給建築以生命

央視國際 2004年10月14日 17:08

　　在北美洲的落磯山脈，一群海狸正在工作。海狸被稱為自然界的建築大師，它們用牙齒砍伐樹木，銜來樹枝建築小屋。就像最專業的建築師一樣，它們專心致志，一絲不茍。每只海狸都在主動做自己該做的事情，雖然沒人指示它們應該怎麼做，但是，一切井然有序。而在北京夏日的樹陰下，一群蜜蜂也在建造自己的家園，它們忙忙碌碌，不知疲倦。這些生物肯定沒有想到，在營造自己家園的同時，它們的自身也成為人類建築模倣的對象。

　　採訪：（董聰） 建築和生物之間實際上有很多相像的地方，比如説建築生物通常情況下都有左右對稱性，建築生物還有一個相像性就是建築通常有一個正面一個反面，正面引導觀眾進入，背面可以處理一些垃圾廢物之類的，這就像動物。

　　如果我們細心觀察就會發現，很多動物的巢穴本身就是經典的建築，蜂窩就是其中傑出的代表作品。早在十八世紀初，法國學者馬拉爾琪就曾經對蜂窩進行過仔細的觀察測量，發現每只蜜蜂的居住空間都是相同的六角柱狀體，其底部三個菱形面的銳角和鈍角分別是70度32分和109度28分。

　　這是養殖蜜蜂的蜂箱裏面的蜂窩，它的結構就是標準的六角柱狀體，大家看，一個一個的都很標準。説起這個六角柱狀體學問可大了，在一千六百年前，有位叫巴普的數學家就發現，蜂窩的這種結構是一種最經濟的形體。也就是説，在條件相同的情況下，這種六角柱狀體可用最少的材料建造出最大的使用面積。

　　接下去發生了一件有趣的事：一位數學家精確計算出了最經濟形體的角度數據，這個數據與之前馬拉爾其測算出的蜂窩角度只差2分，但同時也推翻了蜂窩的結構就是最經濟形體的論斷。不過很多人認為，對於蜜蜂這麼小的建築師來説，這麼小的誤差已經算不得什麼。誰知過了幾年，又有科學家對此提出異議，認為蜜蜂不會有誤差，蜂窩的結構就是最經濟形體。雙方為這二分的差距爭論不休。如果不是後來發生的一件事，蜜蜂的“冤案”還無法“昭雪”。

　　一艘英國軍艦在不應該的情況下沉沒，調查隨即展開。最後發現是設計時計算有誤，問題就出在使用了印刷有誤的對數表。那位數學家聽後大吃一驚，他發現自己計算時所使用的也是這種錯誤的對數表，於是用正確的對數表重新計算，結果發現蜜蜂沒有錯誤，它建造的房子就是所謂的最經濟形體。

　　在建房時，蜜蜂使用自己的觸角作為計量器具，用兩顎作為剪刀。雖然沒有精密的儀器，不用對數表，卻能完成非常精緻的建築。成千上萬間蜂房緊密排列，不但形狀、角度都一樣，連體積也完全相同。不過，最讓人類驚訝的還是它用最少的建築材料建造出了最大的使用空間。

　　蜂窩的結構早已被仿製出來，廣泛應用在飛機和火箭上。同時由於用材的經濟性，類似的設計還被應用於城市建築，成為建築倣生的一個重要案例。

　　採訪：（董聰）（倣生建築）目前沒有定義，不過業界基本上採用兩種定義。一種是模倣生物某些形態和功能的建築，稱為倣生建築。另外一種比較狹隘，模倣生物的某些結構形態、結構和功能的建築稱為倣生建築。

　　事實上，在建築倣生這個概念出現之前，甚至在遠古時代，人類在無意識的狀態下向大自然學習的影子就已經出現。舉一個簡單的例子，當我們想要跨越河流甚至海峽的時候，各式各樣的橋梁出現在我們面前，為我們提供方便。伴隨著科技的發展，橋的形式也日新月異，拱橋、斜拉橋、懸索橋。但是，世界上第一座橋梁是怎麼誕生的？也許獨木橋就是橋梁最初的形態。

