高等数学在建筑学中的应用

摘要：建筑设计本身就是综合知识的一种实践，在这种实践中，既需要建筑学本体的学科知识，也需要高数、物理等学科知识。高数应用在建筑设计中，能够提高建筑设计的美学性、提高建筑设计的科学性、为建筑设计提供逻辑和思维支持。同时，建筑设计与高数也有着内在的联系性，即两者均是对“数”与“形”的研究，建筑设计本身就是高数知识的一种应用化。高数应用在建筑设计中，主要包括三个维度，即建筑的外观设计、建筑的内部设计以及建筑的细节性设计。

关键词：高数;建筑设计;联系;应用

随着现代化建筑的发展，既要考虑最基础的安全性和实用性，也需要去考虑建筑的美学性，这也是市场细分与消费者需求变动的表现。就整个建筑的过程来看，建筑设计起到灵魂的作用，其作为建筑的蓝图，对整个建筑具有指导性与统筹性的作用，建筑设计的美学意涵也直接能够在建筑物中有所体现。而建筑设计的美学意涵既需要依靠建筑师的创意，也需要建筑师能够灵活的应用高数中的知识，尤其是高数中几何、线性代数等知识，更是建筑设计中美学性表现的基础。此外，高数知识中应用在建筑设计中，也能够充分的提高设计的安全性与科学性，确保建筑设计本身的可行性。本论文以高数在建筑设计中的应用为主体，通过对高数应用在建筑设计中的重要性、高数与建筑设计之间的关联性以及高数在建筑设计中的具体应用进行阐述与分析，旨在为建筑设计过程中充分发挥高数这一工具的作用提供参考。

一、高数应用在建筑设计中的重要意义

（一）提高建筑设计的美学性

高数知识应用在建筑设计的过程中，最直接的一个作用就是能够充分提高建筑设计的美学性。建筑设计本身就是基于建筑学专业知识，对几何的排列组合，从而呈现出整个设计的框架，在此过程中，几何之间的排列效果直接影响着整个设计的美学效果。如，我国传统建筑中，通过方与圆等几何图形的排列，呈现出不同的效果，以苏州园林的设计为例，即呈现出方与圆的交融，又有着其他几何图形与方圆的交融，整体呈现出了南方建筑的独特之美。值得注意的是，这种方圆等几何图形的交错运用，本身就是对高数几何知识的一种应用，由此可见，把握高数几何知识，能够充分提高建筑设计的美学性，体现出建筑设计师的设计理念，更好地符合市场和消费者的需求，为整个建筑物增加独特的吸引力。

（二）提高建筑设计的科学性

将高数知识应用在建筑的设计中，也能够充分的提升建筑设计的科学性，这种科学性既包括整体设计的科学性，也包括设计中细节内容的科学性，如建筑设计中零点位置的确定、钢梁的高度等。建筑设计中的这些科学性，均需要通过严密的数据进行推算出来，而推算的依据就是高等数学中的线性代数知识和建筑学本身的知识。本质上，建筑学本身的知识与高等数学中的知识也具有交融性，因此，在建筑设计中不可能单纯的依靠建筑学知识进行设计，而需要结合高等数学中的知识去提高设计本身的科学性。

（三）为建筑设计提供逻辑思维支持

高等数学知识在建筑设计中的应用，也能够为建筑设计本身提供思维与逻辑的支持，这种支持可以从两个方面来说。首先，高等数学中的几何知识能够为建筑設计是的创新提供基础支持，如通过几何之间的排列与优化，对建筑的外部进行创新设计;其次，高等数学本身就是逻辑性极强的学科，通过掌握高等数学知识，能够为建筑师提高逻辑思维能力提供支撑。

二、高数应用在建筑设计的联系

（一）均是对“数”与“形”的研究

高数知识与建筑设计虽然属于不同的学科门类，有着不同的知识体系，但是两者均是对“数”与“形”的研究，这也是两者之间有着关联性的基础。首先，高数知识是对“数”与“形”的抽象化表达，无论是高等数学中的几何解析知识还是线性代数知识，其都有着一种基础的思路，就是依据图形的表动进行计算的表达;其次，建筑设计是对“数”与“形”的一种具体表现，表现的途径就是对抽象的应用，建筑设计中的基本要素是点、线、面、体，最终是通过运用这些要素进行建筑形态的设计，而这些要素之间搭配的依据就是根据数据的科学计算进行布置。由此可见，高等数学与建筑设计都是对“数”与“形”进行研究的学科门类，只不过前者侧重于抽象的构建，二者侧重于具象的表达。

