抗震特性視角下中西古建筑中木質構件的美學研究
―以“榫卯”工藝和“龐巴爾籠”結構為例

武漢工程大學藝術設計學院 劉慶秋 高英強（通信作者）

1 “榫卯”和“龐巴爾籠”的研究背景

1.1 “榫卯”和“龐巴爾籠”的誕生

1.1.1 “榫卯”的誕生

榫卯在古代被稱作柄鑿，明周祈《名義考》卷四載：“伊川語錄云：衲鑿者榫卯也……今俗猶云公母榫。”[1]七千多年前新石器時代河姆渡文化遺址的發(fā)現(xiàn)，證實這一時期華夏先民就已經設計并使用了“榫卯結構”，并建造出了中國最古老的木質干欄式建筑。這體現(xiàn)了中國傳統(tǒng)建筑的本質，即將木頭作為主要的建筑材料，各建筑構件之間利用其本身創(chuàng)造的榫卯進行連接，充分利用木頭其本身的柔性彈力。因此，中國傳統(tǒng)的木質建筑十分堅固。

中國榫卯木結構的發(fā)展模式是：簡支架到框架，再到桁架。簡架支撐結構是一種結構極其不穩(wěn)定的木質結構，當其受外力作用時，會產生形變甚至倒塌，這時框架結構運應而生。但此時的框架由于只是在原來簡架的基礎上加入了榫結，只能當做鉸結，離穩(wěn)定形式還有一定的差距，在此基礎上又加入斜撐進行加固。鉸結加入斜撐后，才正式形成木桁架，這時的木結構才是穩(wěn)定的[2]。如薊縣獨樂寺的觀音閣、應縣木塔等的結構，也是添加了斜撐，屬于桁架結構，歷經千年，多次地震，仍然“屹然壁立”。作為中國木構文化起源的榫卯，其不僅在中國古代建筑領域有著重大影響，更是對中國傳統(tǒng)家具的發(fā)展起到了重大作用。

1.1.2 “龐巴爾籠”的誕生

不同于中國在河姆渡文化時期就已經應用的木質榫卯結構，“龐巴爾籠”的產生更具有突發(fā)性。1755年11月1日葡萄牙發(fā)生了地震，震源地為距葡萄牙首都里斯本幾十公里處的大西洋海底，其破壞性極強，引起近30米高的海嘯，使鄰近的里斯本海岸和本城受到重大破壞。為了盡快恢復重建城市，葡萄牙國王任命才能出眾的龐巴爾侯爵擔任重建工作的總指揮。重建首都期間，龐巴爾侯爵發(fā)現(xiàn)了許多隱患，為此，聘請大量的專業(yè)工程師對城市進行整體規(guī)劃和設計。為了市民有避難場所和減輕交通壓力興修了新的市中心、大量的廣場，以及寬闊的道路。新修建的建筑都有一個特點，即采用了“Gaiola Gombalina”（龐巴爾籠），這是一種對稱的木結構框架，在整棟建筑中起到“骨骼”的作用。因其是龐巴爾侯爵主持設計的，且形似鳥籠，被人們稱之為“龐巴爾籠”。

1.2 “榫卯”和“龐巴爾籠”的抗震原理

1.2.1 “榫卯”的抗震原理

中國木結構建筑又可稱為柔性建筑，因其具有柔性木質結構，這里的“柔”性指的是木構件在使用過程中所呈現(xiàn)出來的彈性特征，這種彈性可以對能量進行抵消。同時，木質材料屬于一種質地較輕且均勻的纖維質感，還具有抗壓、耐拉的特征，因此造就了木構件本身就能在形變的過程中對能量進行散發(fā)釋放的巨大優(yōu)勢。榫卯是一種對木質構件進行鑿補，使其呈現(xiàn)出凹凸的形態(tài)，并將其進行連接的一種方式。其中凸為“榫”，凹為“卯”，榫卯相交，進而連接。凸出的榫頭和凹進去的卯眼通過凹凸扣合，緊緊咬合在一起[2]。為防止木頭在自然環(huán)境中受熱脹冷縮導致接口松動，工匠從多個角度讓一根木頭和其他木頭通過榫卯結構相連接，從而使接口入木頭的膨脹和收縮產生的作用力相互抵消，通過相對位移，摩擦消耗能量，一層層傳遞到建筑底部承重結構時動力就衰減了，從而起到抗震的效果。

