養(yǎng)出些匠氣

關(guān)于這組專欄

應(yīng)《建筑技藝》朱曉琳老師的邀請(qǐng)寫一組專欄，但應(yīng)邀時(shí)并未確定專欄的主題。作為謹(jǐn)慎且懶惰的人，本想連載一些優(yōu)秀論著的譯稿，如此既能保障質(zhì)量，又不至于兩三篇后便江郎才盡。但一則外文翻譯并非我的強(qiáng)項(xiàng)，不敢僅憑個(gè)人的閱讀癖好來浪費(fèi)讀者時(shí)間；二則既然有了專欄的形式，為何不敦促自己專注討論些有持續(xù)性的話題，改一改多年來雜而不精的積習(xí)？恰逢朱曉琳老師與趙法中老師惠贈(zèng)了一本我近來許久尋而未得的《Form and Forces》（姑且譯作《形與力》），遂下決心寫一寫與結(jié)構(gòu)相關(guān)的學(xué)習(xí)心得和討論，作為寫字較多的建筑師，也僅能以此致謝而已。

希望這次寫作的歷程，能幫助我放下既往略顯虛妄的宏大，回歸到更具體甚至瑣碎的問題討論中去，借由建筑結(jié)構(gòu)這門扎實(shí)雄辯的技術(shù)，減少那些過分依賴形式邏輯的論證，力求讓更多樸素真實(shí)的建筑學(xué)問題糾纏于討論之中。

在正式開始上述話題之前，我們權(quán)且在本文中將前提性的疑惑以及此前零散的體會(huì)一并分享一下。

困惑：建筑師需要學(xué)計(jì)算么？

“建筑師需要學(xué)計(jì)算么？”這或許是許多建筑師在涉獵結(jié)構(gòu)知識(shí)時(shí)最先關(guān)心和焦慮的問題。

西班牙結(jié)構(gòu)大師愛德華托·托羅哈曾說過：“對(duì)應(yīng)力的演算僅服務(wù)于檢查并修正那些由設(shè)計(jì)師的直覺構(gòu)想出的結(jié)構(gòu)部件的尺寸，但作品本身卻絕非源自演算！”當(dāng)然這并不是說結(jié)構(gòu)計(jì)算不重要，只是這句讖語給像我這樣不識(shí)數(shù)的建筑師劃定了一片可以暫時(shí)放下計(jì)算的樂園。尤其在我國，多數(shù)結(jié)構(gòu)定量的工作更應(yīng)定義為“驗(yàn)算”——在實(shí)施計(jì)算之前，結(jié)構(gòu)體系以及具體結(jié)構(gòu)的布置往往已經(jīng)被確定下來了，結(jié)構(gòu)師更多是通過將梁、柱截面控制得更小來策應(yīng)建筑空間——誠如托羅哈大師所云的“作品本身卻絕非源自演算”。在對(duì)具體結(jié)構(gòu)構(gòu)件定量之前，必然經(jīng)由推敲那結(jié)構(gòu)“是什么”的定性思考。定性的對(duì)象通常是結(jié)構(gòu)體系以及具有普遍意義的結(jié)構(gòu)形態(tài)——對(duì)建筑師而言，這些宏觀和中觀層面的形態(tài)對(duì)建筑外形及空間的塑造往往起到?jīng)Q定性的作用。

其實(shí)，真正將結(jié)構(gòu)訴諸計(jì)算來確定實(shí)施尺寸已是19世紀(jì)以后的事（盡管早期的嘗試在17世紀(jì)就由伽利略發(fā)起了），至今僅有兩百年左右的歷史，這在漫長的建筑歷史中是相當(dāng)短暫的。鐵在橋梁及建筑中的應(yīng)用，以及對(duì)鑄鐵與鍛鐵分別在承壓與承拉性能上的區(qū)分（圖1），讓工程師得以將構(gòu)件中的復(fù)雜受力解析為簡單力的組合——這是結(jié)構(gòu)計(jì)算的前提，也是結(jié)構(gòu)師與建筑師專業(yè)方向的分水嶺。力的解析不僅詮釋了已知結(jié)構(gòu)的工作原理，更重要的是：它更精確地優(yōu)化了對(duì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并成為發(fā)展出遠(yuǎn)為復(fù)雜的現(xiàn)代結(jié)構(gòu)體系的基礎(chǔ)。于建筑師而言，深入理解不同結(jié)構(gòu)體系中力的解析原理，對(duì)以下兩個(gè)方面大有裨益：（1）在設(shè)計(jì)中預(yù)判結(jié)構(gòu)形態(tài)；（2）基于設(shè)計(jì)構(gòu)想巧妙選擇結(jié)構(gòu)體系。這種關(guān)于原理的理解認(rèn)知，似不必涉足詳細(xì)的計(jì)算。