　　採訪：（陳志華） 古代想過河怎麼過呢？有一個樹倒在河上，過去了，發展到獨木橋，發展到拱，發展到拉索橋，斜拉橋等等，這樣一個簡單的從自然提取形式發展過來的，這離不開自然模倣的存在。

　　沒有第一根意外倒在河流上的木頭也許就沒有現在隨處可見的橋梁。但是，自然給予人類的靈感遠遠不止于橋梁。法國盧浮宮，人類藝術的寶藏，棲息著包括達芬奇的名畫《蒙娜麗莎》在內的眾多藝術精品。同時，這座以拱形結構為主的建築本身也是精美絕倫的藝術品，被無數後世建築學家所敬仰。奇妙的是，後來的建築倣生學卻在這種拱形結構和恐龍之間找到了奇妙的聯絡。

　　採訪：（董聰）脊椎動物都有一個比較合理的骨架結構，因為重量比較大的，像我們所説的恐龍有龐大的身軀，四到八米高，二三十噸重，要承擔這樣的身軀的話，一定要有一個比較合理的骨架系統。

　　曾生活在中生代的巨大爬行動物恐龍，擁有數十米的身體長度的和巨大的體重。這樣一個龐然大物要走動覓食，生存下去，四肢必須承受相當大的負荷。如果恐龍不具備合理的力學結構，偌大的身軀肯定會被壓塌。建築學家發現，恐龍巨大的身軀和頭尾的重力中心最後都落在腰部，身體的重量通過身體重心傳遞到粗壯的四肢上，整個身體的上部猶如一座拱橋。從力學角度來看，它的確是一種承受巨大負荷的理想結構造型。

　　作為建築結構的一種重要類型，拱形結構在窯洞，橋梁，教堂等中西方建築中隨處可見。當然，恐龍生存在地球上的年代比人類要久遠得多，但是我們從中可以發現，當人類努力創造出一種優秀的建築形態時，其核心原理在大自然中早就普遍存在了。

　　採訪：（陳志華）生物體是非常先進的，生物體和植物都經過了很多年的進化，優勝劣汰生存下來，合理的就會存在，不合理的就被淘汰，樹木也好，人體也好，我們的形成到現在我們相信還在發展過程中，有些不合理的地方會改掉，好的地方會繼續發展。

　　西班牙的神聖家族教堂被認為是現代倣生建築的開篇之作，不過説起來很有意思，這座１２０年前開始修建的偉大建築，由於資金短缺等問題直至今天還沒有完工，據説還要再蓋１００年。而它的設計師高迪早在７０多年前就已經不幸逝世，這座建築的外形設計來源於高迪從植物外形上得到的靈感。

　　在此之後，特別是二十世紀中後期以來，倣生建築得到了蓬勃的發展。特別是在公共建築領域，倣生建築因其觀賞性和實用性的完美組合而異軍突起。不過，當代倣生建築已經不僅僅滿足於單純外形上的模倣，建築大師們早就把目光投向了生物體本身。

　　採訪：（陳志華）他們都是注意到了一些自然現象，包括生物體包括自然也好，從其裏邊提取出來的結構體系，比較著名的代表是從蜘蛛網裏邊，就看到很細的蜘蛛網絲可以跨越很大的跨度，於是産生了懸索結構，我們國內國外用了很多的懸索結構。

　　坐落于日本東京的1964年奧運會主場館——代代木體育場，也是當代倣生建築的傑出代表。這一個由瞬間的海浪漩渦而引發靈感的設計，其類似海螺的獨特造型給人很強的視覺衝擊。這座建築就採用了懸索結構這一來源於蜘蛛網的靈感，用數根自然下垂的鋼索牽引主體結構的各個部位，從而托起了這座總面積達兩萬多平米的超大型建築，成為建築藝術的經典作品，其懸索結構部分的設計師川口衛也因此成名。

