社会，即是由生物与环境形成的关系总和。从人类群居生活开始，建筑物在结构、设备、规划的角度都有着许多的功能性要求，这些要求促使建筑物往更好的方向发展。此外，舒适性、功能性、安全性、经济性等方面也是不可忽视的重要因素。放眼自然界，拥有如此进化特征的事物也很多。
《物种起源》一书的作者查尔斯·罗伯特·达尔文说：“幸存下来的物种不是最强的，也不是最聪明的，而是最能适应变化的物种。” 这句名言不仅在自然科学领域经常被提及，而且在人文社会科学领域也经常被提及。地球上存在着各种各样的生物体，即使它们不是最佳解决方案，也确实是适应当前环境的最优解的集合。

结构形态创造是根据结构力学在给定边界条件和外力下对结构形态的逻辑确定。与结构分析不同，它指的是寻求满足给定条件的结构形式的行为。在计算技术飞速发展的今天，我们可以通过拓扑结构优化就模拟出一个让结构体“适应当下环境”后形成新的结构体的过程。这便是有限元法（FEM，Finite Element Method）的基本设想。

适应自然，风化腐蚀后形成的自然石桥

建筑中的有限元法

建筑中的有限元法是一种按原样模拟构件形状的方法，而不是用细线材代替柱或梁。即使是复杂的形状也可以建模，因为它们是通过将它们切割成小的正方形或三角形元素来建模的。

例如，如果有一根长为3m，宽为1m的柱子，用线材代替它意味着将其制成单线，忽略其粗细。在有限元法中，如果你使用一个10平方厘米的正方形元素，你会用垂直30个，水平10个等多个元素来替换它。由此，能够应对承重柱在中间变细的情况。无论是中间突然变细，变化平滑，还是局部变细，都可以通过改变元素的数量和大小来处理。这意味着可以创建一个比用线材代替它更适合实际情况的模型。
此外，当涉及到单线时，只能考虑垂直和水平的力传递。正方形或三角形元素可以传递对角线力。如果构件的长度对于厚度来说足够长，影响很小，但如果长度不足，对角传输也不能忽略。柱子越粗，与线材更换的区别越明显。
使用有限元法设计的建筑物有很多，但笔者认为“MIKIMOTO Ginza 2”是一个非常易于理解的使用有限元方法的设计示例。

MIKIMOTO银座二丁目店，建筑：伊东丰雄，结构：佐佐木睦郎

没有柱子或横梁，地震的力量仅由外部钢板混凝土墙（钢板之间浇筑混凝土的墙）承担。在这种钢板混凝土墙中，有机形状的开口（窗户）可以自由打开。如果没有楼层的概念，就找不到固定的规则。倘若把此建筑物按传统的结构解析软件来进行建模，因为不存在传统意义上的柱和梁的概念，是无法转换成线材要素的框架来进行结构设计的。对于这座建筑，建筑设计使用的 CAD 数据被读取为结构数据，并使用有限元法计算每个部分产生的力。即使是复杂的开口也可以根据其形状进行建模，因此它们也可以对应于建筑设计绘制的线条。

通过有限元法分析，得出墙体在受力时的形变状态，橙色受到压力，黄色受到拉力

这座建筑的设计似乎具有非常高的安全系数。仅用钢板就可以抵抗大地震，据说在不考虑内部混凝土强度的情况下具有足够的承载强度。虽然MIKIMOTO Ginza 2是一个有足够余量来承受大地震的建筑物，反之，如果没有足够的余量是不能如此设计的。如果任由建筑物受损，钢板的软化就从受力最集中的地方开始。然后，下一个受力集中的区域，下一个受力集中的区域，以此类推，软化发生的区域稳步增加。为了通过分析进行跟踪，需要“根据荷载改变硬度（非线性）”而不是“保持初始硬度（线性）”。如果只是简单地拉动钢板，就有可能以一定的精度对其进行建模。然而，在二维复杂的力平衡状态下很难保持精度。此外，混凝土实际上是填充在两者之间的，显然行为更加复杂。
从建筑设计方面来看，这座建筑是一个同时表达“温柔”、“轻盈”和“精致力量”的建筑，这些建筑与MIKIMOTO的品牌形象相连。在6-12mm厚的钢板之间浇筑了200mm厚的混凝土，内部空间没有柱子。外墙单元的焊接部分经过精心打磨和平滑处理，饰面涂层是跨越八道工序的多层涂层，以及类似 MIKIMOTO 珍珠的珍珠涂层。通过在这堵坚固的外墙上创造一种“捕捉摇摆的瞬间”的流畅的开口图案来抵消建筑的规模感。

MIKIMOTO银座二丁目店外观及内部

当然有限元法不止局限于偏向二维平面的结构形态创造，也可以往三维立体方向发展。在更加复杂的情况下，以有限元法为基础扩展开来，根据变化后的结构重复多次循环“适应环境”来得出新的结构形态。

在FEM法基础上拓展的beso法来得出的拓扑结构优化

卡塔尔国家会议中心，建筑：矶崎新，结构：佐佐木睦郎

分析得越精细，就会形成“懂得太多了，反而变得不懂”的情况产生。由于各种参数以及与结构设计者的感官上的不自然变形，分析结果可能会有所不同。分析是否正确最终还是取决于设计者的判断。

结语

大量的结构元素和复杂的非线性定律大大增加了求解时间。有时候，详细的分析并不总是正确的。当然，在一般情况下使用线材模型来得出符合的构造空间也是合理的。将复杂的现象情况分解为简单的模型是设计师应具备的基本技能之一。如果只了解和深钻困难的事情，也是缺乏设计师的素质的一种表现。毕竟分析只是简单地解释困难事物并用简单模型解决复杂结构的工具。
参考资料：山嵜大輔，ESO法による座屈敏感数を用いた位相最適化，2016
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