黃蔚欣清華大學(xué)建筑學(xué)院長聘副教授，冰立方廣場“雪絨星”主創(chuàng)設(shè)計(jì)師、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人

我們以雪花冰晶為概念起源，參考‘水立方’建筑的多面體幾何原型，延續(xù)‘水立方’和‘鳥巢’形態(tài)基因，基于正二十面體和編織網(wǎng)格設(shè)計(jì)出三維的雪花雕塑。這個(gè)作品既像雪花，又像閃爍的星星，我們給它起了一個(gè)形象的名字——雪絨星。

——黃蔚欣

2022年，北京冬奧會(huì)開幕式在國家體育場鳥巢舉行，無數(shù)精彩瞬間在網(wǎng)絡(luò)上刷屏，96片“小雪花”組成“大雪花”，給人們留下深刻印象……說起冬奧雪花，在冰立方（即國家游泳中心“水立方”）南廣場也矗立著八片中國結(jié)造型的立體雪花，名為“雪絨星”?！把┙q星”是如何誕生的？有哪些科技創(chuàng)新亮點(diǎn)？為此，《城市建筑空間》雜志采訪了“雪絨星”的主創(chuàng)人員——清華大學(xué)建筑學(xué)院黃蔚欣團(tuán)隊(duì)。

“雪絨星”緣起

Q“飄落”在國家游泳中心南廣場的八片閃耀的立體雪花“雪絨星”是在怎樣的背景下誕生的？請您談?wù)勥@一創(chuàng)作造型是源于怎樣的考量？

A2020年，我們研究室接到任務(wù)：在冰立方（即國家游泳中心“水立方”）南廣場完成一系列主題雕塑，將科技與藝術(shù)相結(jié)合，為冬奧會(huì)增光添彩。在北京市科委的支持下，經(jīng)過團(tuán)隊(duì)為期一年的設(shè)計(jì)與建造，八片編織立體雪花燈光藝術(shù)裝置在國家游泳中心南廣場完美落成。立體雪花包括4種燈光雕塑造型，分成3個(gè)組團(tuán)分布于國家游泳中心南廣場不同位置。廣場中部是最大的一片雪花主題雕塑，高7m，位于地下冰場采光頂附近；東部組團(tuán)是靠近冰上運(yùn)動(dòng)中心主入口的三片雪花，分別高5，3，2m；西部組團(tuán)布置了四片雪花，頗具親和力。研究團(tuán)隊(duì)為作品設(shè)計(jì)和建造付出了不懈努力，燈光雕塑整體造型如空中飛舞的雪花、又似夜晚墜落地面的流星，自然融入建筑背景。這個(gè)作品既像雪花，又像閃爍的星星，我們給它起了一個(gè)形象的名字——雪絨星。

“雪絨星”的設(shè)計(jì)方案以雪花冰晶為概念起源，雪花、冰晶的典型特征是完美的六軸對稱性，其形態(tài)千變?nèi)f化，又都源自六軸對稱的基本規(guī)則，是秩序與韻律的和諧統(tǒng)一。“雪絨星”基于雪花的對稱美特點(diǎn)，從正二十面體出發(fā)，通過“升維”，并抽象、簡化，形成了新的編織雪花。這樣的立體雪花設(shè)計(jì)，突破了傳統(tǒng)的平面雪花在藝術(shù)表現(xiàn)上的局限性，又體現(xiàn)了我們對雪花形態(tài)本質(zhì)——對稱美的理解。從不同角度看，空間編織的桿件前后疊加，如同空中飛舞的雪花、又似夜晚跌落的流星，自然融入水立方建筑背景，在夜色中，極致理性的曲線和感性彌散的光影塑造出一種夢幻般的絢爛效果（見圖1～6）。

圖1 以鳥巢和水立方為背景的“雪絨星”

圖2 “雪絨星”整體鳥瞰效果

圖3 不同尺度雪花生成

圖4 精細(xì)模型

圖5 陽光下的“雪絨星”

圖6 “雪絨星”燈光效果

“編織”的技藝

Q據(jù)悉，“雪絨星”是基于我國傳統(tǒng)編織工藝的“編織結(jié)構(gòu)”。請問，這一結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是如何將傳統(tǒng)編織工藝與現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)相結(jié)合的，體現(xiàn)出哪些創(chuàng)新點(diǎn)？

A“雪絨星”的構(gòu)造來源于我國傳統(tǒng)手工藝編織結(jié)構(gòu)的思考，編織結(jié)構(gòu)建造簡便，輕巧堅(jiān)固，造型簡潔美觀，能夠?qū)崿F(xiàn)各種非線性形態(tài)?！把┙q星”的編織結(jié)構(gòu)彰顯傳統(tǒng)編織工藝和現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)的結(jié)合，融合了傳統(tǒng)編織快速成型的優(yōu)勢，利用數(shù)字技術(shù)發(fā)展編織的拓?fù)?，可滿足更廣范圍自由曲面形態(tài)的建造（見圖7～9）。

圖7 基礎(chǔ)曲面與編織網(wǎng)格

圖8 完成效果

圖9 國家博物館“3D編織中國結(jié)”

