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奧翔:建筑變輕盈是一種趨勢

  建筑變輕盈不僅限于現代建筑這個短暫的時期,其實在更長的歷史里,建筑越來越輕也是一個趨勢,那背后有什么原因嘛?確實有!有辦法達到嘛?確實有!

  大約可以從想(Think)與做(Do)的兩個維度上看這個問題

  從想(Think)上講大概有三點:

  1.計算方法的變化

  2.計算能力的變化

  3.范式(Facade)的束縛

  從做(Do)上講大概有三點

  4.材料的進步

  5.精度的進步

  6.分工的融合

  1.計算方法的變化

  a. 經驗階段

  古代工匠在建造活動中,其實已然發展出很多結構形式,也造就了很多古代宏偉的建筑物,比如簡支梁柱、桁架,比如推力屋蓋。古希臘的阿基米德的那個杠桿支點就是對于當時的力學經驗的一個概括。但是力學跟很多學科一樣,從古希臘到現代建筑運動之前的所有時代都沒有什么重要進展,始終是基于經驗的認識,依靠經驗與感覺,比如15世紀的范式大全-阿爾伯蒂(Alberti)在一本關于拱橋的著作里說:“拱券的凈跨應該大于4倍并小于6倍橋墩的寬度,橋墩寬度應為橋高1/4,石券厚度應不小于跨度的1/10。”諸如此類的法則或者經驗可能是符合力學原理的,但缺少力學分析與計算,而是某種規范化的經驗。這種感性經驗得出的結構與構造,一般截面偏大、用料偏多、安全系數很高,這也是為什么我們今天還能夠看到這些古跡的原因之一。

  b. 數學分析階段

  達芬奇、伽利略、胡克、牛頓,漸漸地走向了用數學的方法分析力的道路。其中17世紀后半葉的牛頓與萊布尼茲幾乎同時發明的微積分為往后的分析提供了更強大的數學工具,為數學分析提供了可能。

  再往后就是那一大波大牛與理論。

  波諾里(John Bernoulli)——虛假位移理論

  波諾里(Jacob Bernoulli)——平截面假定

  歐拉(Euler)——彈性曲線理論、壓桿的穩定理論

  拉格朗日(Lagranze)——廣義坐標

  到這個階段,人類有可能對結構進行更精確的計算,從而減小結構冗余的安全系數。

  2.計算能力的變化

  數學工具的進步讓我們能夠計算平衡的方程,從靜定結構變成可以精確計算的結構了,才出現這種三鉸拱橋,很輕盈。

  

 

  索爾吉納托貝爾大橋(Salginatobel Bridge),1929,Robert Maillart

  計算機的出現,讓人類計算迭代的能力突飛猛進,出現了有限元計算,才能夠更輕。

  3.范式(Facade)的束縛

  設計房子是一個經驗知識,不是先驗知識,學習的過程必然需要依托前人的經驗,然而所謂革新的設計又需要突破前人的經驗,而有些規范化的經驗變成了傳統,這種傳統范式往往會束縛工程與建筑的進步。

  盡管聽過很多道理,但是當我們捫心自問:我們被范式束縛了嘛?卻依然過不好人生,這問題的答案就是這么諷刺。

  比如石上純也的桌子就是突破了對于桌子這個物體的范式。

  

 

  水晶宮在當時突破了當時對于房子的范式,然而現在我們看見全玻璃幕墻就不會感覺奇怪。

  4.材料的進步

  建筑變輕的腳步也伴隨著材料變強的過程

  材料的進步是向著更強更薄更透的方向發展的,從最開始的不能抗拉的石材、能抗拉但保質期不長的木材,到后來的生鐵也就是鑄鐵、鋼鐵,再到混凝土、鋼筋混凝土、預應力混凝土。

  回歸到結構的角度,石上純也的KAIT工坊也算是預應力的一種

  本質上講就是把垂直與水平荷載分開在不同的柱子上承擔,這樣柱子只受軸向力,不承擔彎矩,就能減小界面尺寸,達到比羽毛還輕的效果。

  5.精度的進步

  對于材料加工精度以及裝配精度的進步使得人類可以進一步壓縮安全系數,減小截面尺寸。

  就像KAIT工坊的玻璃幕墻,5m高一整塊的玻璃不可能靠自身承重,那玻璃的上邊緣一定有幕墻的構造,然而精度的進步使得它能在很小的高度里解決這個問題,也就輕了起來。

  6.分工的融合

  這是我最感興趣的,也是最難達到的。

  現在建筑的復雜程度已經到了依靠個人力量不足以窮盡建造所需要的一切知識的地步,隨之而來的就是專業的分工,因此在專業分工之后的配合就成了一個制約設計彈性的重要因素。

  比如錢強設計的無錫美新微納傳感廠區辦公研發大樓,照片上看起來很輕,因為房子的幕墻是做過優化的,機電藏在了樓板里。

  石上純也也把機電藏在了KAIT工坊屋頂,屋頂在內部又往后退,通過構造加強了輕薄的感覺。

  大約綜上所述也就六點原因,也就是說可能從這六點進行突破。

  建筑師能做的就是對范式、分工融合的處理。前者需要捫心自問的自省;后者需要跨學科的知識、良好的溝通、以及許多經驗與教訓。

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