　　在中國天津，由天津大學、天津建築設計院，聯合川口衛等外國設計師設計的天津博物館已經正式落成。和代代木體育場不同的是，天津博物館採用了薄殼結構。這種建築結構和懸索結構以及拱形結構一樣，也是人類從大自然中得到的啟示。

　　薄殼結構的設計靈感來源於雞蛋和貝殼。不知道您在生活中有沒有注意到這樣的細節：我們炒雞蛋的時候拿著雞蛋往碗沿上這麼一磕，雞蛋就碎了。但是您要是像我這樣拿著它捏，它是很難被捏碎的，因為這時候雞蛋是均勻受力，各個部位受到的力都是差不多的。貝殼也是這樣的，它會把受到的外力向四週均勻地擴散，所以看起來很薄的結構卻能承受很大的力。建築上的薄殼結構就是受了這個啟發。

　　由於薄殼結構能跨越甚至幾百米的跨度，同時給建築內部留出不被隔斷的大面積使用空間，在建築結構特別是大型場館的設計中被廣泛應用。北京奧運會的場館建設就為薄殼結構提供了一個理想的展示平臺。川口衛也帶著作品來到北京，等待專家組的評選。

　　採訪：（川口衛）薄殼結構一開始的時候，並不是所有結構都能做出來的，因為它開始的時候主要是用磚來做的穹頂，後來發展到用混凝土做的穹頂，這種由磚或混凝土做的薄殼結構形狀是有限制的，不是做成各種形狀都可以，後來隨著薄殼結構的發展就能做成各種各樣造型的薄殼結構，對後來建築的發展起了很大作用。

　　沒有薄殼結構這種來源於大自然的建築形式，天津博物館只能是一幅繪在圖紙上的作品。而其神似天鵝的獨特造型也是這座建築倣生原理的重要體現。在談到天津博物館的設計起源時，天津大學設計師們很自然地聯絡到了坐落于澳大利亞海港上的著名標誌性建築——悉尼歌劇院。

　　採訪：（陳志華）博物館和歌劇院都是文化性的建築，悉尼歌劇院當時資本主義發展是一個比較快的速度，海上航行的風帆也好，殼也好。我們天津當時有一個説法，二十一世紀是中華民族騰飛的世紀。騰飛的飛就讓我們想到飛翔的概念，於是就把展翅的天鵝這個骨架提取出來，然後再把它整個完善成博物館的建築物，就成了目前展翅飛翔的天鵝這麼一個造型。

　　很多人看過悉尼歌劇院以後都會自然地聯想到它是薄殼結構。事實上，在悉尼歌劇院最初設計的時候確實計劃採用薄殼結構。但由於如此大的跨度帶來的相應技術難度，這座經典的建築最終依靠傳統的拱形結構才得以完成。

　　但是，在幾十年後的今天，即使更大的跨度也已經不是問題。天津博物館就橫向跨越了186米，這是接近於一個普通田徑場直徑的超大跨度。在夜空下，天津博物館就像一隻展翅欲飛的天鵝，蓄勢待發，即將騰空而起。在正式開放的時候，神似天鵝長頸的入口走廊兩側，將注滿碧藍的海水，穿過這兩個美妙的天鵝湖後，遊客將看到一個歷史和現實交相輝映的神奇世界。

　　採訪：（川口衛）首先天鵝自古以來就是人們非常嚮往的，非常憧憬的非常美好的一個動物，這個建築就是想用天鵝這種美好的事物作為設計理念，來表達這個含義，同時，它內藏的文物都是不能用金錢來衡量的天價的東西，也是要表達這種非常美好的，非常天價的，內藏的這些信息。

　　單看這幕原版的芭蕾舞劇天鵝湖，我們就能感受到天鵝傳達給人類的美好和愉悅。而它們一飛沖天的那一刻，也讓我們體會到了希望與力量。設計師們就汲取了這個瞬間，並把這種希望和力量展現在了天津的土地上。天鵝展翅時的骨架形態，也為天津博物館建築結構的力學原理提供了靈感，成為了支撐起這座龐大建築的骨架。

