卡拉特拉瓦仿生空間結構可折疊性研究

張雯雯

摘 要：在時代創新與建造技藝不斷優化的背景下，建筑形式的仿生化發展成為了建筑文化的新課題。圣地亞哥·卡拉特拉瓦的建筑思想與作品中具有仿生結構的同時又具備了空間結構的可折疊性。這位建筑師從本人的早年藝術基礎與建筑的學習開始，產生了藝術自由的想法，衍生出對建筑的自由思想，并對空間這個人類的遮蔽體進行了一系列大膽的探索，形成了他極具個人特色的獨特風格。文章通過分析他仿生空間結構的可折疊性的建筑工作，發現仿生空間結構可折疊性的實驗性設計對實踐具有一定的意義與價值，給建筑空間與人之間的感受帶來新的啟發。

關鍵詞：圣地亞哥·卡拉特拉瓦;仿生;空間結構;折疊結構

一、成長背景

（一）一本書的吸引

卡拉特拉瓦的小學和中學是在他的出生地巴倫西亞附近讀的。1959年開始，他在美術和工藝學校開始了繪畫的正式學習。當他13歲的時候，他的家人利用了佛朗哥和西班牙的邊境開放的優勢，把他作為交換生送到了法國。高中畢業后，他去巴黎進入美術學校，但是到了1968年5月，法國學生起義運動來到了巴黎，卡拉特拉瓦回到了巴倫西亞，被一本色彩鮮艷的書吸引住了，而他早期對建筑的興趣就是源于這一本柯布西耶的小書。這本小書上獨特而又神秘的美感深深地吸引了他，這種無與倫比、與眾不同的新奇感將他從藝術推向建筑領域。柯布西耶的這本書改變了他本來要讀藝術學院的想法，而選擇了建筑專業。卡拉特拉瓦進入巴倫西亞理工大學，在那里獲得了建筑學的學位并成為城市主義專業的研究生。

（二）仿生的初探——自由

對仿生的發現是來自于卡拉特拉瓦對生活中的事物的非同他人的看法。2005年在紐約大都會藝術博物館舉辦的藝術和建筑展覽時，卡拉特拉瓦說：“我認為負責的館長Gary Tinterow了解我的作品的特質，因為他把展覽的名字命名為‘雕塑感，而不是相反;建筑評論家們通常對我的作品感到迷惑不解。”

卡拉特拉瓦對于仿生的探索源于對雕塑藝術思維自由的領會。他說：“在雕塑中，我使用了球體和立方體，這與我的工程學知識有關。它是一件雕塑，使人產生了轉向軀干（扭轉大廈，馬爾默，瑞典，1999-2004）。”單純幾何與工程學知識形成了仿生的結構，因為仿生并不是單純地仿照生物的形態，還需考慮到物體的結構。

相對于弗蘭克·蓋里或弗蘭克·斯特拉作品中具有雕塑感的自由。在卡拉特拉瓦的作品中，有一種存在愉悅的自由，它總是以數學為基礎，有一種獨特的秩序美，又加上仿生化，給人帶來雕塑感的同時似乎還蘊含著別的韻味。卡拉特拉瓦一直不喜歡藝術畫廊，幾乎從來沒有展示過他的作品。他認為：“事實上我從藝術家那里得到的反應是非常積極的。”藝術比建筑自由多了，因為正如畢加索所說：“有些藝術家與馬布利等人一起工作，而其他人則與之打交道。”

在卡拉特拉瓦看來，“建筑和雕塑是兩種相同的水流”。假如這個雕塑可塑性是自由的，而建筑是必須服從功能的可塑性，而對于人類尺度（通過功能）的明顯的不確定性，雕塑忽略了功能，沒有被世俗的使用問題所束縛，它是比建筑更純粹的表達。但通過與人的尺度和環境的融洽，通過其穿透性和內在性，建筑在一些特定的領域占主導地位。

