膜結(jié)構(gòu)建筑形態(tài)的藝術(shù)表達(dá)芻議

姜憶南 李永健 王嘉霖

(1.北京交通大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院，北京 100044；2.山東建筑大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101)

膜結(jié)構(gòu)建筑形態(tài)的藝術(shù)表達(dá)芻議

姜憶南1李永健1*王嘉霖2

(1.北京交通大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院，北京 100044；2.山東建筑大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101)

從膜結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與材料三方面的建筑表現(xiàn)形式入手，探討膜結(jié)構(gòu)建筑形態(tài)中的藝術(shù)表現(xiàn)要素，旨在揭示膜結(jié)構(gòu)建筑造型語言中可以得到遵循的設(shè)計手法，展示膜結(jié)構(gòu)造型設(shè)計的廣闊空間，以期對膜結(jié)構(gòu)建筑創(chuàng)作具有借鑒價值，推動我國膜結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展。

膜結(jié)構(gòu)，建筑形態(tài)，藝術(shù)表達(dá)

1 緣起

當(dāng)今非線性的建筑形態(tài)逐漸成為人們審美的新取向，自由、變幻、動態(tài)的建筑形象成為人們建筑創(chuàng)作追求的亮點。膜結(jié)構(gòu)建筑形態(tài)以其線性、曲面的建筑形態(tài)契合了非線性建筑特征，因此，膜結(jié)構(gòu)也給建筑師開啟了一種新的思考模式。然而，由于膜結(jié)構(gòu)的特殊性，國內(nèi)建筑師對膜結(jié)構(gòu)建筑藝術(shù)表現(xiàn)缺少系統(tǒng)的了解，妨礙了他們對于膜結(jié)構(gòu)的選擇。本文將從膜結(jié)構(gòu)中最具建筑藝術(shù)表現(xiàn)的三方面即——結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與材料，闡釋其藝術(shù)表達(dá)形式與特征，探索創(chuàng)造膜建筑的造型設(shè)計手法，以期對膜結(jié)構(gòu)創(chuàng)作具有借鑒價值。

現(xiàn)代膜結(jié)構(gòu)起源于歐洲,真正的發(fā)展是在德國，從1955年膜結(jié)構(gòu)的開拓者弗賴·奧托在德國聯(lián)邦花園展示會上建造出第一座張拉膜結(jié)構(gòu)至今，隨著高新材料的出現(xiàn)和建造工藝的提升,現(xiàn)已成為一類從結(jié)構(gòu)、連接到材料表達(dá)都不同于傳統(tǒng)建筑的特殊的、專業(yè)性極強(qiáng)的建筑形式；它作為建筑師創(chuàng)意新的源泉，需要建筑師與結(jié)構(gòu)師密切協(xié)作方能充分表達(dá)其建筑之美。

2 結(jié)構(gòu)表現(xiàn)

2.1動態(tài)平衡

膜結(jié)構(gòu)建筑是一種充分展示“力”的作用的建筑。力的作用需要相互平衡才能處于穩(wěn)定狀態(tài)，與其他結(jié)構(gòu)類型建筑不同的是膜結(jié)構(gòu)建筑的這種平衡是一種隱含在其中，并隱隱凸現(xiàn)的動態(tài)的平衡。無論是充氣式膜結(jié)構(gòu)建筑通過充氣產(chǎn)生的壓力，還是張拉式膜結(jié)構(gòu)建筑膜布中蘊涵的預(yù)張力，都是達(dá)成這種平衡的關(guān)鍵。由于膜結(jié)構(gòu)建筑特殊的平衡方式，使其產(chǎn)生了意想不到的空間效果，如1967年蒙特利爾博覽會德國館(見圖1)，其各個支撐部件之間的結(jié)合完全是因循“力”的法則而存在的，剛性和柔性材料結(jié)合在同一個平衡體系中，簡化了除了必需的力的構(gòu)件之外的一切因素。因而，膜結(jié)構(gòu)建筑給人以輕盈自由的視覺感受，或許就是由于它兼具剛?cè)岵?jì)的平衡美，并減少了其他類型建筑賴以穩(wěn)定其結(jié)構(gòu)和裝飾的部件。

2.2數(shù)的邏輯性

膜結(jié)構(gòu)建筑形態(tài)，一方面是對其形式和位置的識別性以及膜結(jié)構(gòu)表現(xiàn)形式和位置內(nèi)在邏輯辨別性的理性判斷，另一方面是指人對事物的主觀認(rèn)識。在現(xiàn)代膜結(jié)構(gòu)建筑體系中，膜結(jié)構(gòu)建筑相較與其他類型建筑，在結(jié)構(gòu)的藝術(shù)表達(dá)上充分體現(xiàn)了數(shù)的邏輯性。

