姚剛　趙忠超

摘要：建筑綜合設(shè)計(jì)課為載體，通過案例分析、原型提煉、結(jié)構(gòu)整合和形式生成四個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，探討結(jié)構(gòu)生成建筑形式的可能性。教學(xué)實(shí)踐過程及結(jié)果表明，建筑綜合設(shè)計(jì)課革新性的教學(xué)操作方法是行之有效的。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)；建筑形式；教學(xué)實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TU2-4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：10052909（2015）05012306

建筑綜合設(shè)計(jì)是中國(guó)礦業(yè)大學(xué)建筑系新開設(shè)的設(shè)計(jì)課程，其初衷是將建筑結(jié)構(gòu)、建筑技術(shù)、建筑歷史等方面知識(shí)在設(shè)計(jì)中進(jìn)行綜合利用，培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)綜合能力。這門課程為教學(xué)研究提供了良好的平臺(tái)，使專業(yè)知識(shí)融會(huì)貫通。所開設(shè)的課題集中在建筑技術(shù)方面，如結(jié)構(gòu)選型與體育館設(shè)計(jì)、節(jié)能建筑設(shè)計(jì)、建筑結(jié)構(gòu)與建筑形態(tài)構(gòu)成的綜合設(shè)計(jì)等。筆者在上學(xué)期的開課方向主要為建筑結(jié)構(gòu)與建筑形態(tài)構(gòu)成的綜合設(shè)計(jì)。

一、教學(xué)目的

建筑學(xué)的學(xué)生經(jīng)常會(huì)在四年級(jí)陷入一個(gè)單純追求形式的誤區(qū)：他們傾向于直接運(yùn)用各種建模工具（犀牛、Sketchup等）推敲建筑的體量，喜歡夸張且具有張力的造型和炫目的建筑外表皮，而忽略建筑的結(jié)構(gòu)表達(dá)，甚至不知道如何運(yùn)用合理的結(jié)構(gòu)形式來實(shí)現(xiàn)這些造型目的。

縱觀建筑史的歷程，每一類的經(jīng)典建筑作品，都不能脫離結(jié)構(gòu)技術(shù)的嫻熟運(yùn)用。近十年，許多創(chuàng)新性的建筑設(shè)計(jì)作品（如伊東豐雄的仙臺(tái)媒體中心、臺(tái)中歌劇院等），都是對(duì)結(jié)構(gòu)體系深入研究之后，才做到建筑形式、建筑結(jié)構(gòu)與建筑空間三者有機(jī)融合，而這正是建筑學(xué)的本質(zhì)要求。

二、教學(xué)指導(dǎo)思想

在建筑創(chuàng)作領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)與形式的完美統(tǒng)一是建筑師普遍追求的方向。建筑形式是在對(duì)某種結(jié)構(gòu)形式的創(chuàng)新性探討和研究之后自動(dòng)生成的。正如培根在《新工具論》中所言：“形式非它，正是支配和構(gòu)造簡(jiǎn)單性質(zhì)的那些絕對(duì)現(xiàn)實(shí)的規(guī)律和規(guī)定性?！彼J(rèn)為，形式是物質(zhì)的屬性，是結(jié)構(gòu)對(duì)物質(zhì)實(shí)體的抽象性提煉與表達(dá)。因此，在建筑形式生成的過程中探討物質(zhì)本體的抽象非常有意義，可避免建筑師陷入細(xì)節(jié)的糾纏，直指結(jié)構(gòu)要素與形式要素的本質(zhì)，是結(jié)構(gòu)生成建筑形式的基礎(chǔ)。而后期運(yùn)用各種參數(shù)化軟件對(duì)線性或非線性形式的具體生成，也是一種

以結(jié)構(gòu)邏輯為基礎(chǔ)的抽象。

因此，本次教學(xué)的指導(dǎo)思想定位為結(jié)構(gòu)塑形，即結(jié)構(gòu)生成建筑形式，強(qiáng)調(diào)形式應(yīng)具有視覺沖擊力，內(nèi)容和形式應(yīng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，有結(jié)構(gòu)邏輯，而非奇奇怪怪的建筑。

三、教學(xué)操作方法

教學(xué)按時(shí)間先后順序，共分為四個(gè)主要環(huán)節(jié)：案例分析、原型提煉、結(jié)構(gòu)整合、形式生成。

（一）案例分析

正如普利茲克建筑獎(jiǎng)對(duì)伊東豐雄評(píng)審辭里所述：“伊東豐雄在其職業(yè)生涯當(dāng)中，創(chuàng)作了一系列將概念創(chuàng)新與建造精美相結(jié)合的建筑……每一次都力求建筑上的突破與超越?！毖芯窟^伊東豐雄的作品的人都會(huì)發(fā)現(xiàn)，他把結(jié)構(gòu)與技術(shù)層面上的創(chuàng)造發(fā)明與清晰的形式語言相結(jié)合。伊東豐雄能用一種極其獨(dú)特的方式，將結(jié)構(gòu)、空間、環(huán)境、技術(shù)及場(chǎng)所建立于一個(gè)平等的立足點(diǎn)之上。他的作品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但又巧妙地與形式融為一體，令建筑本身煥發(fā)出寧靜與祥和的表現(xiàn)力。