（三）仿生的形成——藝術

卡拉特拉瓦建筑思想的靈感來源于豐富多彩的藝術世界。為什么要畫人的圖形？藝術家或建筑師可以通過強有力的形式和陰影來傳達他的信息。為什么在20世紀的藝術中，有一種電影元素？卡拉特拉瓦回答：“像Alexander Calder， Naum Gabo或者Molly-Nagy這樣的藝術家都創作了這樣的雕塑。我熱愛他們的工作，這給了我很大的情感。”羅丹寫到：活體內的和諧是群眾運動的結果;大教堂是建在生命體的例子上的。舉一個20世紀建筑藝術重要性的例子，當勒·柯布西耶在1923年創作《建筑是一場偉大的、正確的、偉大的群眾運動》時，沒有多少人知道這個想法會是源自于雕塑家奧古斯特·羅丹的思想。1914年，羅丹在他的著作《法國大教堂》中寫到：“雕塑家只有當他把所有的注意力都放在燈光和陰影的調和游戲上時，他才會表現出偉大的表情，就像建筑師所做的那樣。”事實上，現代建筑中有的著名的建筑不是由建筑師設計的，而是由雕塑家設計的，這體現了藝術的重要性。

（四）仿生的凝固——建筑

卡拉特拉瓦的博士論文《論空間結構的可折疊性》試圖闡釋：一個幾何圖形可以從三維結構折疊到二維結構，最終變為一維結構。取一個多面體并將其折疊，使之成為平面，再將其轉換簡化為單行，即單個維度。你可以把它看成是數學或拓撲的問題。在多面體中可以總結出無所不在的柏拉圖固體的所有特征。在思考這些問題之后，筆者用不同的眼光看了古代雕塑。像Myron這樣的作品，在瞬間的運動中產生了一種張力，這就是筆者對時間的問題產生興趣的原因。愛因斯坦說“上帝不與宇宙玩骰子”，所以他清楚地認為一切都與數學和時間的獨特維度有關。這讓人想到了靜力學（物理學的一個分支，與物理系統在靜力平衡中有關），并意識到它們是靜止的。一切都是潛在的運動。牛頓第二運動定律是物體的加速度取決于兩個變量：合力作用于物體和物體的質量。質量和加速度被重新調整，因此時間有效。卡拉特拉瓦意識到建筑里到處都是移動的東西，從門到家具，建筑本身也在移動，幸運的是它會變成美麗的廢墟。一切都變了，一切都消逝了，還有一個存在主義意義的周期性運動。

一些人對圣地亞哥·卡拉特拉瓦選擇的多種形式的前壓力感到不舒服，這可能是他對重要事情的最好的暗示。今天，他正在進行一項在美國可以想象到的最復雜和政治敏感的項目，世界貿易中心（World Trade Center）的交通樞紐站在紐約人稱之為“歸零地”（Ground Zero）的荒涼地帶。“我們認為他是我們時代的達芬奇。”約瑟夫西摩說。他是紐約和紐澤西港務局的前任執行董事，該機構正在建造這個車站。他把光和空氣和結構的優美結合在一起。即使是在封閉的檔案世界里，這樣的贊美也不多見。卡拉特拉瓦的建筑擴展了視覺，表達了人類精神的能量，激發了我們的想象力，讓我們陶醉于雕塑形式和動態結構所能成就的奇跡。他的愿景通過創造我們生活、玩耍和工作的環境來提升人類精神。

二 空間結構的仿生演繹

（一）空間遮蔽體的生命感

結構的整體表達。作品成為塑化表達和結構揭示的交織，產生的結果可能被認為是美學和結構物理學的綜合。事物的尺度總是與我們的身體有一定的關系。建筑空間是與人有關的場所，它是為人類建造的，所以建筑的空間取決與人的規模。自然中的典型的結構比例表達了自然的秩序和節奏，比如說很多不同種類的樹葉中的脈絡都存在黃金分割，自然地創造了理性，但自然不接受理性。

