建筑綜合設計課程教學探索

姚剛　趙忠超

摘要：建筑綜合設計課為載體，通過案例分析、原型提煉、結構整合和形式生成四個教學環節，探討結構生成建筑形式的可能性。教學實踐過程及結果表明，建筑綜合設計課革新性的教學操作方法是行之有效的。

關鍵詞：結構；建筑形式；教學實驗

中圖分類號：TU2-4 文獻標志碼：A 文章編號：10052909（2015）05012306

建筑綜合設計是中國礦業大學建筑系新開設的設計課程，其初衷是將建筑結構、建筑技術、建筑歷史等方面知識在設計中進行綜合利用，培養學生專業綜合能力。這門課程為教學研究提供了良好的平臺，使專業知識融會貫通。所開設的課題集中在建筑技術方面，如結構選型與體育館設計、節能建筑設計、建筑結構與建筑形態構成的綜合設計等。筆者在上學期的開課方向主要為建筑結構與建筑形態構成的綜合設計。

一、教學目的

建筑學的學生經常會在四年級陷入一個單純追求形式的誤區：他們傾向于直接運用各種建模工具（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，而忽略建筑的結構表達，甚至不知道如何運用合理的結構形式來實現這些造型目的。

縱觀建筑史的歷程，每一類的經典建筑作品，都不能脫離結構技術的嫻熟運用。近十年，許多創新性的建筑設計作品（如伊東豐雄的仙臺媒體中心、臺中歌劇院等），都是對結構體系深入研究之后，才做到建筑形式、建筑結構與建筑空間三者有機融合，而這正是建筑學的本質要求。

二、教學指導思想

在建筑創作領域，結構與形式的完美統一是建筑師普遍追求的方向。建筑形式是在對某種結構形式的創新性探討和研究之后自動生成的。正如培根在《新工具論》中所言：“形式非它，正是支配和構造簡單性質的那些絕對現實的規律和規定性。”他認為，形式是物質的屬性，是結構對物質實體的抽象性提煉與表達。因此，在建筑形式生成的過程中探討物質本體的抽象非常有意義，可避免建筑師陷入細節的糾纏，直指結構要素與形式要素的本質，是結構生成建筑形式的基礎。而后期運用各種參數化軟件對線性或非線性形式的具體生成，也是一種

以結構邏輯為基礎的抽象。

因此，本次教學的指導思想定位為結構塑形，即結構生成建筑形式，強調形式應具有視覺沖擊力，內容和形式應協調統一，有結構邏輯，而非奇奇怪怪的建筑。

三、教學操作方法

教學按時間先后順序，共分為四個主要環節：案例分析、原型提煉、結構整合、形式生成。

（一）案例分析

正如普利茲克建筑獎對伊東豐雄評審辭里所述：“伊東豐雄在其職業生涯當中，創作了一系列將概念創新與建造精美相結合的建筑……每一次都力求建筑上的突破與超越。”研究過伊東豐雄的作品的人都會發現，他把結構與技術層面上的創造發明與清晰的形式語言相結合。伊東豐雄能用一種極其獨特的方式，將結構、空間、環境、技術及場所建立于一個平等的立足點之上。他的作品結構復雜，但又巧妙地與形式融為一體，令建筑本身煥發出寧靜與祥和的表現力。

因此，在授課過程中，筆者側重介紹擅長結構表現的建筑師，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，并對這些建筑師的作品進行了結構和形式方面的分析，目的在于使學生理解結構與形式之間的邏輯關系。同時，在課程的前兩周，筆者要求學生挑選一位印象最深的建筑師，重點分析他們以結構表現為主的經典建筑作品，深度要達到理解其背后的結構邏輯，如要分析伊東豐雄的仙臺媒體中心，就必須理解梳理清晰其中所應用的結構體系，即蜂窩狀樓板與管狀柱直接連接的環區、聚集樓板力流到管狀柱的承臺區和承受樓面荷載的跨區之間的結構關系，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

在結構理論里，建筑結構主要分為兩大類——桿件結構（Elementary Structure）和整體結構（Monolithic Structure）。以仙臺媒體中心為例，運用力流分析的概念，其中起到豎向承重荷載的管狀柱可以從桿件結構優化為整體結構。學生需要做的是，分析清楚力流的概念，明白其在優化中的作用，最終提取結構原型——先將仙臺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構體系上，把結構體系簡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構原型，在接下來的形式再生成中，將起到重要作用。這種對基本要素的提取和組織過程，其結果正是設計問題的結構原型。

（三）結構整合

結構整合先期重點在于結構原型的抽象性提煉與表達。這種本質性抽象剔除了反映建筑形式元素基本性質的本質形式，是建筑形式生成的基礎[1-2]。這一階段要求學生結合建筑具體功能分區，運用本質形式組合建筑體量，在滿足功能與空間的前提下，再重新梳理結構形式，符合結構體系的要求。事實上，這是一種“原型—設計—整合”的過程。