在18世紀(jì)之前的全部建筑歷史中，處于建筑與結(jié)構(gòu)尚未分科的廣闊疆域，此中，結(jié)構(gòu)受力之復(fù)雜度或止于在平行四邊形分解中洞悉拱券的側(cè)推力而已。在這數(shù)千年的進(jìn)程中，薈萃了人類絕大多數(shù)的建造成就與智慧，那些基于一般常理與技術(shù)措施建立起來的結(jié)構(gòu)體系非常匹配建筑師們的知識(shí)構(gòu)架。舉個(gè)例子，哥特建筑中用于抵抗側(cè)推力的氣勢恢宏的飛扶壁很容易幫我們理解路易斯·康用混凝土拉梁平衡拱腳側(cè)推力的妙處，而在文藝復(fù)興的拱券中，我們居然發(fā)現(xiàn)那并不是康的獨(dú)創(chuàng)（圖2～4），如此收獲的，往往是一種意想不到又超越時(shí)間性的結(jié)構(gòu)觀念。在歷史建筑中建立起對(duì)砌筑拱、砌筑墻體以及木桿件的認(rèn)知，是探求諸如殼體、剪力墻以及框架結(jié)構(gòu)等現(xiàn)代結(jié)構(gòu)體系的一條捷徑，不僅沿途風(fēng)景如畫，還能成功地避開關(guān)于計(jì)算的掛礙。

當(dāng)然，經(jīng)由計(jì)算獲得結(jié)構(gòu)定量是非常重要的，

“不計(jì)算”的籌謀更多來自建筑師面對(duì)這一已分化了一個(gè)多世紀(jì)的專業(yè)鴻溝的興嘆。那么，除了在既有力學(xué)研究基礎(chǔ)上通過理性方法推演之外，還有什么能獲得結(jié)構(gòu)形式的方法呢？實(shí)驗(yàn)！實(shí)驗(yàn)不僅成就了歷史上那些偉大的結(jié)構(gòu)，更是現(xiàn)代結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)以及論證的最重要方法。姑且拋開加載實(shí)驗(yàn)以及經(jīng)典的倒懸鏈對(duì)低矢高拱形態(tài)的定型論證不談（圖5，6），多相工作室的結(jié)構(gòu)師劉粟老師曾給我講過一個(gè)非常精彩的結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)的故事：迪埃斯特把馬賽克貼在一張薄紙底部，手持一端令另一端放松，就獲得了一個(gè)下部馬賽克受壓、上部紙片受拉的繃緊的穩(wěn)定懸挑結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，那好似刀尖上行走的配筋體系以及最終定型的海鷗懸臂形態(tài)需要高超的定量手段，同時(shí)也融匯了托羅哈的結(jié)構(gòu)精髓，但對(duì)于結(jié)構(gòu)思想而言，那大巧若拙的實(shí)驗(yàn)堪稱妙手——震懾人心的往往是那些至簡的常理。在這些智慧里，從未有過什么建筑與結(jié)構(gòu)的分野，那也本該是建筑師未曾放棄的領(lǐng)域。

關(guān)于方法的體會(huì)

僅憑結(jié)構(gòu)專業(yè)的愛好者身份，我拿不出什么令人信服的方法。但也許我談方法的底氣也正來自愛好者的身份——一個(gè)這么苦悶的工學(xué)學(xué)科，如何才能接應(yīng)建筑師那縹緲“不靠譜”的情懷？對(duì)建筑師而言，愛上這門學(xué)科遠(yuǎn)遠(yuǎn)比學(xué)好它重要，必須讓它有情，有趣。

