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探秘中式建筑里的数学智慧

来源:智能建筑 时间:2025/1/19

四通八达、九五至尊、中轴对称……自古以来,中国传统建筑文化饱含着无穷的数学智慧,窥天机、得真理,彰显出中国人上下五千年的宇宙观和审美观。今天,小编就带大家来简单了解一下其中的两点。

中式屋顶曲面-最降速线

《周礼·考工记》中有云:“上尊而宇卑,则吐水疾而霤(溜)远。”由梁架逐层加高而成的中式传统屋顶,不仅是建筑的冠冕,其反宇飞檐的设计也可以用数学中的“最速降线”来解释:雨水从向下凹曲的屋面滑落,沿着“最速降线”,可以在更短的时间排到更远的地方,从而避免雨水对房屋造成侵蚀。

“历来被视为极特异极神秘之中国屋顶曲线,其实只是结构上直率自然的结果,并没有甚么超出力学原则以外和矫揉造作之处,同时在实用及美观上皆异常的成功。……是别系建筑所没有的特征。”

——林徽因《清式营造则例》绪论

这里的最降速线,也被称为摆线、旋轮线,就是在特定条件下,物体沿着特定路径运动时可以达到最快速度、最远距离。而中式屋顶的实际凹曲线,在宋《营造法式》中的“举折”、清工部《工程做法则列》中的“举架”等理论中都有规范,也都与优化后存在黏滞阻力时的最速降线有着良好的拟合度。

中式建筑构件:几何之美

中国传统木构建筑多为榫卯结构,每一个构件都堪称是一个几何体。斗拱、檐椽、雀替、门窗、栏杆、挂落……所有构件,不仅是建筑几何的有机组成部分,也是为生活呈现几何美感的载体,实用而美观。

“中国诗人多爱从窗户庭阶,词人尤爱从帘、屏、栏干、镜,以吐纳世界景物。人们把大自然吸收到庭户内。庭院艺术发达极高。”

“深广无穷的宇宙来亲近我,扶持我,无庸我去争取那无穷的空间,像浮士德那样野心勃勃,彷徨不安。”

——宗白华《美学散步》

“第一圆通三鼓梦,大千世界一窗灯。”从三角不变形的受力支撑、抗震等级高、结构严谨的形制(例如斗拱、雀替、楹柱等等),到几何对称和谐的精致升级(例如挂落、棂格、藻井等等),都体现出中式建筑道法自然的无上风采。

《江雨三首》

[宋]杨万里

雨里油窗莫要关,滴来堪玩洒堪闻。

万珠贡入龙宫了,剩得檐前数颗看。

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