（二）建筑设计是高数的应用化

由前述内容可知，建筑设计与高等数学之间还存在着一种应用化与实践化的关系。在大学的教程中，高等数学作为一种基础性的学科，在很多富有实践性的学科门类中担当着应用工具的角色，并在这种应用的过程中发挥出自身的价值与意义。建筑设计本身就是高等数学知识与社会实践相联系中的应用，如建筑设计中的量度、角度、弧长、微分等均是对高等数学知识的应用。一个典型的例子，高等数学中有着一个美学意义极强的知识点，就是黄金分割点，即0.618，这是建筑设计中表现美学的一种依托于应用，很多有名的建筑都遵循着这一理论，如古希腊的帕提农神庙。在建筑设计中，黄金分割点的寻找既需要依靠高等数学中的基础计算知识，也需要运用几何知识，这也是确保黄金分割点标记的关键所在。

三、高数在建筑设计中的具体应用

（一）应用在外观设计上

高等数学知识应用在建筑设计的外观设计上，主要是通过几何知识和相应计算知识来对建筑物的基础外观与轮廓进行设计。建筑物外观的设计直接影响着建筑物本身的视觉之美，也是建筑物本身风格与特色的一种彰显，更是设计师设计理念的一种表动。在当前，越来越多的人追求建筑物本身的外观之美，这也是吸引消费者的一个关键。典型的代表，如北京奥运会的会场“鸟巢”，这一外观在设计的过程中就是在建筑学有关规则与理论的基础上，通过运用高等数学中的几何知识来进行外部框架的设计与搭建，最终完美的表达出自身的理念。此外，郑州绿地之窗的“双子塔”在外部设计的过程中，也是通过对几何知识中矩形与圆形的运用，来勾勒出自身的设计框架，彰显出建筑物本身的美学意涵，吸引了多数企业的入住，并且逐渐成为绿地之窗的地标性建筑。

（二）应用在内部结构设计上

在建筑设计中，外观的设计决定的整体的形状与美学意义，内部设计则是更多的彰显出建筑物的内饰之美，内部设计要与外部设计进行完美的契合，在互动的过程中表现出自身的理念与意涵。建筑设计的外观设计侧重运用高等数学中的几何知识，而建筑设计的内部结构设计，则是侧重应用高等数学中的线性代数知识。很大程度上，外部设计的确定就大致决定了内部中的空间与格局，在对内部空间进行划分的过程中，需要运用现行代数知识进行推算，包括门窗的高度、楼层房间的划分与布局、通道的设计等，这既关系着内部设计的实用性，也关系着内部设计的美学性。

（三）应用在细节设计上

在建筑设计中，细节性的设计即表现者设计师本人的设计特色，又直接会影响着建筑使用者的整体体验感，建筑物设计中的细节设计，既包括外部细节设计，又包括内部细节设计，其中外部的细节设计是整体建筑美学的增光点，内部细节设计是基于使用者体验基础上的一种实用性与科技性的设计，往往能够起到节省建筑空间、提高建筑科技性的作用。如在建筑设计中的消防栓设计，可以通过高等数学知识测算出消防工具的最佳外置，将消防栓放置在墙体内部，在墙体的外表设置一扇“隐形门”，既提高了消防工具的安全性，又能够有效节省建筑物的空间使用，给使用者营造一个更加宽广的空间。

（四）应用在建筑设计的楼间距上

在建筑设计的楼间距计算上，也直接影响着建筑使用者的整体体验，甚至影响着使用者的使用质量，如果楼间距过短，则会影响到太阳光照，进而影响到使用者的生活。这就需要建筑设计师在设计的过程中，基于建筑整体的平面面积、建筑物数量及当地太阳直射点等情况，测算出最合适的楼间距，并根据比例尺在设计图纸上表现出来。

四、结束语

高数应用在建筑设计中，既能够提高建筑设计本身的美学性，也能够提高建筑设计的科学性与安全性，整体提高建筑设计的效果。高数作为建筑设计过程中的一种关键工具，需要建筑设计师能够将其灵活运用，通过表现高数知识体系中的逻辑之美与空间之美，来提高整个建筑设计的质量。很大程度上来说，高数应用在建筑设计的过程中，也是对自身张力与学科魅力的一种展示，更是其应用化的一种典型体现。

参考文献：

[1]何文亮.数学在建筑设计中的应用[J].住宅与房地产，2017（29）：77.

[2]李瀚轩.建筑设计中的数学理性与数学美分析[J].经贸实践，2017（17）：286.

[3]国青. 拼形理论在建筑设计中的應用[D].天津大学，2014.

[4]陈诗阳. 数理分析在建筑构图中的应用[D].南京工业大学，2013.

作者简介：

赵青波（1984 -）河南省三门峡人，硕士，讲师，主要从事高等数学教学和数学规划的研究。

推荐访问:高等数学 学中 建筑