宓堯

摘 要：輕型建筑的發(fā)展不僅為當(dāng)代建筑的建造形式提供了更加豐富的建造結(jié)構(gòu)，還使建筑師突破了受傳統(tǒng)建造局限的設(shè)計(jì)風(fēng)格。大多數(shù)輕型建筑都是建筑界里“短暫性”的代名詞，但這并不能完全成為它的缺陷。輕型建筑的可拆卸、易更換、易移動等特性，使它在特定的時期或地域發(fā)揮著不可抹滅的突出作用。弗雷·奧托的自主化構(gòu)形使建筑的結(jié)構(gòu)形式變得豐富多樣，薄膜結(jié)構(gòu)使表皮變得更加輕透、生動。因其不僅能夠節(jié)省建筑材料，還能夠縮短建造時間，所以它經(jīng)常作為展覽的場館被建造。如何使其經(jīng)濟(jì)、美觀、穩(wěn)固、功能合理地設(shè)計(jì)和建造，是輕型建筑結(jié)構(gòu)分析和建材運(yùn)用研究的重要課題。

關(guān)鍵詞：輕型建筑；自主化；結(jié)構(gòu)形式

1954年，弗雷·奧托（Frei Otto）因發(fā)表論文《懸索屋頂》在世界范圍內(nèi)引起特別關(guān)注之后，對輕型建筑的一系列系統(tǒng)研究成為了他一生的追求。他對材料與能量的最小利用，以及建筑與自然之間的和諧關(guān)系等方面，都在“輕型建筑”領(lǐng)域做出了突出成就。為了使建筑融入建造周圍的地域環(huán)境，設(shè)計(jì)項(xiàng)目必然避免不了對生態(tài)學(xué)、環(huán)境學(xué)以及其它學(xué)科的涉及，這使他將研究轉(zhuǎn)向了跨學(xué)科的綜合性研究項(xiàng)目——“自然建筑”研究。

一、弗雷·奧托的輕型建筑

從德國卡賽爾1955年舉行的聯(lián)邦庭院展內(nèi)的“小型帳篷亭”，到1964年瑞士洛桑世界博覽會的“冰雪與巖石”（Neigeet Rocs）帳篷設(shè)計(jì)（這個設(shè)計(jì)在弗雷·奧托對于大跨度大重量薄膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中具有里程碑式的意義），再到Hoechst公司在1971年4月的漢諾威博覽會上發(fā)布的“北極之城”計(jì)劃，都使觀眾和設(shè)計(jì)師們驚艷贊嘆。

雖然，“北極之城”（圖1）的概念早已提出，但到弗雷·奧托去世這個項(xiàng)目都沒有能夠建成。因?yàn)闆]有一家工廠可以制造出一個跨度2000m、最高點(diǎn)高度240m的扁平圓頂，但這卻不能阻礙人們?yōu)橹胂蟆母ダ住W托的設(shè)計(jì)研究的輕型結(jié)構(gòu)的自主化構(gòu)建，到他對于項(xiàng)目各方面的細(xì)致思考和設(shè)計(jì)方式，以及其它學(xué)科的功能性、科學(xué)性的運(yùn)用，使設(shè)計(jì)更科學(xué)、更節(jié)能、更適用于人類需要?！氨睒O之城”無疑是建筑師們的夢，它在節(jié)約能源、纖維技術(shù)、薄膜構(gòu)造、對氣壓和空氣流通的思考，無疑成為后繼設(shè)計(jì)師們參考和思索的優(yōu)秀范例。

二、輕型結(jié)構(gòu)與試驗(yàn)造膜

（一）輕型與自然

“輕型”是指結(jié)構(gòu)形式所需質(zhì)量相對較小的物體可以承受較大的荷載，專業(yè)術(shù)語稱為“輕型結(jié)構(gòu)”。對于建筑師而言，通過改變結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來優(yōu)化建構(gòu)形式，以減小材料的用量是必修的課題。但是，“對于弗雷·奧托而言，建筑的輕型化不僅僅指建筑的重量輕、材料少、施工耗能低，而且也包括建筑的‘短暫性，這里的‘短暫性指的是建筑的可修改性與可變性。[1]”

