膜結構建筑形態的藝術表達芻議

姜憶南 李永健 王嘉霖

(1.北京交通大學建筑與藝術學院，北京 100044；2.山東建筑大學建筑城規學院，山東 濟南 250101)

膜結構建筑形態的藝術表達芻議

姜憶南1李永健1*王嘉霖2

(1.北京交通大學建筑與藝術學院，北京 100044；2.山東建筑大學建筑城規學院，山東 濟南 250101)

從膜結構建筑的結構、構造與材料三方面的建筑表現形式入手，探討膜結構建筑形態中的藝術表現要素，旨在揭示膜結構建筑造型語言中可以得到遵循的設計手法，展示膜結構造型設計的廣闊空間，以期對膜結構建筑創作具有借鑒價值，推動我國膜結構建筑的發展。

膜結構，建筑形態，藝術表達

1 緣起

當今非線性的建筑形態逐漸成為人們審美的新取向，自由、變幻、動態的建筑形象成為人們建筑創作追求的亮點。膜結構建筑形態以其線性、曲面的建筑形態契合了非線性建筑特征，因此，膜結構也給建筑師開啟了一種新的思考模式。然而，由于膜結構的特殊性，國內建筑師對膜結構建筑藝術表現缺少系統的了解，妨礙了他們對于膜結構的選擇。本文將從膜結構中最具建筑藝術表現的三方面即——結構、構造與材料，闡釋其藝術表達形式與特征，探索創造膜建筑的造型設計手法，以期對膜結構創作具有借鑒價值。

現代膜結構起源于歐洲,真正的發展是在德國，從1955年膜結構的開拓者弗賴·奧托在德國聯邦花園展示會上建造出第一座張拉膜結構至今，隨著高新材料的出現和建造工藝的提升,現已成為一類從結構、連接到材料表達都不同于傳統建筑的特殊的、專業性極強的建筑形式；它作為建筑師創意新的源泉，需要建筑師與結構師密切協作方能充分表達其建筑之美。

2 結構表現

2.1動態平衡

膜結構建筑是一種充分展示“力”的作用的建筑。力的作用需要相互平衡才能處于穩定狀態，與其他結構類型建筑不同的是膜結構建筑的這種平衡是一種隱含在其中，并隱隱凸現的動態的平衡。無論是充氣式膜結構建筑通過充氣產生的壓力，還是張拉式膜結構建筑膜布中蘊涵的預張力，都是達成這種平衡的關鍵。由于膜結構建筑特殊的平衡方式，使其產生了意想不到的空間效果，如1967年蒙特利爾博覽會德國館(見圖1)，其各個支撐部件之間的結合完全是因循“力”的法則而存在的，剛性和柔性材料結合在同一個平衡體系中，簡化了除了必需的力的構件之外的一切因素。因而，膜結構建筑給人以輕盈自由的視覺感受，或許就是由于它兼具剛柔并濟的平衡美，并減少了其他類型建筑賴以穩定其結構和裝飾的部件。

2.2數的邏輯性

膜結構建筑形態，一方面是對其形式和位置的識別性以及膜結構表現形式和位置內在邏輯辨別性的理性判斷，另一方面是指人對事物的主觀認識。在現代膜結構建筑體系中，膜結構建筑相較與其他類型建筑，在結構的藝術表達上充分體現了數的邏輯性。

如“水立方”的建筑方案中采用了多面體空間鋼架結構和雙層ETFE(乙烯—四氟乙烯共聚物)薄膜圍護結構體系，在設計中屋蓋和墻體由類似水泡沫的多邊形圖案泡泡形式構成。為了達到既有重復性而又能保持一個隨機無序的視覺形式，結構采用不規則多面體空間鋼結構，建筑師與結構工程師通過比較各種角度旋轉后生成的結構上弦、下弦以及扶桿種類數量，最終選擇了圍繞(0,0,0)※(1,1,1)矢量軸旋轉60°生成的Weaire-Phelan多面體陣列的形式，同時保證其視覺效果滿足建筑設計造型要求。感性的建筑形式要求自然隨機，實體建造經過科學理性的分析研究，使施工及造價等方面得以保障，見表1，圖2，圖3。

表1 不同旋轉角度下的桿長比較

3 構造表現

3.1膜面支撐的高、低節點

膜結構中應用最為廣泛張拉式膜結構體系中，構造節點包括柔性的膜索連接，柔性索與剛性支撐連接以及膜材之間的連接等，無疑這些節點細部在膜結構建筑表現中處于一個非常重要地位，通常，張拉膜面的索膜連接多出現在膜建筑的高或低點，因為膜結構是依靠高、低支點的錯落布置形成膜面曲線造型。依據膜面上高、低支點的布置方式不同形成的膜曲面大致分兩類：錐形曲面和馬鞍形曲面。其中錐形曲面的高、低支點分別排布于膜面中部和膜面邊緣，而馬鞍形曲面的高、低支點則間隔布于膜面邊緣。膜面上高、低支點的空間相對位置不僅決定膜面各點的受力大小，同時還影響膜面各點的受力大小。這些高點和低點是連接各個結構構件的精華部分，使整個系統成為相互受力相互作用的整體。節點細部設計要求簡潔而精致，連接關系明確傳遞力的路線，細部節點會影響觀賞者對于建筑整體的感知，見表2。