如“水立方”的建筑方案中采用了多面體空間鋼架結(jié)構(gòu)和雙層ETFE(乙烯—四氟乙烯共聚物)薄膜圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系，在設(shè)計中屋蓋和墻體由類似水泡沫的多邊形圖案泡泡形式構(gòu)成。為了達(dá)到既有重復(fù)性而又能保持一個隨機(jī)無序的視覺形式，結(jié)構(gòu)采用不規(guī)則多面體空間鋼結(jié)構(gòu)，建筑師與結(jié)構(gòu)工程師通過比較各種角度旋轉(zhuǎn)后生成的結(jié)構(gòu)上弦、下弦以及扶桿種類數(shù)量，最終選擇了圍繞(0,0,0)※(1,1,1)矢量軸旋轉(zhuǎn)60°生成的Weaire-Phelan多面體陣列的形式，同時保證其視覺效果滿足建筑設(shè)計造型要求。感性的建筑形式要求自然隨機(jī)，實體建造經(jīng)過科學(xué)理性的分析研究，使施工及造價等方面得以保障，見表1，圖2，圖3。

表1 不同旋轉(zhuǎn)角度下的桿長比較

3 構(gòu)造表現(xiàn)

3.1膜面支撐的高、低節(jié)點

膜結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最為廣泛張拉式膜結(jié)構(gòu)體系中，構(gòu)造節(jié)點包括柔性的膜索連接，柔性索與剛性支撐連接以及膜材之間的連接等，無疑這些節(jié)點細(xì)部在膜結(jié)構(gòu)建筑表現(xiàn)中處于一個非常重要地位，通常，張拉膜面的索膜連接多出現(xiàn)在膜建筑的高或低點，因為膜結(jié)構(gòu)是依靠高、低支點的錯落布置形成膜面曲線造型。依據(jù)膜面上高、低支點的布置方式不同形成的膜曲面大致分兩類：錐形曲面和馬鞍形曲面。其中錐形曲面的高、低支點分別排布于膜面中部和膜面邊緣，而馬鞍形曲面的高、低支點則間隔布于膜面邊緣。膜面上高、低支點的空間相對位置不僅決定膜面各點的受力大小，同時還影響膜面各點的受力大小。這些高點和低點是連接各個結(jié)構(gòu)構(gòu)件的精華部分，使整個系統(tǒng)成為相互受力相互作用的整體。節(jié)點細(xì)部設(shè)計要求簡潔而精致，連接關(guān)系明確傳遞力的路線，細(xì)部節(jié)點會影響觀賞者對于建筑整體的感知，見表2。

表2 鞍形膜與錐形膜高低點節(jié)點表

3.2節(jié)奏與韻律

張拉膜結(jié)構(gòu)上的一系列高點或低點呈現(xiàn)膜結(jié)構(gòu)建筑的韻律之美。韻律，即有節(jié)奏的律動，由一系列相似或重復(fù)的建筑部件有機(jī)組合存在于膜結(jié)構(gòu)建筑中。膜結(jié)構(gòu)建筑通常以富有規(guī)律的支撐結(jié)構(gòu)，或具有相同形狀的膜片塑造建筑的韻律感；而特異的結(jié)構(gòu)支撐形態(tài)或凸出于天際線上的輪廓形成韻律展現(xiàn)的焦點，或通過谷索、脊索、內(nèi)外邊索的張拉作用成形相似或重復(fù)的膜單元，如巴爾的摩6號碼頭音樂廳(如圖4所示)和丹佛新國際機(jī)場(見圖5)。

3.3膜面拼縫連接

張拉膜結(jié)構(gòu)的建筑形態(tài)均為曲面，其靈活、多變的空間曲面通過平面膜材的設(shè)計裁剪后拼接、擬合產(chǎn)生。剪裁之后的膜片拼接可應(yīng)用焊接、綁扎、縫合等多種形式進(jìn)行處理。不管使用怎樣的拼接方式，在透光膜面襯映下通過膜片重疊產(chǎn)生的拼接縫都會展現(xiàn)出比較明顯的暗條。所以，設(shè)計師在實施剪裁處理的時候，不僅要思考其結(jié)構(gòu)受力的科學(xué)性，也需要全面使用上述透光性中的差異，使其變成膜結(jié)構(gòu)室內(nèi)裝飾的關(guān)鍵部分，以便提升大眾對膜結(jié)構(gòu)空間的感知度，增強(qiáng)屋頂形式及尺度，提升膜頂形態(tài)的可讀性，改變膜結(jié)構(gòu)空間內(nèi)的光環(huán)境。比如伊拉克Medina清真寺院子中遮陽傘(見圖6)，在膜面的剪裁設(shè)計中，拼縫從四周向中心不斷匯聚，彼此交錯后收于柱頭。遮陽傘膜面的拼縫圖案充分體現(xiàn)了漏斗狀造型，此外也充分詮釋出獨特的穆斯林裝飾特色。

4 材料表現(xiàn)