（四）形式生成

建筑學專業將造“形”性擺在很高的位置，甚至在許多學生眼中，建筑就是一門造“形”藝術。本門課程設計的最后一個環節分為三個階段：在結構元素的組織過程運用想象力，構思出滿足結構原型的形式為第一階段；完善形式與充實再加工的過程——運用加減法、體量交錯、虛實對比等手法對形式細化是第二階段；形式外在化表達的過程——借助計算機輔助技術和軟件，生成線性或非線性形式和表皮為第三階段。

四、教學案例印證

對形態構成的關注是建筑與結構專業最大的共識，應該成為合作的基點，同樣也是本門設計課研究的重點。而大跨度大空間建筑是最好的“實驗場”。基于上述原因，課程選擇以“城市規劃展館建筑設計”為載體，旨在讓學生了解并掌握以結構形態構成方法來表現建筑形態的建筑設計創作方法。

（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，學生把結構原型歸納為二維關聯結構[3]。二維關聯結構在平面形態上具有韻律美感，既可以作為結構支撐形式，又具有裝飾美化效果。不僅如此，從合理性上來說，這種結構也是一種更為有效的荷載分攤體系：在三維尺度上作為編制整體的網格有兩個方向的受力，與簡支梁單向受力相比，可以合理地將部分受力傳遞給周圍構件。

在抽象出這種結構原型的基礎上，利用這種編織結構，將建筑自身所具有的結構美感表現得淋漓盡致（圖2）。整個建筑像一朵編織的花瓣，把大空間的展覽功能籠罩其中，自由靈活的結構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的灰空間，整棟建筑具有天然的結構韻律美感。

（2）選取的作品是伊東豐雄的臺中大都會歌劇院。在案例分析中，學生把結構原型進行了抽象提取分析（圖3）。整體結構上（圖4），將一個矩形劃分為網格并且間歇以A/B進行標記與區分，在所確定的網格中根據功能要求進行簡單的功能區分，根據確定的功能關系將初步劃分的A、B空間隨機移位、變形。在空間上，平面A、B空間的交錯組織將其誕生至豎向各層中的空間交錯，各層平面依舊沿用平面中的AB空間根據功能需求隨機移位變形，以滿足不同功能對結構尺度的需求。另外，柱體原型也進行變形抽象：傳統柱體結構變形為圓柱筒體結構，這種筒體在x方向擠壓變形，傳統框架結構演變為筒體，筒體在x方向移位，形成應力曲線，三維中形成應力曲面，單元體最終組合成結構體系。該生運用這種結構體系，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，空間表現力豐富，最后根據空間對位，運用計算機對表皮進行參數化賦形，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圖書館。在案例分析中，學生把結構原型抽象為拱券結構。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，具有良好的承重特性外，還起著裝飾美化的作用。拱券結構在擴展室內空間，豐富內部功能，增強結構可靠性，增加建筑美感方面，都有獨特的作用。

因此，學生在設計中選擇拱券作為基本結構形式，營造舒展、結構優美的大空間（圖5）。以伊東豐雄設計的多摩大學圖書館的拱券結構為母題，利用拱券的連續與交叉形成大跨度空間，同時以結構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，增加正對角的拱券，然后連接相鄰角，與其他拱券交叉固定整體結構；其次在主體結構外側，出挑拱券形成外部展廳，并平衡內部拱券拉力；最后在外部展廳表面添加弧線型框架，結構與外表皮結合，突出“拱”主體。設計不光突出大空間的結構表現，在普通展廳設計中，也運用了拱券結構生成建筑形式：把拱券變形成傘拱，形成基本單元體；四個傘拱，即四個小單元體，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，也營造了豐富的建筑內部空間。

五、結語

通過上述學生作業可以發現，四個環節（案例分析、原型提煉、結構整合、形式生成）的教學操作方法基本上得到了貫徹執行，學生在分析優秀案例的基礎上，在對結構體系深入研究和掌握之后，使之成為建筑表現的途徑和方法，最后基本做到了建筑形式、建筑結構與建筑空間三者有機融合[4]，達到了教學的初始目的，是一次有意義的教學實驗。

參考文獻：

[1]顧大慶.建筑形式生成的方法學[J].東南大學學報，1990（9） ： 42-49.

[2]鄭炘.建筑形式問題辨析[J].中國科學E輯，2009（5） ： 869-873.

[3]沈源，羅杰威，常清華.無限關聯結構在建筑設計中的應用[J].新建筑，2010（6） ： 76-79.

[4]李興剛，譚澤陽，張玉婷.探求建筑形式、結構與空間的同一性——海南國際會展中心設計手記[J].建筑學報，2012（7） ： 44-47.