结构，给建筑设计、结构设计带来与众不同的解决思路。本文从折纸的起源出发，结合经典案例回顾折纸在建筑设计实践中的应用，总结折纸对建筑领域的启发，并展望数字化时代下折纸在建筑领域的可能性。

关键词：折纸艺术；建筑形式；结构；图案

1 引言

在建筑设计和工业设计的发展历史中，对使用单张平面材料（例如胶合板、金属板、塑料板、纸板）直接生成三维形式的尝试从未停止。将二维材料成型为三维造型这种空间转换的手法在折纸中经常用到。因此，对折纸问题的研究为设计和建造过程中遇到的问题提供了一种新的解决方式。随着对折纸数学原理研究的深入以及计算机技术的发展，使用计算机建模模拟折纸过程、分析结构力学特性已经成为现实，作为建筑设计领域一个重要灵感来源，折纸已经超越单纯的美学追求在结构设计和动态建筑中扮演重要角色。

2 折纸艺术的起源与发展

折纸是纸艺的一部分，即在一张完整的纸张上运用翻、转、拉、挑等手法在不发生剪切、粘合的前提下创造各种三维立体形态的手工艺。由于文献和出土文物没有确切关于折纸的记载，所以起源迄今无从考证，主要有中国起源说、日本起源说和西班牙起源说三种说法。不过可以确定的是现代折纸起源于日本，在公元1200年左右，日本武士中流行交换一种特殊折法折出的纸花来证明之间的友谊，之后到了室町幕府时期（公元1336年）纸成为廉价品，折纸开始流传到社会各个阶层并广泛应用于日常生活、婚庆、祭祀活动中，并且一直流行到今天。

19世纪晚期，随着第一次国际折纸学术会议在巴黎举行现代折纸进入快速发展时期。日本折纸艺术家吉泽章创作出了大量充满艺术魅力与创新精神的折纸作品，建立了描述折纸技术的标准语言，至今仍旧为全世界所通用，被称为现代折纸艺术的鼻祖；20世纪80年代，人们开始注意到折纸可以作为一个数学问题被加以研究，1991年，藤田文章提出折纸过程中的六种基本操作，也称为折纸几何公理，之后数学家羽鸟公士郎补充了第七条公理，合称藤田-羽鸟公理；90年代，罗伯特·朗成功将相关数学定理转化成了算法，并基于这些算法开发了商业软件，允许人们输入任何自己心目中想要的形状，然后电脑会计算出为了折出该形状所需的折痕图样；2004年，东京大学三浦公亮发明三浦折叠法应用于卫星太阳板的折叠；2013年，东京大学馆知宏教授提出了折叠自由曲面的实用算法。随着数学和计算机领域对折纸研究的深入，折纸已经不仅仅是一门传统手工艺，成为了一个有完整理论基础和广泛应用领域的新学科。

3 建筑中折纸的应用

折纸在多个领域有着广泛的应用，从生活中常见的弹出式立体折纸贺卡到医疗应用，从汽车零部件到航天器的制造，涵盖数学、计算机科学、工程学、生物学等学科。在建筑学领域，折纸的影响分为两个方面：一种是形式上的折叠，即建筑造型模拟折叠的效果；另一种是互动式的，即建筑构件可以在机械动力的作用下发生折叠、位移、旋转等从而使得建筑形态发生折叠或展开的效果。过去由于技术条件的制约，建筑师主要从形式上来模拟折纸，卡拉特拉瓦、FOA等做过很多这方面的尝试，而随着科技的发展尤其是计算机技术的进步，折纸可以作为一个媒介来获得关于空间转换的认知体验和建筑结构设计的重要手段。

近几年兴起的仿生建筑、可变动建筑、互动建筑都受到了折纸的影响。以仿生建筑为例，以自然界某些生物体功能组织和形象构成规律为研究对象，探寻其规律来丰富和完善建筑的处理手法，促进建筑形体结构和功能布局等更加高效合理。折纸的可展开可折叠性为处理建筑中不同组件之间的结构关系提供了一种新的模式，例如上海旗忠体育馆的开闭屋盖结构体系。

4 建筑实践

4.1 西班牙Valleaceron小教堂

教堂没有刻意塑造成一个集中式的宗教空间，而是从空间、结构与游览路线之间的关系出发，每个要素回应不同的重点，从象征性空间到安静空间再到私密空间层层递进。这个思路贯穿整個建筑，最终实施为一个引人注目的紧绷的“折叠盒子”。建筑师对不同形态的折纸盒进行了研究，通过大量的折叠后尺度和规模的推敲，打破完全紧凑的空间，呈现出一系列开放紧凑而又碎片化的空间。盒子的折叠变形使地面与墙壁与屋顶之间产生错位，使得单一的混凝土材料变得丰富起来。缝隙中泄漏进来的自然光是构成建筑的第二种材料，与坚实的混凝土形成强烈对比，随着时间推移光影变换，自然光在建筑中创造出不同的空间氛围。

4.2 日本九州芸文馆

隈研吾设计的九州芸文馆受折纸启发，以屋顶造型为设计的中心，众多折叠面形成建筑内部的庭院和通道，同时将创作空间和展览空间分隔开来。屋顶低而棱角分明的形态模拟远山的轮廓和附近河流形态，与周围环境融为一体。折叠的立面使光线与墙面产生互动，通过切割这个几何折叠的体量确定开窗的位置，引入自然光线，使得内部空间与外部空间都更加丰富有趣。建筑外表的石墙和植物墙纹理蕴含着日本传统的山河、纸、绢和木材的影子，使建筑与传统文化与地域特点产生联系。建筑整体性的获得不仅是因为折叠的使用，更体现在材质以及文化元素的呼应。

4.3 折纸住宅

英国建筑师大卫·本·格伦伯格设计了一座可以根据时间、季节和天气条件变化变形的住宅。建筑概念来源于亨利·杜德尼关于将一个正三角形分割成四块并拼成一个正方形的研究，将整体分割为四个独立的模块，并提供了八种不同的组合模式。每个建筑模块都位于轨道之上可以沿轨道运动折叠，冬天厚重的保温墙将内外隔绝以保证室内的温暖，到了夏天，住宅通过折叠旋转将内外翻转，厚重的外墙转换为内墙，轻薄的内墙转换为外墙，以便通风散热。除了应对季节的变化，建筑甚至可以随时间一直处于缓慢的运动之中，例如在寒冷的冬季起居室可以随着太阳旋转，使主人一直处于阳光中。折纸为新建筑模式的出现提供了可能性，技术的进步将这种可能性转化成现实。

5 结语

折纸作为一种新的建筑设计方法，为寻求传统之外的建筑设计提供了可能性，对于建筑实践来说它并不具有直接的指导性，而是从传统建筑规则之外开始建筑设计的尝试。当今的建筑形式越来越多样化，并且伴随着功能需求和审美需求的提高，建筑开始向着复杂化、多维度的、动态的方向发展，随着计算机技术的进步，折纸在建筑设计领域必将创造出丰富的可能性。