因此，在授課過程中，筆者側(cè)重介紹擅長(zhǎng)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)的建筑師，如伊東豐雄、奈爾維、卡拉特拉瓦、諾曼·福斯特、理查德·羅杰斯、托馬斯·赫爾佐格等，并對(duì)這些建筑師的作品進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和形式方面的分析，目的在于使學(xué)生理解結(jié)構(gòu)與形式之間的邏輯關(guān)系。同時(shí)，在課程的前兩周，筆者要求學(xué)生挑選一位印象最深的建筑師，重點(diǎn)分析他們以結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為主的經(jīng)典建筑作品，深度要達(dá)到理解其背后的結(jié)構(gòu)邏輯，如要分析伊東豐雄的仙臺(tái)媒體中心，就必須理解梳理清晰其中所應(yīng)用的結(jié)構(gòu)體系，即蜂窩狀樓板與管狀柱直接連接的環(huán)區(qū)、聚集樓板力流到管狀柱的承臺(tái)區(qū)和承受樓面荷載的跨區(qū)之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，以及與柯布西耶的多米諾體系之間的共性與差異性。

（二）原型提煉

在結(jié)構(gòu)理論里，建筑結(jié)構(gòu)主要分為兩大類——桿件結(jié)構(gòu)（Elementary Structure）和整體結(jié)構(gòu)（Monolithic Structure）。以仙臺(tái)媒體中心為例，運(yùn)用力流分析的概念，其中起到豎向承重荷載的管狀柱可以從桿件結(jié)構(gòu)優(yōu)化為整體結(jié)構(gòu)。學(xué)生需要做的是，分析清楚力流的概念，明白其在優(yōu)化中的作用，最終提取結(jié)構(gòu)原型——先將仙臺(tái)媒體中心的表皮剝離，將隱藏在背后的形式生成邏輯落在結(jié)構(gòu)體系上，把結(jié)構(gòu)體系簡(jiǎn)化為承受豎向荷載的管狀柱和蜂窩狀樓板。在這里，管狀柱和蜂窩狀樓板作為結(jié)構(gòu)原型，在接下來的形式再生成中，將起到重要作用。這種對(duì)基本要素的提取和組織過程，其結(jié)果正是設(shè)計(jì)問題的結(jié)構(gòu)原型。

（三）結(jié)構(gòu)整合

結(jié)構(gòu)整合先期重點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)原型的抽象性提煉與表達(dá)。這種本質(zhì)性抽象剔除了反映建筑形式元素基本性質(zhì)的本質(zhì)形式，是建筑形式生成的基礎(chǔ)[1-2]。這一階段要求學(xué)生結(jié)合建筑具體功能分區(qū)，運(yùn)用本質(zhì)形式組合建筑體量，在滿足功能與空間的前提下，再重新梳理結(jié)構(gòu)形式，符合結(jié)構(gòu)體系的要求。事實(shí)上，這是一種“原型—設(shè)計(jì)—整合”的過程。

（四）形式生成

建筑學(xué)專業(yè)將造“形”性擺在很高的位置，甚至在許多學(xué)生眼中，建筑就是一門造“形”藝術(shù)。本門課程設(shè)計(jì)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)分為三個(gè)階段：在結(jié)構(gòu)元素的組織過程運(yùn)用想象力，構(gòu)思出滿足結(jié)構(gòu)原型的形式為第一階段；完善形式與充實(shí)再加工的過程——運(yùn)用加減法、體量交錯(cuò)、虛實(shí)對(duì)比等手法對(duì)形式細(xì)化是第二階段；形式外在化表達(dá)的過程——借助計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)和軟件，生成線性或非線性形式和表皮為第三階段。

四、教學(xué)案例印證

對(duì)形態(tài)構(gòu)成的關(guān)注是建筑與結(jié)構(gòu)專業(yè)最大的共識(shí)，應(yīng)該成為合作的基點(diǎn)，同樣也是本門設(shè)計(jì)課研究的重點(diǎn)。而大跨度大空間建筑是最好的“實(shí)驗(yàn)場(chǎng)”。基于上述原因，課程選擇以“城市規(guī)劃展館建筑設(shè)計(jì)”為載體，旨在讓學(xué)生了解并掌握以結(jié)構(gòu)形態(tài)構(gòu)成方法來表現(xiàn)建筑形態(tài)的建筑設(shè)計(jì)創(chuàng)作方法。

（1）在案例分析階段選取的作品是坂茂的蓬皮杜中心新館（圖1）。從案例分析中，學(xué)生把結(jié)構(gòu)原型歸納為二維關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)[3]。二維關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)在平面形態(tài)上具有韻律美感，既可以作為結(jié)構(gòu)支撐形式，又具有裝飾美化效果。不僅如此，從合理性上來說，這種結(jié)構(gòu)也是一種更為有效的荷載分?jǐn)傮w系：在三維尺度上作為編制整體的網(wǎng)格有兩個(gè)方向的受力，與簡(jiǎn)支梁?jiǎn)蜗蚴芰ο啾?，可以合理地將部分受力傳遞給周圍構(gòu)件。