表2 鞍形膜與錐形膜高低點節點表

3.2節奏與韻律

張拉膜結構上的一系列高點或低點呈現膜結構建筑的韻律之美。韻律，即有節奏的律動，由一系列相似或重復的建筑部件有機組合存在于膜結構建筑中。膜結構建筑通常以富有規律的支撐結構，或具有相同形狀的膜片塑造建筑的韻律感；而特異的結構支撐形態或凸出于天際線上的輪廓形成韻律展現的焦點，或通過谷索、脊索、內外邊索的張拉作用成形相似或重復的膜單元，如巴爾的摩6號碼頭音樂廳(如圖4所示)和丹佛新國際機場(見圖5)。

3.3膜面拼縫連接

張拉膜結構的建筑形態均為曲面，其靈活、多變的空間曲面通過平面膜材的設計裁剪后拼接、擬合產生。剪裁之后的膜片拼接可應用焊接、綁扎、縫合等多種形式進行處理。不管使用怎樣的拼接方式，在透光膜面襯映下通過膜片重疊產生的拼接縫都會展現出比較明顯的暗條。所以，設計師在實施剪裁處理的時候，不僅要思考其結構受力的科學性，也需要全面使用上述透光性中的差異，使其變成膜結構室內裝飾的關鍵部分，以便提升大眾對膜結構空間的感知度，增強屋頂形式及尺度，提升膜頂形態的可讀性，改變膜結構空間內的光環境。比如伊拉克Medina清真寺院子中遮陽傘(見圖6)，在膜面的剪裁設計中，拼縫從四周向中心不斷匯聚，彼此交錯后收于柱頭。遮陽傘膜面的拼縫圖案充分體現了漏斗狀造型，此外也充分詮釋出獨特的穆斯林裝飾特色。

4 材料表現

4.1膜材的光與質感

膜材通常是一種透光材料，其反射率在75%～87%之間，透射率在13%～28%之間，所以表面給人的視覺感受為輕質材料。日間光由室外射入室內，使室內的視覺效果較為輕盈。而當夜晚恰好相反，光線由室內射向室外時，使外部形態的質感十分輕盈。因此，膜結構建筑因光線的變化給人以不同的感受。建筑師還可以根據膜材連接的這一構造方式，加以巧妙的利用，強化其藝術表現力，為豐富的空間視覺體驗創造條件。如馬來西亞的吉隆坡國家體育中心游泳館的膜材屋頂(見圖7)，建筑師設計了幾個巨型花朵圖案的剪裁方案，產生了類似于流動水面上飄搖著花瓣的視覺感受，律動的圖案為室內營造了歡樂的氛圍，進而促成了膜面剪裁設計中結構和裝飾成果的完美統一。

4.2材質可涂繪性

膜材料作為一種人工材料，對色彩、圖案的選擇相對自由，具有較好的色彩承載能力。隨著技術與生產方式的發展，膜材表面使用的色素越來越多，且一般耐光、耐高溫，對周圍的環境表現友好。此外，在社會生活中膜結構建筑也同樣承擔了傳播媒介的功能，建筑師利用其自身的獨特特質，有效的將建筑形態與媒體相結合，創造了獨特的表現力。膜材可印染涂敷的工藝將膜結構建筑本體直接作為傳播媒介，成為傳遞信息的符號。如馬德里火車站大爆炸紀念堂(如圖8所示)建筑外部使用彎曲的玻璃磚建造成圓筒形，內部采用ETFE材料圍合成圓筒形狀，膜表面涂繪有大量的文字，這些文字記載了馬德里火車站大爆炸中逝者的信息。此刻，膜材成了文化的載體，傳達出建筑的現實紀念意義。

5 結語

膜結構建筑形態的藝術表達，應當是基于“理性”思維方法之上的結構、構造與材料三方面的藝術表現，本文分析膜結構建筑形態中藝術表現要素的目的是揭示膜結構建筑造型語言中可以得到遵循的設計手法，真正把“理性科學”與形態表現的感性認識手段作為建筑藝術表達的途徑，最終實現膜結構建筑自然美、技術美與建筑藝術的完美結合。

[1] 楊慶山，姜憶南.張拉索一膜結構分析與設計[M].北京：科學出版社，2004.

[2] 姜憶南，李 棟，王 佳.張拉膜結構的節點設計[J].建筑技術，2011(10)：84-85.

[3] 葛 建.膜結構適應性設計研究初探[D].北京：北京交通大學碩士學位論文，2010.

[4] 程雅璐.從膜結構建筑看建筑技術和藝術的結合[D].長沙：湖南大學碩士學位論文,2004.

[5] 鄭 方，張 欣.水立方——國家游泳中心[J].建筑學報，2008(6)：13-14.

[6] 高蓉蓉.張拉膜結構技術下建筑形態的生成[D].合肥：合肥工業大學碩士學位論文，2013.

Abriefanalysisoftheartisticexpressionofthearchitecturalformofmembranestructure

JiangYinan1LiYongjian1*WangJialin2

(1.SchoolofArchitectureandDesign，BeijingJiaotongUniversity，Beijing100044，China;2.SchoolofArchitectureandUrbanPlanning，ShandongJianzhuUniversity，Jinan250101,China)

This paper starts with architectural form including the structural features of the membrane structure, structures and materials. The purpose of discussing the artistic expression elements in the architectural form of the membrane structure is to reveal the design techniques of the membrane structure language and explore the designing potentialities of membrane structure. It is supposed to provide the value of reference to membrane structure buildings’ creation and promote the development of membrane structure in China.

membrane structure, architectural form, artistic expression

TU383

A

1009-6825(2017)26-0009-03

2017-07-04

姜憶南(1961- ),女，教授；王嘉霖(1991- )，男，在讀碩士

李永健(1993- )，男，在讀碩士