　　採訪：（陳志華）一個形式的完成主要是骨架決定了形式，這個天鵝展翅的時候，兩個翅膀，頸，頭，就整個形成了天津博物館外輪廓的形象，然後羽毛的位置，在這個位置上形成了天窗，我們看到天津博物館外形整個殼面上很多天窗，這就表明了羽毛的位置，這些骨骼和羽毛就把外形的輪廓定下來了，這個天鵝的骨架就形成了外形整體的形狀。

　　不僅如此，天津博物館從外到內都展現了設計師從大自然中汲取的靈感。按照國家規範，這樣大型的建築物表面每隔55米就必須設置一個溫度收縮縫，用來克服季節更替帶來的熱脹冷縮效應，但是這必然會讓建築的外觀受到影響，同時這種傳統的方式也不適應現代建築的倣生理念。

　　採訪：（陳志華）我們一般一個大體的建築的話，要抵抗很多自然界的作用，包括風，地震，雨雪，以及濕度的作用等等，這裡邊有一個矛盾在就是我們一般是抗的概念，不管是抗風也好，抵抗地震也好，叫抗震設計是吧，有一個問題就説我們建築越強，它抵抗能力越大的同時，自然的反應越大。所以我們往往要抵抗大自然的話，是很困難的。

　　在天津大學的專家們研究基礎上，一種獨創性的可呼吸結構最終成形，這種來源於自然的建築技術成功取代了溫度收縮縫的作用。

　　採訪：（陳志華）當受到溫度變化的時候，整個結構會均勻地向外伸長，或者均勻地往回縮，這就形成了像人的肺一樣，一個呼一個吸的伸縮的過程，這就是實現了一個可呼吸的結構體系。

　　通過建築結構的佈置，設計師們給建築賦予了生命。支撐大屋蓋的數根混凝土柱。和各種受力鋼部件都採用了可以輕微轉動的螺栓進行固定。特別是在柱子接近地面的關鍵連接點，採用了一種名為板鉸節點的獨創設計。這種節點用最低的造價實現了轉動的功能。這樣，當外界條件變化時，整個建築可以相應地輕微轉動，從而讓建築模擬了生物肺部的呼吸過程。

　　事實上，這種倣生原理和人體的骨骼關節也有緊密的聯絡。在運動的時候，人的骨骼關節會受到很大的衝擊力，但大多數情況下都不會發生意外情況，這就是由於人體關節的作用。而這種以柔克剛的原理應用到建築中，就可以在一定程度上消除地震等外力帶來的影響。

　　在天津博物館的一些細部，我們也可以感受到大自然的美感。入口處的大廳和內部展廳的連接處，設計了六面與水平面呈78度角的斜墻。巧妙地在現代化的建築和內藏的歷史文物之間進行了分隔，讓參觀者的視覺感受得到自然過渡。同時，整體宏大的六面斜墻也是非常有價值的藝術作品，遠看上去酷似立體的天鵝羽毛。評論説：天津博物館因此斜墻就可以被認為是一個獨具特色的藝術作品。

　　採訪：（陳志華）這種斜墻在世界建築作品裏邊也不是很常見的，這裡邊每個石材都是通過一個麻面和一個光面處理，來産生一種空間的立體的效果，讓人從遠處一看以為是一個立體的石材，實際上走近一摸是一個平面的，這就是一光一麻處理的天鵝羽毛的立體效果。

　　建築的歷史和人類的歷史一樣久遠，從第一座建築出現之日起，人類就試圖用建築書寫歷史。從拱形結構到懸索結構再到薄殼結構，大自然不斷的給建築以啟示。相信，伴隨著建築藝術和科學技術的發展，更多的倣生建築必將出現在我們眼前。有一天，建築將像有生命的生物體一樣，依靠自身的調節，實現眾多的功能。

　　在２００８北京奧運會主場館的設計招標中，由瑞士赫爾佐格和德梅隆設計事務所設計的“鳥巢”方案脫穎而出，其外形設計的靈感就來源於鳥屋的結構，相信在２００８年，這座必將成為經典的建築將代表中國走向世界。