4.1膜材的光與質(zhì)感

膜材通常是一種透光材料，其反射率在75%～87%之間，透射率在13%～28%之間，所以表面給人的視覺感受為輕質(zhì)材料。日間光由室外射入室內(nèi)，使室內(nèi)的視覺效果較為輕盈。而當(dāng)夜晚恰好相反，光線由室內(nèi)射向室外時，使外部形態(tài)的質(zhì)感十分輕盈。因此，膜結(jié)構(gòu)建筑因光線的變化給人以不同的感受。建筑師還可以根據(jù)膜材連接的這一構(gòu)造方式，加以巧妙的利用，強(qiáng)化其藝術(shù)表現(xiàn)力，為豐富的空間視覺體驗創(chuàng)造條件。如馬來西亞的吉隆坡國家體育中心游泳館的膜材屋頂(見圖7)，建筑師設(shè)計了幾個巨型花朵圖案的剪裁方案，產(chǎn)生了類似于流動水面上飄搖著花瓣的視覺感受，律動的圖案為室內(nèi)營造了歡樂的氛圍，進(jìn)而促成了膜面剪裁設(shè)計中結(jié)構(gòu)和裝飾成果的完美統(tǒng)一。

4.2材質(zhì)可涂繪性

膜材料作為一種人工材料，對色彩、圖案的選擇相對自由，具有較好的色彩承載能力。隨著技術(shù)與生產(chǎn)方式的發(fā)展，膜材表面使用的色素越來越多，且一般耐光、耐高溫，對周圍的環(huán)境表現(xiàn)友好。此外，在社會生活中膜結(jié)構(gòu)建筑也同樣承擔(dān)了傳播媒介的功能，建筑師利用其自身的獨特特質(zhì)，有效的將建筑形態(tài)與媒體相結(jié)合，創(chuàng)造了獨特的表現(xiàn)力。膜材可印染涂敷的工藝將膜結(jié)構(gòu)建筑本體直接作為傳播媒介，成為傳遞信息的符號。如馬德里火車站大爆炸紀(jì)念堂(如圖8所示)建筑外部使用彎曲的玻璃磚建造成圓筒形，內(nèi)部采用ETFE材料圍合成圓筒形狀，膜表面涂繪有大量的文字，這些文字記載了馬德里火車站大爆炸中逝者的信息。此刻，膜材成了文化的載體，傳達(dá)出建筑的現(xiàn)實紀(jì)念意義。

5 結(jié)語

膜結(jié)構(gòu)建筑形態(tài)的藝術(shù)表達(dá)，應(yīng)當(dāng)是基于“理性”思維方法之上的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與材料三方面的藝術(shù)表現(xiàn)，本文分析膜結(jié)構(gòu)建筑形態(tài)中藝術(shù)表現(xiàn)要素的目的是揭示膜結(jié)構(gòu)建筑造型語言中可以得到遵循的設(shè)計手法，真正把“理性科學(xué)”與形態(tài)表現(xiàn)的感性認(rèn)識手段作為建筑藝術(shù)表達(dá)的途徑，最終實現(xiàn)膜結(jié)構(gòu)建筑自然美、技術(shù)美與建筑藝術(shù)的完美結(jié)合。

[1] 楊慶山，姜憶南.張拉索一膜結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計[M].北京：科學(xué)出版社，2004.

[2] 姜憶南，李 棟，王 佳.張拉膜結(jié)構(gòu)的節(jié)點設(shè)計[J].建筑技術(shù)，2011(10)：84-85.

[3] 葛 建.膜結(jié)構(gòu)適應(yīng)性設(shè)計研究初探[D].北京：北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010.

[4] 程雅璐.從膜結(jié)構(gòu)建筑看建筑技術(shù)和藝術(shù)的結(jié)合[D].長沙：湖南大學(xué)碩士學(xué)位論文,2004.

[5] 鄭 方，張 欣.水立方——國家游泳中心[J].建筑學(xué)報，2008(6)：13-14.

[6] 高蓉蓉.張拉膜結(jié)構(gòu)技術(shù)下建筑形態(tài)的生成[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2013.

Abriefanalysisoftheartisticexpressionofthearchitecturalformofmembranestructure

JiangYinan1LiYongjian1*WangJialin2

(1.SchoolofArchitectureandDesign，BeijingJiaotongUniversity，Beijing100044，China;2.SchoolofArchitectureandUrbanPlanning，ShandongJianzhuUniversity，Jinan250101,China)

This paper starts with architectural form including the structural features of the membrane structure, structures and materials. The purpose of discussing the artistic expression elements in the architectural form of the membrane structure is to reveal the design techniques of the membrane structure language and explore the designing potentialities of membrane structure. It is supposed to provide the value of reference to membrane structure buildings’ creation and promote the development of membrane structure in China.

membrane structure, architectural form, artistic expression

TU383

A

1009-6825(2017)26-0009-03

2017-07-04

姜憶南(1961- ),女，教授；王嘉霖(1991- )，男，在讀碩士

李永健(1993- )，男，在讀碩士