在抽象出這種結(jié)構(gòu)原型的基礎(chǔ)上，利用這種編織結(jié)構(gòu)，將建筑自身所具有的結(jié)構(gòu)美感表現(xiàn)得淋漓盡致（圖2）。整個(gè)建筑像一朵編織的花瓣，把大空間的展覽功能籠罩其中，自由靈活的結(jié)構(gòu)編織體與線性豎向體量相互穿插、趣味十足，形成了豐富的供市民活動(dòng)的灰空間，整棟建筑具有天然的結(jié)構(gòu)韻律美感。

（2）選取的作品是伊東豐雄的臺(tái)中大都會(huì)歌劇院。在案例分析中，學(xué)生把結(jié)構(gòu)原型進(jìn)行了抽象提取分析（圖3）。整體結(jié)構(gòu)上（圖4），將一個(gè)矩形劃分為網(wǎng)格并且間歇以A/B進(jìn)行標(biāo)記與區(qū)分，在所確定的網(wǎng)格中根據(jù)功能要求進(jìn)行簡(jiǎn)單的功能區(qū)分，根據(jù)確定的功能關(guān)系將初步劃分的A、B空間隨機(jī)移位、變形。在空間上，平面A、B空間的交錯(cuò)組織將其誕生至豎向各層中的空間交錯(cuò)，各層平面依舊沿用平面中的AB空間根據(jù)功能需求隨機(jī)移位變形，以滿足不同功能對(duì)結(jié)構(gòu)尺度的需求。另外，柱體原型也進(jìn)行變形抽象：傳統(tǒng)柱體結(jié)構(gòu)變形為圓柱筒體結(jié)構(gòu)，這種筒體在x方向擠壓變形，傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)演變?yōu)橥搀w，筒體在x方向移位，形成應(yīng)力曲線，三維中形成應(yīng)力曲面，單元體最終組合成結(jié)構(gòu)體系。該生運(yùn)用這種結(jié)構(gòu)體系，將平面功能在豎向上合理分布，形成了大小各異的展覽空間，空間表現(xiàn)力豐富，最后根據(jù)空間對(duì)位，運(yùn)用計(jì)算機(jī)對(duì)表皮進(jìn)行參數(shù)化賦形，建筑形式充滿理性的變化。

（3）選取的作品是伊東豐雄的多摩大學(xué)圖書館。在案例分析中，學(xué)生把結(jié)構(gòu)原型抽象為拱券結(jié)構(gòu)。拱券是拱和券的合稱，指塊狀料砌成的跨空砌體。豎向荷重時(shí)，具有良好的承重特性外，還起著裝飾美化的作用。拱券結(jié)構(gòu)在擴(kuò)展室內(nèi)空間，豐富內(nèi)部功能，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)可靠性，增加建筑美感方面，都有獨(dú)特的作用。

因此，學(xué)生在設(shè)計(jì)中選擇拱券作為基本結(jié)構(gòu)形式，營(yíng)造舒展、結(jié)構(gòu)優(yōu)美的大空間（圖5）。以伊東豐雄設(shè)計(jì)的多摩大學(xué)圖書館的拱券結(jié)構(gòu)為母題，利用拱券的連續(xù)與交叉形成大跨度空間，同時(shí)以結(jié)構(gòu)形式作為大空間的裝飾，即城市模型展廳大空間雛形（圖6）。首先利用一圈拱券圍合形成正六邊形，增加正對(duì)角的拱券，然后連接相鄰角，與其他拱券交叉固定整體結(jié)構(gòu)；其次在主體結(jié)構(gòu)外側(cè)，出挑拱券形成外部展廳，并平衡內(nèi)部拱券拉力；最后在外部展廳表面添加弧線型框架，結(jié)構(gòu)與外表皮結(jié)合，突出“拱”主體。設(shè)計(jì)不光突出大空間的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)，在普通展廳設(shè)計(jì)中，也運(yùn)用了拱券結(jié)構(gòu)生成建筑形式：把拱券變形成傘拱，形成基本單元體；四個(gè)傘拱，即四個(gè)小單元體，相互搭接依靠，組合成為較大的單元體，組合方式的多樣，形成多樣的“大單元體”，這種“大單元體”賦予表皮后，最終直接反映在建筑外部形式上。另外，多種組合方式，也營(yíng)造了豐富的建筑內(nèi)部空間。

五、結(jié)語

通過上述學(xué)生作業(yè)可以發(fā)現(xiàn)，四個(gè)環(huán)節(jié)（案例分析、原型提煉、結(jié)構(gòu)整合、形式生成）的教學(xué)操作方法基本上得到了貫徹執(zhí)行，學(xué)生在分析優(yōu)秀案例的基礎(chǔ)上，在對(duì)結(jié)構(gòu)體系深入研究和掌握之后，使之成為建筑表現(xiàn)的途徑和方法，最后基本做到了建筑形式、建筑結(jié)構(gòu)與建筑空間三者有機(jī)融合[4]，達(dá)到了教學(xué)的初始目的，是一次有意義的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。

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