從認(rèn)識(shí)橋梁開始，也許是最簡潔有趣的入門方法。字面上看，橋梁的“梁”不正是建筑結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)跨度和懸挑來架起屋頂?shù)哪莻€(gè)構(gòu)件么？在人類抵抗重力以獲得空間的抗?fàn)幹?，建筑技術(shù)的發(fā)展史就是一部屋頂結(jié)構(gòu)方式的演進(jìn)史。人類工程學(xué)的每一步進(jìn)展，幾乎都是首先實(shí)踐并成熟于橋梁領(lǐng)域，而后才應(yīng)用于建筑的。且不提現(xiàn)當(dāng)代，單看看古羅馬的競技場，不就是一圈卷起來的輸水橋么（圖7，8）？而更有趣味的例子，莫過于清明上河圖里那座木編的虹橋，扶搖直上便成了炫目的藻井……

對(duì)于學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)體系的順序，《形與力》一書中的順序大出乎我的意料，細(xì)想來，卻又極合乎情理。在這本波士頓結(jié)構(gòu)組（Boston Structures Group）編寫的教材中，第一章居然從體系復(fù)雜的懸索橋結(jié)構(gòu)講起。不過細(xì)品一品，這樣的設(shè)置可謂是用心良苦：越復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系，就越有機(jī)會(huì)通過區(qū)分受力來簡化單個(gè)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)職責(zé)，對(duì)于習(xí)慣于識(shí)圖的建筑師而言，理解結(jié)構(gòu)體系的總體形態(tài)也總比研究單個(gè)桿件的復(fù)雜受力更容易些。柔性懸索毫無懸念的受拉性能讓那略顯復(fù)雜的懸索橋形態(tài)變得無比直觀（圖9）；相比之下，桁架梁的腹桿排布盡管從形態(tài)上更具幾何規(guī)律，但從外觀相同的桿件中辨認(rèn)受壓桿、受拉桿以及零桿則顯然需要更高階的訓(xùn)練（圖10）；而對(duì)于形態(tài)上最簡單的超靜定框架結(jié)構(gòu)，要判斷其剪力和彎矩的方向及變化趨勢（圖11），對(duì)于不考一注的建筑師而言，顯得有些不可理喻。

對(duì)此，需要有更針對(duì)建筑學(xué)專業(yè)的結(jié)構(gòu)教學(xué)，而“三大力學(xué)”——理論力學(xué)，材料力學(xué)與結(jié)構(gòu)力學(xué)的刻板順序就似乎缺了些對(duì)建筑學(xué)學(xué)科應(yīng)用的基本理解。從建筑師的需求出發(fā)來理解結(jié)構(gòu)，確需先學(xué)理論力學(xué)，但僅需淺學(xué)，能理解拉力、壓力、彎矩及力偶等基本概念的作用原理足矣。材料力學(xué)由于其研究對(duì)象的微觀，使其離建筑學(xué)的應(yīng)用最遠(yuǎn)，研究材料的破壞固然是驗(yàn)算和推敲技術(shù)措施的前提，但在對(duì)結(jié)構(gòu)體系的認(rèn)知中，卻幾乎可以暫不涉及應(yīng)力。相比起來，最要深學(xué)的是結(jié)構(gòu)力學(xué)，不但要學(xué)，還要背，哪怕尚不能完全理解，能照貓畫虎地將結(jié)構(gòu)單元彎矩圖的基本型背全，對(duì)理解和學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)形態(tài)大有裨益。久之，隨著對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)理解的深化，理論力學(xué)的精進(jìn)則成為必須，返回頭重學(xué)，造詣提高自是指日可待的；若再細(xì)精研，初窺材料力學(xué)之門徑亦非難事?？偲浯笠际且獜淖钪庇^處入手：譬如對(duì)彎矩圖的掌握，從預(yù)判桿件彎曲的趨勢開始，其進(jìn)益亦應(yīng)遠(yuǎn)勝拋物線的二次函數(shù)演算。

