浅析建筑设计的拓扑优化及空间创作
发表时间：2018-07-12T15:29:37.120Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第6期作者：胡大超[导读] 涌现了很多建筑结构都非常的异类化，这一类型的结构出现后大大提高了建筑设计者的工作要求。

滁州市建筑勘察设计院安徽滁州 239000 摘要：我国建筑行业随着经济的快速发展发生了比较明显的变化，目前，涌现了很多建筑结构都非常的异类化，这一类型的结构出现后大大提高了建筑设计者的工作要求。

如果在建筑结构设计越来越高标准的情况下，还继续沿用传统概念设计来进行结构布置和选型，是绝不可能保质保量的完成这项设计工作的。

并且拓扑优化设计得了广泛的运用。

关键词：建筑设计；拓扑优化；空间创作
前言本文中的重点研究和传统的设计概念有所不同，拓扑优化设计方法能够简化结垢质量并且能够设计出更为合适合理的受力结构。

很多人都是用过连续体拓扑优化的方法来对不同边界条件的桥梁结构进行优化设计，并取得了非常完美的结果[1]。

1.拓扑优化的概念拓扑在自然界中是一种很常见的现象，它能够在环境限制下将自然元素对物质的分配达到最优的状态。

这将对于工程学以及建筑学的发展来说都有着很重要的启发。

设计师在建筑设计中对拓扑优化的应用从结构设计到结构和形态设计的结合，体现了数字化时代的特色，在以后的运用中，拓扑优化将会更加深入和广泛。

2.连续体拓扑优化在结构设计中的特点目前，建筑结构优化领域随着社会的迅速发展也加强了自身的改革和创新，现如今，能够达到造价降低和结构性的优化目的将成为概念设计基础上对结构进行的改动。

但是这种优化方法并不能对整体结构的布置有所优化，只能针对结构的表面进行，从而使得优化空间受到了限制，尤其是一些很复杂的、另类的结构，设计人员完全无法对结构的布置做出非常准确的评判，一般都会借助已有的模型来比对选择。

但是如果使用连续体拓扑优化的方法就能够解决这一难题，并且能够更有力的保证了结构设计的合理性。

建筑结构设计必须要保证每一个参数都要精准无误，拓扑优化的目的就是能够优化一定得物质分布和已经给定的边界条件的找形，它能够将整个空间的硬度和密度连续改变。

3.拓扑优化的研究目的以及意义建筑用来表达情感的语言方式和手段是形式，建筑被利用并被其发展的根本属性是空间，现代的建筑创作都以及普遍统一化，缺乏创新，随着时代的变化，传统化的欧氏几何思维下的建筑创作以及无法满足当代人们的审美和使用要求了，因此建筑设计者们开始寻找新的创作思维和方法。

拓扑优化是一种全新的几何学和思维方式使用到建筑创作之中的，就此出现了一批创新型的建筑。

在建筑创作上面它具有非欧几何特色的连续光滑表面的建筑形态，拓扑网络思维在建筑的应用中以及在有限的空间内都在追寻着无限的空间变化以及连续的可能性。

拓扑优化是建筑学发展的一个非常重要的方向，鉴于当代建筑中的拓扑优化思维运用，要从数学和建筑学两个方面来研究拓扑优化对当代的建筑形态设计理念和方法的影响[2]。

从理论和实践之中来全方位的认识拓扑优化在建筑创作中的重要性。

工程设计追求的原则有一点就是实用性，为了能够保证建筑经济型的稳定，结构设计师就要从材料方面进行问题的思考。

拓扑优化其实就是借助计算机的技术优势来实现最后的设计目标。

并且能够在已定的空间区域中自动做出相应计算，将建筑结构的布置能够在最合适的范围内呈现，有效的避免了重复返工的事件出现[3]。

4.拓扑优化的研究方法拓扑学和建筑学是两个不同概念的学科，拓扑学是数学分支有着强力的逻辑思维，是一门注重运用推理和解决问题的逻辑性学科，但是建筑学是艺术和技术，具有很强的目的性，是一门注重手段和结果的学科。

把拓扑优化运用在建筑创作中，能够直接的借鉴拓扑学相关的概念和思维情况。

因为两者存在很大的差异，所以采用的研究方法有两种： 4.1图像化的研究方法因为图像能够最直接的表现和论述，尤其是建筑学科，因为建筑作为一个视觉文化，所以图像的存在是非常重要的。

4.2跨学科的研究方法现如今各个学科之间都是以网络状的形态交织在一起的，并非仅仅是简单的线性联系了。

学科之间的影响和促进能够起到很大的作用。

近几年，在计算机强大功能的辅助下，建筑设计开始大量运用曲线形的建筑，从结构主义建筑中的硬边硬角几何中解放出来了[4]。

这些建筑的形态产生理论基础多半来自于拓扑几何学等非欧几何和当代复杂性科学，拓扑学经常被运用到建筑设计的突变、折叠、非线性以及扭曲的形态中。

拓扑优化对此次建筑创作新趋势的影响先是体现在了建筑造型上。

在建筑设计中将几何形状相似的几何体看作是同一个拓扑优化的变形体，并且将这个理念应用在了建筑设计之中。

建筑设计者将弯曲或者折叠作为建筑的变形动作，或者就是为创作较为复杂的建筑形象的来源。

拓扑优化和其他学科的相互结合也对建筑设计者的创作过程产生了很大的影响和启发。

比如：拓扑优化和地形学相互结合，地形学就会经常运用到拓扑优化变形模拟自然和人工地貌。

这些技术都可以对建筑师模拟形体较为复杂的建筑有很大的帮助。

拓扑优化和较为复杂的学科结合运用把各个学科之间的严格界限打破了，提供了很重要的科学理论和多学科的设计思维作为建筑新形态发展的重要贡献。

5.建筑结构拓扑优化的实现因为建筑结构的优化设计在整个工程建设中有着很大的作用，所以要采取最为有效的优化方法才能够实现最佳的效果。

拓扑优化能够为结构设计人员彻底突破传统概念设计的制约，能够从结构的层面找到更多的灵感进行创造。

结语
当代的建筑物的建筑结果随着社会的不断进步和发展变得越来越复杂化了，只有不断的探求全新的优化设计方法才能够实现对建筑结构设计的优化。

拓扑优化设计方法能够快速的使得建筑结构在特定的工况或者边界条件下采取最适合的方案。

对于一些较为复杂且特殊的建筑结构，传统方法已经无法完成了，只有采取拓扑优化防范才能获得最优的材料分布。

拓扑优化在生物工程、建筑工程以及机械工程等其他学科中做到了广泛的运用，并且都取得了很好的进展。

在建筑设计中，拓扑优化与复杂性科学、计算机三维造型技术的结合应用为建筑创作发挥了积极的作用。

总而言之，拓扑优化建筑空间是具有多样性的，与一般建筑空间相比，拓扑优化建筑空间的应用和特征更加明显。

参考文献
[1]朱习军代月明等，时空拓扑关系描述及应用，青岛建筑工程学院学报，2017.（3）
[2]槐明路，拓扑手法在室内环境设计中的运用一一室内平面布置与空间表现，华中建筑，2016.（1）
[3]李雪玲，卜萍等，拓扑学在建筑中的应用——以莫比乌斯住宅与克莱因瓶住宅为例，烟台建筑设计研究院，2016.（9）
[4]张德恒，鹿晓阳.结构拓扑优化设计的理论与方法[J].化学工程与装备，2017.01：155-158.。