数学与建筑

2024年4月5日发(作者：意大利8年级数学试卷)

我们生活中有很多建筑物，如我国的天安门、万里长城、埃

及的金字塔、希腊的神庙等等。 其实，数学一直是设计和建造

建筑物的一个宝贵工具，同时，数学也是设计师设计建筑的一个

基础，如见证我国奥运会的鸟巢。

国家体育场(“鸟巢”) 是2008年北京奥运会主体育场。“鸟

巢”外形结构主要由巨大的门式钢架组成，共有24根桁架柱。

国家体育场建筑顶面呈鞍形，长轴为332.3米，短轴为296.4米，

最高点高度为68.5米，最低点高度为42.8米。体育场外壳采用

可作为填充物的气垫膜，使屋顶达到完全防水的要求，阳光可以

穿过透明的屋顶满足室内草坪的生长需要。比赛时，看台是可以

通过多种方式进行变化的，可以满足不同时期不同观众量的要求，

奥运期间的20，000个临时座席分布在体育场的最上端，且能保

证每个人都能清楚的看到整个赛场。入口、出口及人群流动通过

流线区域的合理划分和设计得了完美得到的解决。鸟巢设计中充

分体现了人文关怀，碗状座席环抱着赛场的收拢结构，上下层之

间错落有致，无论观众坐在哪个位置，和赛场中心点之间的视线

距离都在140米左右。 “鸟巢”的下层膜采用的吸声膜材料、

钢结构构件上设置的吸声材料，以及场内使用的电声扩音系统，

这三层“特殊装置”使“巢”内的语音清晰度指标指数达到0.6

——这个数字保证了坐在任何位置的观众都能清晰地收听到广

播。 “鸟巢”的相关设计师们还运用流体力学设计，模拟出

91000个人同时观赛的自然通风状况，让所有观众都能享有同样

的自然光和自然通风。 “鸟巢”的观众席里，还为残障人士设

置了200多个轮椅座席。这些轮椅座席比普通座席稍高，保证残

障人士和普通观众有一样的视野。赛时，场内还将提供供助听器

并设置无线广播系统，为有听力和视力障碍的人提供个性化的服

务。许多其他建筑界专家都认为，“鸟巢”将不仅为2008年奥

运会树立一座独特的历史性的标志性建筑，而且在世界建筑发展

史上也将具有开创性意义，将为21世纪的中国和世界建筑发展

提供历史见证。

数学是数与形的组合体，除了就简单的加减乘除运算，还有

代数、平面几何以及中专阶段讲到的三角、立体几何等等，这些

都是建筑学的理论依据之一。

建筑是建筑物和构筑物的通称，如如房子、烟囱、水塔、堤

坝等等都是建筑物。构成建筑形式的基本要素为：点、线、面、

体。点是所有形式之中的原生要素，从点开始，其它要素都是点

派生出来的。例如，一个点展开变成一条线，一条线展开变成一

个面，一个面展开变成一个体。建筑的所有形态，都是依据点、

线、面、体四个基本要素构成的，体现的就是一个“形”字。 建

筑从工程学说，侧重的是工程计算，这是建筑构成的基础，也是

建筑构成的手段。例如，把点变成线，把线变成面，把面变成体

的量度，是建筑构成的重要特征。这在建筑工程中，是计算的基

本内容。这里，除建筑构成已表现出来的长度、面积、体积等特

征外，“量度”还反映了重量、角度、强度等“量”和其它特征。