建構與優雅

宓堯

摘 要：輕型建筑的發展不僅為當代建筑的建造形式提供了更加豐富的建造結構，還使建筑師突破了受傳統建造局限的設計風格。大多數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揮著不可抹滅的突出作用。弗雷·奧托的自主化構形使建筑的結構形式變得豐富多樣，薄膜結構使表皮變得更加輕透、生動。因其不僅能夠節省建筑材料，還能夠縮短建造時間，所以它經常作為展覽的場館被建造。如何使其經濟、美觀、穩固、功能合理地設計和建造，是輕型建筑結構分析和建材運用研究的重要課題。

關鍵詞：輕型建筑；自主化；結構形式

1954年，弗雷·奧托（Frei Otto）因發表論文《懸索屋頂》在世界范圍內引起特別關注之后，對輕型建筑的一系列系統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系等方面，都在“輕型建筑”領域做出了突出成就。為了使建筑融入建造周圍的地域環境，設計項目必然避免不了對生態學、環境學以及其它學科的涉及，這使他將研究轉向了跨學科的綜合性研究項目——“自然建筑”研究。

一、弗雷·奧托的輕型建筑

從德國卡賽爾1955年舉行的聯邦庭院展內的“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）帳篷設計（這個設計在弗雷·奧托對于大跨度大重量薄膜結構的設計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布的“北極之城”計劃，都使觀眾和設計師們驚艷贊嘆。

雖然，“北極之城”（圖1）的概念早已提出，但到弗雷·奧托去世這個項目都沒有能夠建成。因為沒有一家工廠可以制造出一個跨度2000m、最高點高度240m的扁平圓頂，但這卻不能阻礙人們為之想象。從弗雷·奧托的設計研究的輕型結構的自主化構建，到他對于項目各方面的細致思考和設計方式，以及其它學科的功能性、科學性的運用，使設計更科學、更節能、更適用于人類需要?！氨睒O之城”無疑是建筑師們的夢，它在節約能源、纖維技術、薄膜構造、對氣壓和空氣流通的思考，無疑成為后繼設計師們參考和思索的優秀范例。

二、輕型結構與試驗造膜

（一）輕型與自然

“輕型”是指結構形式所需質量相對較小的物體可以承受較大的荷載，專業術語稱為“輕型結構”。對于建筑師而言，通過改變結構的設計來優化建構形式，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、生態建筑的概念，往往被誤解為對自然界進行仿生學角度的模仿再現。而實際情況是，在對于不同實際承載結構進行了研究之后，他才逐漸意識到在自然界中存在與其設計類似的結構，即一些借助仿生學對自然存在的類似結構，進行研究并加以利用的設計。人類建造的實施以及對于各種有機形狀的實驗研究，有助于更快地了解自然形成的不同生物形體和結構建造。這種生物學逆向法原理的運用對生物構造本質的探索，使建筑結構所承受的傳遞荷載更加優化，也讓弗雷·奧托在壓力結構的穩定性與纖維網結構的力學性質方面有了重大突破。但是，自然界與實際的建筑結構之間存在的最大區別在于自然界中的結構經常處于不同的外部條件中，生命結構經過復雜過程所形成的組合結構體系具有高度的復雜性，給定某一外部條件之后所產生的“自然”結構體系，是與之所無法比擬的。

（二）試驗與造膜

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

最小曲面意味著在某一特定的結構形式下，建筑所能達到的相對最輕的穩定狀態。在大量數據不能科學地、精確地計算的情況下，自主構形的建“膜”試驗無疑成為確定形式結構的最簡便方式。這種自主構形的優化形式，是在模擬有機體適應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構形式具有復雜的邊緣，那么所得到的自主構形曲面將可能不再呈現出對稱性，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用方案，挑選最美的視覺造型結構。從弗雷·奧托畫的基本膜結構的造型草圖（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。因為，只要一個相對合理的模型結構制作完成，必然能夠通過造膜試驗得到與之對應的外表皮，但沒有人能確保它在造膜完成后必定是優雅的。

三、結構形式與自主設計

（一）形式與結構

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載。而構建形式產生了結構，結構又直接自主構形，生成外部表皮形狀。所以，“形式比材料對結構的影響更大，結構的優化往往是一個對形式進行的優化過程[2]”。在給定的外部條件下，某一特定的構建形式將隨之產生與之相對的薄膜形狀。那么，當給定的初始條件或構建形式發生變化時，所形成的表皮形狀也將隨之演變。然而，一位優秀建筑師對一所建筑的考慮，絕不只是承載負荷而已，地貌、環境、功能、審美等因素都共同影響著建造的標準。弗雷·奧托的作品之所以能受世人推崇，是因為他能夠優雅地設計構建形式和正確地使用自主化構形，使得表皮的造型曲線看上去極為優雅、精致，他的輕型建筑向世人展示了建造形式與藝術形式兩者之間的完美結合。

形式是視覺造型與結構功能的統一，諸如殼體結構、充氣結構、折疊結構以及張拉結構等一些新結構形式的出現，使得現代結構逐步脫離了陳舊呆板的樣子。這些結構形式的研究為建筑形式的多樣化，以及建筑環境范圍的多樣性擴展等方面做出了不可逾越的貢獻。

（二）自主與設計

輕型建筑的自主性，不僅僅指它的自主化構膜，還包括建筑師的自主意識，即建筑設計師的個體審美意識。一所建筑如若沒有設計師的審美意識參與，在大多數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境之間的關系，也是構建結構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，構建形式和材料材質等都可以為他的設計增添美感。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?！案呶蓓敗焙汀暗驼诠狻钡奶攸c，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出了不同的美。因雅得當地常年被強烈的陽光照射，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造了太多不可思議的經典案例。

四、結語

現今，建筑師已經可以利用3D參數化模擬技術建造模型，對某一形狀的結構進行科學和全面的本質了解。參數化技術的使用可以讓建造模型的過程更加快捷、便利，但是快捷對應的很有可能是美感的流逝，“完美的”計算機數據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，不僅僅是因為自主化構形和薄膜結構，更主要的是他所建造的輕型建筑是“優雅的”。計算機永遠無法擁有人的審美意志，它對一個優秀的建筑師而言，只會是技術層面的輔助而非絕對的建造依據。

參考文獻：

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

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

作者單位：

南京藝術學院