其技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)值得關(guān)注。首先，我們創(chuàng)新性地開發(fā)了可以在任意自由曲面上進(jìn)行網(wǎng)格重建的計(jì)算工具，可以便捷地生成均勻、連續(xù)、結(jié)構(gòu)性能良好的不同形態(tài)的編織式空間網(wǎng)殼。第二，我們提出基于非線性編程的優(yōu)化算法，結(jié)合非線性編程和多目標(biāo)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了在多重約束條件下的結(jié)構(gòu)性能最優(yōu)化設(shè)計(jì)。第三，我們提出基于計(jì)算機(jī)算法的編織桿件展開和建造工序優(yōu)化的編織式空間網(wǎng)殼快速綠色建造技術(shù)。第四，項(xiàng)目組開發(fā)了基于多層桿件協(xié)同和復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)性能提升技術(shù)，同時(shí)，結(jié)合傳感智能控制和可編程燈光系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)編織式空間網(wǎng)殼與周邊環(huán)境的實(shí)時(shí)互動(dòng)，提升其視覺表現(xiàn)。

藝術(shù)與科技的結(jié)合

Q“雪絨星”可謂是藝術(shù)與科技完美融合的作品，貴團(tuán)隊(duì)如何通過科技來闡釋“雪絨星”的美學(xué)價(jià)值？

A“雪絨星”作品將聲光電現(xiàn)代技術(shù)綜合應(yīng)用到公共空間藝術(shù)中，高度結(jié)合了幾何學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和建筑結(jié)構(gòu)等多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)，具有非常獨(dú)特的美學(xué)價(jià)值，是科學(xué)與藝術(shù)的結(jié)晶。

每一片“雪絨星”都是用線元素塑造曲面，再拼接成鏤空的三維造型，使“雪絨星”宛若天外飄落的晶瑩雪花，在凜冽寒風(fēng)中綻放別樣的輕盈優(yōu)雅，潔白的光芒在冰立方的表面四散出漫天的輝光，讓人想起“燕山雪花大如席，片片吹落軒轅臺(tái)”的蒼茫雪景，亦或是“星漢燦爛，若出其里”的遼遠(yuǎn)夜空。

編織結(jié)構(gòu)燈光雕塑此前已得到應(yīng)用，然而燈帶直接附著在玻璃鋼桿件上會(huì)影響雕塑的日間視覺效果。為保障全天候的良好視覺效果，我們團(tuán)隊(duì)對雕塑材質(zhì)進(jìn)行了升級(jí)，創(chuàng)新研發(fā)出鋁合金材料的數(shù)控編織技術(shù)。新材料實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)與燈光一體，電線也被藏了起來，使雕塑更為美觀?？紤]到大風(fēng)影響，采用風(fēng)阻小的細(xì)桿件，桿件相互編織形成結(jié)構(gòu)整體，編織好的雕塑連接在土層下的混凝土基座上，以抵御強(qiáng)風(fēng)（見圖10～12）。

圖10 雪中的“雪絨星”

圖11 整體組裝

圖12 雕塑細(xì)部

歷經(jīng)為期一年的設(shè)計(jì)與建造，八片大小不一、錯(cuò)落有致的“雪絨星”最終在冬奧會(huì)開幕式上完美綻放，作為矗立在冰立方南廣場的燈光藝術(shù)裝置，成為奧林匹克公園夜間景觀的亮點(diǎn)，提升了城市公共文化生活品質(zhì)。

一起向未來

Q請問貴團(tuán)隊(duì)的工作信條是什么？基于“編織技藝”，您如何考慮團(tuán)隊(duì)的未來發(fā)展布局？

A我本人有跨學(xué)科的背景，因此希望在科研、教學(xué)和實(shí)踐中將建筑設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)技術(shù)、結(jié)構(gòu)工程等學(xué)科相結(jié)合，探索建筑學(xué)中的基礎(chǔ)性的科學(xué)問題。我團(tuán)隊(duì)的3個(gè)研究方向包括：基于數(shù)據(jù)的建筑實(shí)證研究、智能算法輔助的設(shè)計(jì)方法研究及“編織結(jié)構(gòu)”等。

“編織結(jié)構(gòu)”面向的研究領(lǐng)域是自由曲面的建造，我們原創(chuàng)性地提出建筑結(jié)構(gòu)一體化的建造技術(shù)，其不同于一般的復(fù)雜形體制作技術(shù)（如三維打印等），是僅使用標(biāo)準(zhǔn)桿件和節(jié)點(diǎn)，不需要定制加工就可實(shí)現(xiàn)自由形體的建造。說到信條或理念，我認(rèn)為一是用跨學(xué)科方法研究建筑學(xué)中的科學(xué)問題，拓展建筑學(xué)的學(xué)科邊界；二是用算法和信息技術(shù)，在研究、設(shè)計(jì)和建造中拓展建筑師的能力邊界。

“編織結(jié)構(gòu)”是我們過去8年來持續(xù)研究和實(shí)踐的方向，是一個(gè)不斷發(fā)展、逐步成熟的過程。經(jīng)過此次科技冬奧項(xiàng)目的研發(fā)，已具備更完善的工程性能和藝術(shù)表現(xiàn)力。在未來，希望這個(gè)系統(tǒng)能在公共藝術(shù)裝置、空間結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用，在提供一種全新的自由曲面建造技術(shù)及相應(yīng)的形式語言的同時(shí)，表現(xiàn)幾何之美、空間之美、結(jié)構(gòu)之美、科技之美。