他所提出的自然建筑、生態(tài)建筑的概念，往往被誤解為對自然界進(jìn)行仿生學(xué)角度的模仿再現(xiàn)。而實(shí)際情況是，在對于不同實(shí)際承載結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究之后，他才逐漸意識到在自然界中存在與其設(shè)計(jì)類似的結(jié)構(gòu)，即一些借助仿生學(xué)對自然存在的類似結(jié)構(gòu)，進(jìn)行研究并加以利用的設(shè)計(jì)。人類建造的實(shí)施以及對于各種有機(jī)形狀的實(shí)驗(yàn)研究，有助于更快地了解自然形成的不同生物形體和結(jié)構(gòu)建造。這種生物學(xué)逆向法原理的運(yùn)用對生物構(gòu)造本質(zhì)的探索，使建筑結(jié)構(gòu)所承受的傳遞荷載更加優(yōu)化，也讓弗雷·奧托在壓力結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性質(zhì)方面有了重大突破。但是，自然界與實(shí)際的建筑結(jié)構(gòu)之間存在的最大區(qū)別在于自然界中的結(jié)構(gòu)經(jīng)常處于不同的外部條件中，生命結(jié)構(gòu)經(jīng)過復(fù)雜過程所形成的組合結(jié)構(gòu)體系具有高度的復(fù)雜性，給定某一外部條件之后所產(chǎn)生的“自然”結(jié)構(gòu)體系，是與之所無法比擬的。

（二）試驗(yàn)與造膜

弗雷·奧托試驗(yàn)過很多結(jié)構(gòu)用于造膜，也就是通過試驗(yàn)各種結(jié)構(gòu)建造輕型建筑的外表皮，如帳篷結(jié)構(gòu)、液壓結(jié)構(gòu)、懸掛結(jié)構(gòu)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)等。這樣結(jié)構(gòu)之間由于構(gòu)造形式的不同，受力原理與外表皮的流線弧度也會有所差異，但大多數(shù)都能夠完成自主構(gòu)形的試驗(yàn)過程，以及得到最小曲面。

最小曲面意味著在某一特定的結(jié)構(gòu)形式下，建筑所能達(dá)到的相對最輕的穩(wěn)定狀態(tài)。在大量數(shù)據(jù)不能科學(xué)地、精確地計(jì)算的情況下，自主構(gòu)形的建“膜”試驗(yàn)無疑成為確定形式結(jié)構(gòu)的最簡便方式。這種自主構(gòu)形的優(yōu)化形式，是在模擬有機(jī)體適應(yīng)過程里得到最小曲面的求解，這個過程也包含了對能量以及材料的消耗。如果模型所給予的結(jié)構(gòu)形式具有復(fù)雜的邊緣，那么所得到的自主構(gòu)形曲面將可能不再呈現(xiàn)出對稱性，而且在很多情況下將可能形成不止一種形式的最小曲面。這就需要建筑師自主地分析最佳的實(shí)用方案，挑選最美的視覺造型結(jié)構(gòu)。從弗雷·奧托畫的基本膜結(jié)構(gòu)的造型草圖（圖2）可以看出，他對建筑的視覺造型是有意識地美化和分析，而非以無意識的單純造膜。因?yàn)椋灰粋€相對合理的模型結(jié)構(gòu)制作完成，必然能夠通過造膜試驗(yàn)得到與之對應(yīng)的外表皮，但沒有人能確保它在造膜完成后必定是優(yōu)雅的。

三、結(jié)構(gòu)形式與自主設(shè)計(jì)

（一）形式與結(jié)構(gòu)

輕型建筑從根本上來說，是通過用盡可能少和輕的表皮材料來削減建筑的負(fù)載。而構(gòu)建形式產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)又直接自主構(gòu)形，生成外部表皮形狀。所以，“形式比材料對結(jié)構(gòu)的影響更大，結(jié)構(gòu)的優(yōu)化往往是一個對形式進(jìn)行的優(yōu)化過程[2]”。在給定的外部條件下，某一特定的構(gòu)建形式將隨之產(chǎn)生與之相對的薄膜形狀。那么，當(dāng)給定的初始條件或構(gòu)建形式發(fā)生變化時，所形成的表皮形狀也將隨之演變。然而，一位優(yōu)秀建筑師對一所建筑的考慮，絕不只是承載負(fù)荷而已，地貌、環(huán)境、功能、審美等因素都共同影響著建造的標(biāo)準(zhǔn)。弗雷·奧托的作品之所以能受世人推崇，是因?yàn)樗軌騼?yōu)雅地設(shè)計(jì)構(gòu)建形式和正確地使用自主化構(gòu)形，使得表皮的造型曲線看上去極為優(yōu)雅、精致，他的輕型建筑向世人展示了建造形式與藝術(shù)形式兩者之間的完美結(jié)合。