卡拉特拉瓦將通過復制來確定單個組件的經典形式，當確定此單元時，在具有節奏的簡單組件中建立了各種方法。例如復雜系統，在自然界中有明顯的秩序結構節奏，在動物中、在顯微鏡下放大的細小分子上，它們也可以稱為系統，從而形成局部和整體。那是一種秩序的力量，對大自然的敏銳的洞察力使卡拉特拉瓦能夠在其建筑風格的角度構建自然理性。運用人體的造型或結構中的部分進行空間的設計，這與柯布西耶的人體尺度有所略同，因為出發點都是利用了人的尺度，只是結果見仁見智。除了對動植物體態的洞察，人運動時的體態變化和建筑風格的結合也是卡拉特拉瓦的靈感來源之一，和這個源泉密切相關的概念就是解剖與雕塑特征。

（二）空間結構的可折疊性

卡氏結構的開端是1981年瑞士聯邦理工學院建筑系建設的一個涉及空間框架的可折疊性的項目，完成這個項目后卡拉特拉瓦也取得了技術科學博士學位。大家都評論他是結構天才，而筆者認為：卡拉特拉瓦對身邊的生活結構的想法是取之不盡，用之不竭的。以紐約小雕塑為例，你可以說它是一塊凝固的骨頭，或風中舞動的柳條。其結構的秘密中有兩條主線——靜態和動態。他使用簡潔并經典的機械原理來構造結構，從而支撐和維護到空間的局部或與空間的整體。

折疊結構是卡拉特拉瓦仿生建筑空間中運動的主要表現方式。當一處運用折疊的結構時，另一處空間結構就會引發了新的結構細部，就像樹干一樣會多角度分出枝椏，形成新的形態。力是多向性運動的，力的傳遞表現了可折疊的空間結構，而在中途的傳遞中力也是多方向性，兩部分的結構體通過中途的關節進行聯系，使得每個結構的力有不同的傳力角度。為了構造折疊的結構，就會使用的單元關節或者伸縮桿件，當使用折疊結構時，就會觸發新的結構細節。

三、仿生形態空間結構折疊性案例

將工程師的理性約束嚴謹與藝術家的感性自由浪漫完美結合在一起，形成了一種獨特的建筑語言，是具有力量感、運動感和仿生建筑的主要創意概念。建筑師對多重專業的技術理解和應用，將建筑的空間結構美感推向前所未有的高度，而建筑作品也非常有活力。以下案例將卡拉特拉瓦幾座落成的建筑按照年份順序來分析，區別其不同的靈感來源，總結出卡拉特拉瓦是從真實靜止的建筑（但視覺上卻是運動的），發展到真正的動態建筑的。

（一）案例一：巴倫西亞科學城（City of Arts and Sciences）中的天文館

天文館建造在卡拉特拉瓦的故鄉巴倫西亞。巴倫西亞的“藝術與科學城”是一個建筑群落，由三座建筑組成，天文館位置在中間，左邊為歌劇院和右邊為科學館，前者名為索菲婭王后大劇院，后者名為菲利佩王子藝術科學宮。

天文館試圖將整座建筑輪廓擬人化成一只眼睛，并且具象的物理建筑勾畫出眼睛的上半部分，而周圍的水倒影出虛幻的另一半。其表皮由一組混凝土拱門結構和長而寬的半透明鋼結構和玻璃結構覆蓋。一真一虛，水成為了建筑的一部分。驅動管由五個伸縮液壓臂驅動。提供上部線性玻璃的運動自由度和鋼管的運動方向。因此，在打開狀態下，驅動管符合上固定拱的形狀，并且合并在一起，并且每個板的方向不平行。在視覺世界中沒有簡單的矩形指向同一個中心，主要是交叉點、平行線和弧形。這些線條和面孔可以產生和諧的美感，增強空間感和節奏感，從而產生緊張和節奏，并帶動人們情緒的起伏，具有這些線條輪廓的結構類型自然成為卡拉特拉瓦的最愛。