最后談?wù)勄楹腿?，結(jié)構(gòu)的“情”除了那些震懾人心的奇觀——如埃菲爾鐵塔、耶拿天文館等之外，多數(shù)都寓于建筑名作之中，而這也正是建筑師本門的領(lǐng)域。與其對(duì)著板柱結(jié)構(gòu)中的柱帽扼腕切齒，何不去體會(huì)下約翰遜制蠟公司大廳里萊特的無梁樓蓋（圖12）的快意？此后，我們也就更容易理解辛克爾如此執(zhí)著地“雜交”加泰羅尼亞拱與魯西永平拱（圖13）的空間用意了。結(jié)構(gòu)的“趣”則更多來自對(duì)結(jié)構(gòu)形式表現(xiàn)潛力的開發(fā)，如因萊特的應(yīng)用而被奉為現(xiàn)代主義經(jīng)典的轉(zhuǎn)角窗，只要熟悉彎矩圖就不難理解：帶懸挑的連續(xù)梁在懸挑段的彎矩可有效平衡相鄰跨中的最大彎矩（圖14）。而萊特的妙手恰在于挖掘了這種結(jié)構(gòu)形式的空間趣味，之后如密斯和康在處理框架結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角時(shí)都不在轉(zhuǎn)角處落柱而令其懸挑，康的懸挑段更是依據(jù)自由端彎矩為O的特性而減小了預(yù)制梁端頭的截面（圖15-17）。

將建筑學(xué)的情和趣帶回到對(duì)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)中去，不僅能讓略顯枯燥的工程知識(shí)學(xué)習(xí)變得妙趣橫生，對(duì)建筑名作本身的理解也有望進(jìn)入不同的境界。更重要的是，這些也許是對(duì)結(jié)構(gòu)選型以及演習(xí)建筑與結(jié)構(gòu)相配合的最高階訓(xùn)練了。

匠氣

說了許多，建筑師究竟為什么要學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)呢？如果僅僅是為了與結(jié)構(gòu)專業(yè)的配合，那么似乎只要多參加落地工程就可以了。我們前面只討論了在結(jié)構(gòu)里注入建筑的情趣，卻忽略了結(jié)構(gòu)本身別具的情趣，而建筑中的那些情趣，又怎么可能拋開結(jié)構(gòu)呢？建筑師如此熱衷于跨界卻難以被結(jié)構(gòu)打動(dòng)，大概是分科太久，又離得太近，“燈下黑”所致吧？

如今，建筑師手頭的工作越來越不及物，結(jié)構(gòu)不僅由“情人”淪為“路人”，甚至多被視作“仇人”。建筑學(xué)原本是一門奔騰著磅礴匠氣的學(xué)科，我以為今天的建筑師溫習(xí)結(jié)構(gòu)，工程知識(shí)尚在其次，更重要的是養(yǎng)出些匠氣。

當(dāng)然，對(duì)技術(shù)的熱衷亦不乏過猶不及者，將技術(shù)作為決定一切的依據(jù)。我以為建筑師學(xué)結(jié)構(gòu)，最終一定是為了表現(xiàn)的：為了表現(xiàn)那巨大造物所以矗立于斯的根本，以及那些由不得你我的造化的物性。就如弗蘭姆普敦的“建構(gòu)”，最終所欲者其實(shí)是“詩學(xué)”——那由不得你我的物性恰似先在的語言結(jié)構(gòu)，當(dāng)我們?cè)絹碓疥P(guān)心“怎么說”而非“說什么”的時(shí)候，話題似乎總會(huì)這樣不知不覺的宏大起來，同時(shí)也就到了該閉口埋頭的時(shí)候了。

推薦幾本好書

最后推薦幾本對(duì)我個(gè)人幫助較大的好書，后面專欄里分享的結(jié)構(gòu)筆記，也都將基于對(duì)這些論著和教材的學(xué)習(xí)。專欄中的分享其實(shí)也只是拋磚引玉，最有價(jià)值的所得一定來自每個(gè)人孤獨(dú)的閱讀歷程。

