Kinesiskt isstrålegitter, eller "binglie" som det kallas på kinesiska, är ett invecklat mönster som ser ut som sprucken is och är ett vanligt dekorativt element som används i traditionell kinesisk fönsterdesign.
Ursprungligen inspirerad av fragmenterade mönster på is eller sprakande glaserade keramiska ytor, representerar designen isens smältning och början på en blomstrande vår.
När Dr. Iasef Md Rian, numera docent vid Xi'an Jiaotong-Liverpool Universitys institution för arkitektur, anlände till Kina för första gången 2019, blev han omedelbart hänförd av de gallrade fönsterdesignerna i Suzhous klassiska trädgårdar.
"Klassiska trädgårdar i Kina ser mig som väldigt annorlunda än de västerländska, som är mer symmetriska och organiserade", säger han. "Kinesiska trädgårdar har dock en mer naturlig formation i sin layout och design. Designen av isstrålefönster är en av manifestationerna."
Efter att ha fokuserat på fraktal geometri i arkitektonisk design i många år kände Dr. Rian en längtan att utforska skönheten i mönstren.
"Mitt sinne letar alltid efter den här typen av inspirationskälla, så jag blev motiverad direkt att studera de underliggande geometriska principerna för isstrålemönstren."
Avslöja den underliggande regeln
Dr. Rian finner att regeln för att skapa isstrålemönster faktiskt är väldigt enkel.
Han förklarar, "Ta typ 1 som ett exempel; en kvadrat delas först upp i två fyrhörningar, och sedan delas varje fyrhörning upp i två fyrhörningar. I varje steg är proportionerna mellan de uppdelade fyrhörningarna olika, och så här är den slumpmässiga mönstret skapas med en enkel regel.
"Genom denna konfiguration kan kinesiska hantverkare ha haft för avsikt att öka dess fasthet så att det kan fungera som ett fönsterstängsel för att ge skydd. Den slumpmässiga konfigurationen av isstrålegaller ger flervinklade anslutningar, som förvandlar fönstret till en samling resulterande krafter och enhetlig spänningsfördelning, vilket i sin tur uppnår en unik grad av styvhet.
"Mikrostrukturen hos trabekulär benvävnad i våra egna kroppar fungerar som ett utmärkt naturligt exempel på potentialen hos slumpmässiga gitter. Den balanserar hög styvhet, vilket bidrar till styrka, med en förvånansvärt lätt struktur."
Dr. Rian publicerade nyligen en artikel i Frontiers of Architectural Research som utforskar de geometriska egenskaperna hos isstrålmönster och utökar möjligheterna att integrera slumpmässiga mönster i strukturella mönster, särskilt gitterskalsdesignen, som ofta används i sfäriska kupoler och krökta strukturer.
"I min forskning utvecklade jag en algoritm för att modellera isstrålemönstren för gitterskaldesigner och bedömde deras genomförbarhet och effektivitet jämfört med konventionella gallerskal. Dessa gallerskal, gjorda av vanliga galler, kontrasterar med kontinuerliga skal.
"Medan vanliga gallerskal fungerar bra under likformiga belastningar, erbjuder isstrålegittret styrka under asymmetriska belastningar. Vissa isstrålmönster, som är ett resultat av optimering, ger överraskande nog bättre styrka än vanliga gallerskal under egenvikt. Det finns också en ytterligare estetisk fördel när man applicerar isstrålemönstret på en gitterskaldesign.
"Jag utökar tillämpningen av det här mönstret till böjda ytor, vilket hjälper till att låsa upp dess potential i de geometriska, strukturella och konstruktionsmässiga aspekterna av gitterskalsdesign", säger han.
Dr. Rian har också integrerat isstrålemönster och komplexa geometrier i sin undervisning. År 2022 anordnade han en workshop för studenter för att designa isstrålegittertak.
Han förklarar att lära sig konceptet fraktal geometri verkligen kan driva elevernas idéer mot en unik design.
"Detta skiljer sig mycket från vad de har lärt sig på gymnasiet. När de lär sig att skapa detta geometrisystem kommer de också att lära sig beräkningsmodellering och simuleringar. I slutändan kommer de att få omfattande kunskaper om avancerad arkitektonisk och digital design." säger han.
Återupptäcka traditionell design
För att utöka forskningen inom detta område undersöker Dr. Rian effektiviteten av komplex geometri i olika aspekter som materialdesign i mikroskala och strukturell design.
Han säger, "Till exempel, i fasaddesign använder vi vanligtvis konventionell eller parametrisk geometri för att designa vanliga former. De slumpmässiga formerna designade med komplex geometri kan dock ge ett mer naturligt intryck och dagsljuspenetrering."
Han uppmuntrar designstudenter och forskare att lära av det förflutna.
"All traditionell design har en dold regel i sig. Vi kan nu använda digital teknik och avancerade verktyg för att utöka och utöka kunskapen om traditionellt hantverk för modern design.
"Det finns många inspirationer bakom den traditionella designen, och de principerna kan verkligen inspirera oss designers att göra innovativ design för framtiden", säger han.
Mer information: Iasef Md Rian, Random fraktalbaserad beräkningsdesign av en isstråle (IR) gitterskalstruktur, Frontiers of Architectural Research (2024). DOI:10.1016/j.foar.2023.12.009
Tillhandahålls av Xi'an jiaotong-Liverpool University