1.2.2 “龐巴爾籠”的抗震原理

“龐巴爾籠”是一種防震木質對稱結構框架（如圖1），在里斯本大地震后，其廣泛運用于建筑結構中。在此之前，歐洲的主流建筑材料為大理石等石質建材，但在地震面前，石質材料的缺點暴露出來，石材質地較脆，柔韌性、延展性較差，遇到重大外力時極易斷裂，因此抗震性能不強。工程師發(fā)現(xiàn)與石質材料相比，木質材料不僅易切割，質地較輕且伸縮性大，能夠在地震中有效分散震能，進而減輕地震破壞。“龐巴爾籠”是先用木頭梁、木頭柱搭成整體形狀為立方體的木質框架，再在框架對角處加入木頭斜撐，形成“鳥籠”之勢，最后在籠子的外圍填充磚頭，由此形成牢固的外墻，如圖2所示。“龐巴爾籠”式木結構將整棟建筑，即墻體、天花板連接成為一個整體，從而使其更加堅固，其抗震的原理類似于現(xiàn)在建筑中的圈梁和構造柱，提高砌體結構的延性和抗側移能力，形成塑性鉸來消耗掉一部分地震能量[3]，將房屋墻體和構造柱緊緊的“箍”在一起，對房屋的空間剛度和整體性起到增強的效果，從而保護框架柱這個豎向構件不受外力的破壞，盡可能減少因地震導致的地基不均勻沉降引起的墻體開裂，從而達到建筑物在地震時不坍塌的目的。

圖1 “龐巴爾籠”結構的3D建模

圖2 “龐巴爾籠”墻面填充

2 “榫卯”和“龐巴爾籠”的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 “榫卯”的發(fā)展現(xiàn)狀

“榫卯”從最開始應用于建筑上到被廣泛地應用于家具的結構及造型上，自南北朝后經歷了千余年的傳承與創(chuàng)新。比如，明清家具上的“牙角”就是由建筑結構中的“雀替”演變而來。雀替在宋朝時被稱為“綽幕”記錄于《營造法式》，清式木構中才被稱為“雀替”。雀替本來是用于立柱頂端與之共同承重的木構，元代之前綽幕構件多用于建筑的內檐，元以后，特別是清代其普遍見于外間額枋下，造型上也越來越復雜。宋代時，夾頭榫桌案被廣泛地使用。在宋代和明代的繪畫作品中，也常常能見到這種結構的桌案。如今，榫卯的結構美學依然被中國人續(xù)寫。如上海世博會的中國館被譽為“東方之冠”，是中國文化與氣質的體現(xiàn)，其采用“榫卯”工藝和斗拱這一結構技藝作為造型特征。

2.2 “龐巴爾籠”的發(fā)展現(xiàn)狀

“龐巴爾籠”是一種混合木材磚石結構，最初的建造目標是用于承受水平地震荷載，由木地板組成及改進的混合木砌體剪力墻。盡管其結構質量優(yōu)良，但是隨著時間的推移，其結構會發(fā)生有害的改變，除了木材的自然老化，還有一個重大的缺點就是不防火。根據實例記載，初期確實對抵御地震侵襲起到了積極的作用，但在此后一段時間后，龐巴爾籠式建筑因經常發(fā)生火災后逐漸被整改演變成為一種龐巴林風格。龐巴林式風格建筑物之間的隔墻為中墻（如圖3），從一樓到閣樓的更高部分沒有任何開口，在整個墻面的平均厚度0.5米，其不僅具有分隔建筑物的功能，而且主要用于構成阻燃元件。龐巴林式風格建筑在當時是一項偉大的創(chuàng)新，因為沒有其他歐洲城市能如此，即便是最容易發(fā)生自然災害的城市，如果實施了標準化系統(tǒng)，也可以改善之前“龐巴爾籠”結構的弊端。

