十大建築中的數學之美

知識 01-11

數學，在生活中應用廣泛，因而顯得平常，建築則更是普遍存在於視野里，但是如果建築和數學結合起來，那成果肯定會讓你嘆為觀止。接下來我們來盤點一下，那些具有「數學美」的建築吧！

趙州橋——圓弧

河北省趙縣的趙州橋只用單孔石拱跨越洨河，由於沒有橋墩，既增加了排水功能，又方便舟船往來，石拱的跨度為37．7米，連南北橋堍（橋兩頭靠近平地處），總共長50．82米。採取這樣巨型跨度，在當時是一個空前的創舉。石拱跨度很大，但拱矢（石拱兩腳連線至拱頂的高度）只有7．23米。拱矢和跨度的比例大約是1比5。可見橋高比拱弧的半徑要小得多，整個橋身只是圓弧的一段。這樣的拱，叫做「坦拱」。

湖南長沙龍王港中國結大橋——莫比烏斯帶和「中國結「

Next建築事務所為湖南長沙龍王港設計的人行橋樑同樣以莫比烏斯帶為原型，與鳳凰國際傳媒中心不同的是，大橋還融入了中國結元素。其獨特的莫比烏斯帶(中國結)造型為堅固的橋樑注入柔美氣質，如緞帶般優美柔和的人行橋，彷彿舞者的水袖掠過梅西河。設計採用多種工藝，行人可在不同高度選取路線過橋。其實此橋設計不只是雜糅中國結和莫比烏斯帶，行人在行走路線的選擇中，也在向著名的七橋問題致敬。

北京鳳凰國際傳媒中心——莫比烏斯環

鳳凰國際傳媒中心採用的是鋼結構體系，設計和施工難度都比較大。它運用的是現代先進的參數化非線性設計，打破了傳統的思維，不是通過畫圖，而是藉助設計師的經驗和數字技術協同工作，運用編程來完成大樓的設計和施工的。鳳凰國際傳媒中心鋼結構工程是一個技術創新型工程，在「莫比烏斯環」內，每一個鋼結構構件彎曲的方向、弧度以及長度都是不一樣的，而這所有的不一樣，成就了這座雄偉的、獨一無二的建築。

山西太原雙塔——數列

說起這個，就很有意思了。古人在沒有3D列印，參數化軟體的條件下，居然創造出了豐富的曲線形態，其中一個非常重要的數學基礎就是——數列。

中國的古人，有時候將之稱為疊澀，疊澀是一種古代磚石結構建築的砌法，用磚、石，有時也用木材通過一層層堆疊向外挑出，或收進，向外挑出時要承擔上層的重量。疊澀法主要用於早期的疊澀拱，磚塔出檐，須彌座的束腰，墀頭牆的拔檐。常見於磚塔、石塔、磚墓室等建築物。我們通過數列來模擬出建築的曲線，雖然東西方都有這種思想，但是我們的建築形式和材料、結構、工藝，讓兩個文明走向了完全不同的建築風格。

廣州電視塔——單頁雙曲面

廣州電視塔(小蠻腰)的外型是典型的單頁雙曲面，即直紋面。單頁雙曲面的每條母線都是直線，通俗來說，雖然看上去廣州塔外邊是光滑的曲線，中間細兩頭寬，但是事實上每一根柱子自下而上都是直的，所以廣州塔是一堆筆直的柱子斜著搭起來的！

上海東方明珠塔——黃金分割比

事實上此建築的幾何組成上是十分單調的，完整的圓型或球形也因為在畫面中過於搶眼而常常被避諱。但是設計師在這個建築中多處運用了黃金分割的比例，使其協調美觀。

廣州大劇院——曲面細分

自福特汽車開始，我們就進入了量化生產的大工業時代，量化的生產可以降低成本，而訂做總是昂貴的。現代的一些建築師喜歡做曲面的建築，為了降低成本，通常的做法往往是化曲為直，用種類有限而數量巨大的多邊形來拼合出外表皮。這是蘊含著極其複雜的演算法的，通常是各大麴面設計所的核心機密，演算法好壞的一個評判標準是表皮的流暢程度。廣州大劇院宛如兩塊被珠江水沖刷過的靈石，奇特的外形充滿奇思妙想。全球頂級聲學大師為廣州大劇院精心打造的聲學系統，達到世界一流水平，使其傳遞出近乎完美的視聽效果，獲得全球建築界及藝術家的極高評價，為中國奪得無數殊榮。

慕尼黑奧運會場館——極小曲面

在數學中，極小曲面是指平均曲率為零的曲面。舉例來說，滿足某些約束條件的面積最小的曲面。物理學中，由最小化面積而得到的極小曲面的實例可以是沾了肥皂液後吹出的肥皂泡。肥皂泡的極薄的表面薄膜稱為皂液膜，這是滿足周邊空氣條件和肥皂泡吹制器形狀的表面積最小的表面。

胡夫金字塔——圓周率、勾股定理

埃及大金字塔高146.6M，它的10億倍正好等於地球到太陽的距離.塔底周長920M,如果把塔底周長除以2倍的塔高那就接近於圓周率. 胡夫大金字塔的塔心正好是地球上各大陸的引力中心,通過塔底的中心的子午線,正好把地球上海洋和陸地分成相等的兩半.把正方形的塔底的兩條對角線延長，正好可以把尼羅河三角洲夾在裡面。

在胡夫大金字塔中,最神秘的還是塔中的墓室,它的長,寬,高之比恰好是3:4:5，體現了勾股定理的數值。

泰姬陵——對稱