形式是視覺造型與結(jié)構(gòu)功能的統(tǒng)一，諸如殼體結(jié)構(gòu)、充氣結(jié)構(gòu)、折疊結(jié)構(gòu)以及張拉結(jié)構(gòu)等一些新結(jié)構(gòu)形式的出現(xiàn)，使得現(xiàn)代結(jié)構(gòu)逐步脫離了陳舊呆板的樣子。這些結(jié)構(gòu)形式的研究為建筑形式的多樣化，以及建筑環(huán)境范圍的多樣性擴(kuò)展等方面做出了不可逾越的貢獻(xiàn)。

（二）自主與設(shè)計(jì)

輕型建筑的自主性，不僅僅指它的自主化構(gòu)膜，還包括建筑師的自主意識，即建筑設(shè)計(jì)師的個體審美意識。一所建筑如若沒有設(shè)計(jì)師的審美意識參與，在大多數(shù)情況下它必定是呆板、丑陋的。除了考慮到膜的流線造型的視覺美感外，平衡它所形成的曲面立體幾何與周圍環(huán)境之間的關(guān)系，也是構(gòu)建結(jié)構(gòu)形式時必要考慮的問題之一。

弗雷·奧托的輕型建筑總是帶有自然舒展的曲線美，構(gòu)建形式和材料材質(zhì)等都可以為他的設(shè)計(jì)增添美感。例如， 1977年他為平克？弗羅伊德美國音樂之旅建造的可折疊防護(hù)雨傘（圖3），它們相互交錯地排列在一起，像層層蓮葉一樣自由伸展開來。外觀的視覺造型看上去十分優(yōu)美和雅致，表皮的遮蓋材料讓周圍的陽光也像它們的造型一樣柔和舒適。這些防護(hù)雨傘除了具備遮陽避雨的必要功能之外，不僅可以融入音樂會的舞臺展示，而且還能夠收疊起來變成舞臺底板。“高屋頂”和“低遮光”的特點(diǎn)，可以讓人們的視野變得更加開闊和明亮。而建在沙特阿拉伯雅得的外交俱樂部“中心帳篷”（圖4），通過另一種方式為人們展現(xiàn)出了不同的美。因雅得當(dāng)?shù)爻Ｄ瓯粡?qiáng)烈的陽光照射，會使弗雷·奧托慣用的柔性表皮材料的顏色褪色，所以他使用了燒制后的彩繪玻璃窗格鋪蓋表皮，這也是玻璃第一次被這樣使用。強(qiáng)烈的光線透過五彩繽紛的玻璃頂，帶給人們色彩斑斕的視覺感受。諸如此類的美麗建筑還有很多，弗雷·奧托的一生為建筑界創(chuàng)造了太多不可思議的經(jīng)典案例。

四、結(jié)語

現(xiàn)今，建筑師已經(jīng)可以利用3D參數(shù)化模擬技術(shù)建造模型，對某一形狀的結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)和全面的本質(zhì)了解。參數(shù)化技術(shù)的使用可以讓建造模型的過程更加快捷、便利，但是快捷對應(yīng)的很有可能是美感的流逝，“完美的”計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)或許并不是那么完美。弗雷·奧托之所以可以在建筑界取得巨大成功，不僅僅是因?yàn)樽灾骰瘶?gòu)形和薄膜結(jié)構(gòu)，更主要的是他所建造的輕型建筑是“優(yōu)雅的”。計(jì)算機(jī)永遠(yuǎn)無法擁有人的審美意志，它對一個優(yōu)秀的建筑師而言，只會是技術(shù)層面的輔助而非絕對的建造依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1][德]溫菲爾德·奈丁格.輕型建筑與自然設(shè)計(jì)——弗雷·奧托作品全集[M].柳美玉譯.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[2][德]弗雷·奧托著.占據(jù)與連接——對人居場所領(lǐng)域和范圍的思考[M].武鳳文譯.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

作者單位：

南京藝術(shù)學(xué)院