圖3 隔墻

3 “榫卯”和“龐巴爾籠”的美學價值

3.1 “榫卯”的美學價值

中國古代的榫卯結構種類繁多，在實踐發(fā)展的過程中越來越豐富，創(chuàng)造了很多奇特的形式。根據固定的作用大致可分為三個大的類型：固定垂直構件，如用于固定柱腳的管腳榫，用于增強結構穩(wěn)定性的瓜柱柱腳半榫等；固定水平構件，如用于方形構件的十字搭腳的十字刻半榫，用于保護柱頭的箍頭榫等；連接水平和垂直構件，如用于排山梁與山柱相交處的半榫。多種多樣的榫卯構件通過不同的拼接為中國古代建筑形態(tài)美學的發(fā)展起到了舉足輕重的作用。

3.1.1 對稱之美

回看中國建筑的發(fā)展史，南北對稱分布是其主要的形態(tài)特征，如故宮的三大殿，同時建筑內部的擺設和結構也呈現(xiàn)出南北對稱排列的特點[5]。榫卯結構中成對出現(xiàn)的軸對稱結構同樣沿襲了中國建筑帶給人的嚴謹莊重之感，在建筑本身的對稱結構下，呈現(xiàn)出小結構的對稱延續(xù)，更是與建筑本體形成和諧統(tǒng)一的整體效果，給人以沉穩(wěn)舒適之感，也體現(xiàn)出了中國傳統(tǒng)的規(guī)矩之美。從著名建筑家梁思成和林徽因等人找到的中國現(xiàn)存的唐代建筑―佛光寺就可以看出（如圖4），不論是從建筑的整體性出發(fā)，還是就斗拱這一榫卯木質結構而言，都體現(xiàn)了中國人對于對稱美學的追求與品味。

圖4 佛光寺門匾

3.1.2 結構之美

榫卯結構廣泛應用于古代建筑和古典家具中，呈現(xiàn)出多種多樣的特點，種類不同、結構不同，具體的用途也不盡相同。如夾頭榫，顧名思義是因為采用夾頭作為連接構件（如圖5），是案形家具中常用的一種榫卯結構。四條案腿的頂部為突出的榫狀，與案面下方預留的卯眼嚴絲合縫地結合在一起。案腿的上端設有開口，用于將牙條和牙頭銜接起來，因此從其外觀上來看腿足相較于牙條和牙頭略高一層。這種簡單的結構往往隱藏著深邃的美感，通過四足將牙條夾住形成矩形之勢，與通過案面的卯眼將腿足固定起來，使得案面的重量均勻分布到每一根腿足，將結構隱藏于外表之中，僅留少量片面地裸露在外表面體現(xiàn)出榫卯的結構之美。

圖5 夾頭榫構造

3.1.3 創(chuàng)新之美

榫卯結構在發(fā)展過程中不斷革新，同時將各種創(chuàng)新元素融入其中，從而適應不斷更新的審美需求。在明清家具設計的發(fā)展進程中體現(xiàn)的尤為顯著。這一時期，榫卯結構的作用不僅是木構節(jié)點，而且是一種塑造造型的手段。通過楔釘榫把木材連結為優(yōu)雅的圓弧形圈椅造型，或是將抱肩榫衍生出更多類型，使得高束腰、束腰的造型形成多種多樣的變化。因此，在造型上不再嚴謹莊重，也開始充滿了活力與青春的氣息。與此同時，在設計上，將復雜的榫卯結構變得簡單化，力求簡單又不失樂趣。

3.1.4 生產之美

榫卯結構作為一種技術與藝術相結合的產品。在古代，它需要工匠師傅有著縝密的心思、獨具一格的視野、較高的審美能力，以及高超的手頭功夫，將各個部件通過榫卯組合在一起形成一件完整的構件或者是精美的家具。隨著科技的發(fā)展和技術的進步，現(xiàn)代較為昂貴的木質家具，如紅木家具的生產除了個別需要人工精巧的雕刻與鑲嵌外，幾乎全部使用現(xiàn)代化機械進行生產。加之操作者都經過嚴格的專業(yè)培訓，匠師們能熟練地掌控機床操作，因此開出的榫卯更加精準，各部件組合后更加嚴絲合縫，使得木結構更加美觀、牢固、耐用。通過創(chuàng)新生產過程所需的機械模具，提高生產效率，智造更多的榫卯結構產品，以生產之美帶動榫卯的結構之美。