（二）案例二：密爾沃基藝術博物館（Milwaukee Art Museum）

由卡拉特拉瓦設計的密爾沃基藝術博物館以純粹的結構形式表達了構造技術理性的邏輯美，然而，它們似乎超越了地心引力和傳統空間結構規則的約束，呈現出強烈的動態藝術特征。密爾沃基藝術博物館通過電纜行人天橋與之相連，電纜行人天橋是凸起的脊柱，鉸鏈兩側是對稱懸臂結構。它模仿鳥的肋骨，形成了一個動態的雕塑，以不同的速度上升和下降，看起來像一只鳥揮舞著它的翅膀，一對飛翔的翅膀。這種生物運動的視覺沖擊力，也是卡拉特拉瓦最著名的仿生和機械結構的完美結合。

（三）案例三：扭轉大廈（Turning Torso）

人的體態運動是扭轉大廈的靈感來源。這座位于瑞典馬爾默的高層建筑是卡拉特拉瓦的第一座73層的摩天大樓，樓梯的扭曲達到90度。這棟樓的設計，靈感來自于人體的脊柱。在此之前，卡拉特拉瓦系統地、抽象地研究了人體頭部如何固定在身體上方以及如何扭轉它。他認為：“因為整個頭部都支撐在脊柱的第一個頸椎關節上，所以它可以自由扭曲。這使得抬頭、轉頭、低頭或組合它們的動作非常有趣和戲劇化。”

他用雕塑做了這項研究。例如，被視為頭骨的立方體只有一個垂直支撐的組件，而另一個對角線組件則被用作上拉以將其保持在水平位置。在另一個雕塑中，卡拉特拉瓦進一步研究了人體的脊柱如何完成扭轉、繞軸旋轉、彎曲或伸展等等。他把立方體放在繩子的中心，而這就是馬爾默扭轉大廈的雛形。

四、結語

卡拉特拉瓦是仿生建筑與空間折疊結構的叛逆者，是動植物形態與建筑結構的組織者，是理性技術與感性藝術的融合者，種種因素的組合形成了卡拉特拉瓦不同尋常的建筑風格，使他不斷創造出令人好奇和驚嘆的具有神秘性的具象與抽象并存的建筑形象。而他為何能創作出如此獨特的建筑？因為他討厭僵硬的建筑，喜歡生活的建筑，他在設計作品中運用了仿生形式的概念，就像他自己創造的自然一樣。這正是由于他對生活中所有事物充滿熱愛，且具有敏銳的洞察力。

仿生空間結構的可折疊性組織能夠被多維度地解讀，簡單的動植物形態統一在復雜的折疊結構中，在折疊的路徑中建筑空間開始運動起來，這個運動并非是像機器一樣真實地運轉，而是迷惑了進入空間的觀者的眼睛，讓人的視覺體驗在動態和靜止中游離制造出驚訝或喜悅感。這也許是仿生空間結構的可折疊性的多重魅力，使其從建成起就成為地標性建筑，為城市帶來新鮮空氣。在這個科學技術不斷更新的時代，從上文中分析的三個案例可以清晰地看出技術對仿生建筑可折疊的支撐，建筑越靠近現在就越往高處、往動態化的方向發展。而仿生空間結構的可折疊性最是需要依托精湛的技術，這無疑使仿生空間結構的可折疊性發展具有可觀的未來。目前我國對仿生空間結構的可折疊性建筑研究非常貧瘠，我國已經建成的仿生建筑更是少之又少，望能夠通過此次研究，人們對自然建筑元素與人體形態仿生空間結構的可折疊性產生新的認識與新的愿景，認識到多元化的建筑語言。

參考文獻：

[1]佐尼斯.圣地亞哥卡拉特拉瓦：運動的詩篇[M].張育南，古紅櫻，譯.北京：中國建筑工業出版社，2005.

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[3]佐尼斯.圣地亞哥·卡拉特拉瓦[M].趙欣，譯.大連：大連理工大學出版社，2005.

[4]Calatrava Complete Works 1979-2007[M].Germany：Taschen，2007.

作者單位：

南京藝術學院設計學院