前文提到的《形與力》（Form and Forces）是英文書，目前國內(nèi)尚無譯本。這是一本寫給建筑學(xué)專業(yè)的結(jié)構(gòu)教材。從入門角度講，該作循序漸進(jìn)的分寸拿捏可謂恰到好處；但從這本書所能達(dá)到的深度卻或許遠(yuǎn)不止于入門——這同時(shí)也是一本適合結(jié)構(gòu)專業(yè)人士閱讀的理論。只要有初中力學(xué)的基礎(chǔ)就可以開始閱讀此書，“三大力學(xué)”的知識(shí)分別在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)交織于不同的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行闡釋，難分彼此。對(duì)于結(jié)構(gòu)形態(tài)，從總體形式到構(gòu)造節(jié)點(diǎn)細(xì)部都講述得極其清楚。初讀時(shí)可無視有關(guān)計(jì)算的部分，但如果想學(xué)習(xí)計(jì)算，此書也可謂是最淺近睿智的門徑。無論是從原理的啟發(fā)性還是從扎實(shí)的知識(shí)體系來看，這本波士頓結(jié)構(gòu)組的力作都值得精讀。

在國內(nèi)的教材中，羅福午、張惠英、楊軍編著的《建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)及案例》一書可謂經(jīng)典，這本教材被作為眾多高校土木工程專業(yè)的拓展閱讀教材，卻似乎從來沒有發(fā)到建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生的手里，這是非?？上У氖?。該書中對(duì)以托羅哈為代表的許多結(jié)構(gòu)大師的名作都進(jìn)行了深入淺出的概述，并圍繞這些案例建立起了生動(dòng)的結(jié)構(gòu)概念體系。建筑師要建立結(jié)構(gòu)思維，此教材與下面提到的川口衛(wèi)的著作都可作為入門首選。

日本結(jié)構(gòu)家川口衛(wèi)、阿部優(yōu)等著的《建筑結(jié)構(gòu)的奧秘》（有清華大學(xué)出版社的中譯本）。是一本極其淺近放松的書。該書以結(jié)構(gòu)體系分類為綱，不但從歷史上追根溯源（結(jié)構(gòu)論著中討論歷史的非常少見），還列舉了許多平實(shí)易懂的例子來化解結(jié)構(gòu)專業(yè)知識(shí)以及專業(yè)術(shù)語帶來的理解困擾。不但建筑師能讀懂，少年兒童應(yīng)該也沒問題——這是此書最出眾處。

日本建筑構(gòu)造技術(shù)者協(xié)會(huì)遍的《日本結(jié)構(gòu)技術(shù)典型實(shí)例100選——戰(zhàn)后50余年的創(chuàng)新歷程》（有中國建筑工業(yè)出版社的中譯本）是一本非常全面的日本結(jié)構(gòu)案例匯編。這本書表現(xiàn)了日本人典型的滯重與精煉，案例全面，針對(duì)案例的闡釋要點(diǎn)清晰，言簡意賅，無論是作為指導(dǎo)技術(shù)選型的通論閱讀，還是針對(duì)具體結(jié)構(gòu)技術(shù)問題查閱的工具書，都非常明了。

如奈爾維的《建筑的藝術(shù)與技術(shù)》（有中國建筑工業(yè)出版社的中譯本）以及愛德華托·托羅哈的《托羅哈的結(jié)構(gòu)》（The Structures of Eduardo Torroja，國內(nèi)尚無譯本）都是頂尖結(jié)構(gòu)大師闡釋個(gè)人結(jié)構(gòu)成就的論著，現(xiàn)身說法，精彩紛呈。此外，斯坦?！ぐ驳律摹栋＠賷W·迪埃斯特：結(jié)構(gòu)藝術(shù)的創(chuàng)造力》（有同濟(jì)大學(xué)出版社的中譯本）一書盡管不是大師本人論著，但別有一派從旁梳理的清晰。若將迪埃斯特的結(jié)構(gòu)體系與托羅哈的相互參詳，則更有妙處。

最后，美國林同炎與斯多臺(tái)斯伯利著的《結(jié)構(gòu)概念和體系》（有中國建筑工業(yè)出版社的中譯本）是理論體系非常深厚的結(jié)構(gòu)論著，對(duì)于精益求精的建筑師而言，可謂觀止之作了。如能融會(huì)貫通，轉(zhuǎn)行當(dāng)結(jié)構(gòu)師亦無不可。