3.1.5 趣味之美

由于榫卯結構的特殊性，其很早就被應用于工業(yè)設計中，以中國傳統(tǒng)文化符號融入玩具的設計中，從而極大地豐富了玩具的種類和造型。由此發(fā)展而來流傳于漢族民間的益智類玩具，如魯班鎖又叫“孔明鎖”或“八卦鎖”。一般是由若干個木條相互拼接而成，外層為立體十字形，且不同方向的木箱之間相互錯層，不存在正好相對或者相頂?shù)那闆r。不同的內部結構與外部形態(tài)，最終呈現(xiàn)的形態(tài)也是各異的。總而言之，魯班鎖是一種三維空間組合結構，不用釘子和繩子，完全靠自身結構的連接支撐，從外觀來看嚴絲合縫，渾然一體，其特點為易拆、難裝，極具三維空間智慧，看似簡單，實則凝結了人們非凡的智慧，體現(xiàn)了榫卯結構的趣味美，如圖6所示。

圖6 孔明鎖

3.2 “龐巴爾籠”的美學價值

3.2.1 秩序之美

“龐巴爾籠”從整體來看，宛如一個由多組間距相同的垂直線條、水平線條整齊排列，并通過對角斜線的支撐形成穩(wěn)固的網格結構。“龐巴爾籠”的結構美學逐漸演變?yōu)辇嫲土诛L格，延續(xù)了早期的抗震設計特點和早期的預制建筑方法。先將靈活的木質結構植入墻壁、地板和屋頂，然后再用預先制造的建筑材料將其覆蓋，產生“震動但不會掉落”的作用。在保證其使用功能的前提下，使其結構形態(tài)具有一種縝密與秩序之美。

3.2.2 理性之美

“龐巴爾籠”設計的初衷是應對地震的侵襲，因此其主要用途并非是用于裝飾，而是它的實用功能，演變而來的龐巴林風格也沿襲了這種功能精神，即消除所有外來的裝飾，并在整個過程中強加一種理性的清醒。

3.2.3 簡潔之美

“龐巴爾籠”木結構在最初設計的過程中龐巴爾侯爵拒絕了貴族們喜愛的紛繁復雜的裝飾，并只允許在門、窗進行簡單的裝飾，因此“龐巴爾籠”式建筑具有一種簡潔大方的美感。在現(xiàn)代，“龐巴爾籠”轉變?yōu)橐环N設計風格多被用于室內裝飾，一般不起結構上的作用。“龐巴爾籠”風格通常是在原本鋼筋混凝土搭建的建筑內部使用木質網狀結構加玻璃材料還原其外觀特征，或者直接轉化為裝飾元素，將其從墻壁上解放出來，依舊使用木材作為裝飾材料，通過水平或傾斜形成簡單的幾何圖形，使室內的設計呈現(xiàn)出大方簡約的特點，因此其還具有一種簡潔之美，如圖7所示。

圖7 “龐巴爾籠”的設計風格延續(xù)

4 總結

不論是中國的“榫卯”，還是葡萄牙的“龐巴爾籠”式，都是人類對抗自然災害智慧的結晶，以其兼具實用性和審美性而得以發(fā)展。榫卯結構經過漫長歲月的洗禮沉淀，以其精簡的凹凸結構，體現(xiàn)了中國人對于實用主義的追求，又因其美學價值的不同方面，體現(xiàn)了中國人對于美的多角度追求。榫卯結構在構合、楔入、分離的過程，同樣也是傳統(tǒng)與現(xiàn)代、傳承與創(chuàng)新的過程，其承載了中國工匠、設計師們深刻的設計意匠與文化內涵。不同的是，“龐巴爾籠”結構后期轉化為一種建筑風格，但龐貝林風格由于受到巴洛克、洛可可風格的席卷而逐漸淡出歷史舞臺。中國的“榫卯”工藝以對稱、結構、生產、創(chuàng)新和趣味之美在數(shù)千年的傳承中延續(xù)了下來。從抗震性能的視角下，分析中外古建筑中的木質構件之美，希望對今后的設計能起到指引作用。