西方建筑空間序列演變解析*

文/中國礦業(yè)大學(xué)（北京）力學(xué)與建筑工程學(xué)院 李曉丹 王 晶 李梓維 齊 琪 蔣東霖 郭子杭

0 引言

人類一直在探索建筑材料和結(jié)構(gòu)技術(shù)，創(chuàng)造建筑空間，改善建筑環(huán)境，完善建筑形制。建筑史是建筑空間不斷拓展演變的歷史，隨著建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展，建筑空間經(jīng)歷豐富變換。建筑結(jié)構(gòu)是建筑空間的實(shí)體體系，建筑空間是結(jié)構(gòu)體系的內(nèi)涵表達(dá)，兩者相互依存、制約又相互促進(jìn)，在建筑歷史的長河中協(xié)同譜曲又完美碰撞。建筑空間研究是建筑歷史研究的重要組成部分，通過對西方建筑空間和結(jié)構(gòu)形式的研究，人們可更客觀、準(zhǔn)確地把握各歷史階段建筑空間形態(tài)的演變及內(nèi)在，理解技術(shù)的邏輯序列。

本文著重分析建筑空間與結(jié)構(gòu)技術(shù)的典型發(fā)展階段、轉(zhuǎn)折點(diǎn)，概述西方建筑空間和結(jié)構(gòu)的演變史，探討建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)與空間的關(guān)聯(lián)，簡要總結(jié)西方建筑空間的內(nèi)在演變序列進(jìn)程，即一維序列、二維序列、三維序列、自由流動(dòng)序列、大跨度多維序列、非線性序列。

1 一維序列空間

1.1 古埃及：空間序列組合的出現(xiàn)

古埃及建筑內(nèi)部空間整體呈明顯的一維向前感。當(dāng)時(shí)的結(jié)構(gòu)技術(shù)為簡單的梁柱結(jié)構(gòu)體系，有限的結(jié)構(gòu)技術(shù)導(dǎo)致其柱密集、墻體厚重、內(nèi)部空間昏暗狹窄。該時(shí)期的神廟建筑開創(chuàng)了建筑空間序列，建筑內(nèi)部通過空間開合、明暗對比，構(gòu)建強(qiáng)烈的一維向前感，完美演繹建筑性質(zhì)。一維空間組合序列在當(dāng)時(shí)具有很大進(jìn)步意義，對現(xiàn)代的紀(jì)念類和展演類建筑設(shè)計(jì)仍有啟發(fā)價(jià)值，如卡納克孔斯神廟就是該時(shí)期的代表建筑之一，神廟的門、圍柱式院落、大殿、密室等沿一條縱軸排列，布局過程中頂棚逐層降低、地面升高、側(cè)墻內(nèi)收，空間逐層縮小，序列逐層遞進(jìn)，大殿、柱陣及其他幽暗空間共同營造原始自然崇拜的紀(jì)念色彩和宗教建筑的神秘氛圍，與現(xiàn)代建筑空間起承轉(zhuǎn)合的組織手法有異曲同工之妙。

1.2 古希臘：外部空間的塑造

在古埃及建筑空間結(jié)構(gòu)發(fā)展的基礎(chǔ)上，古希臘開創(chuàng)了建筑外部空間的秩序。運(yùn)用柱式構(gòu)建建筑外部柱廊空間，使建筑空間領(lǐng)域范圍向外拓展延伸，而且外部柱廊空間注重光影運(yùn)用和虛實(shí)關(guān)系表達(dá)，增加建筑的雕塑感、秩序感、領(lǐng)域感、層次感。建筑立面明確展現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的梁柱體系，立面構(gòu)件比例、尺度、形狀、紋理、組合關(guān)系被細(xì)致推敲，但該時(shí)期建筑內(nèi)部空間相對簡單、原始、不發(fā)達(dá)。

2 二維序列空間

2.1 古羅馬：二維序列空間的誕生

古羅馬的建構(gòu)技術(shù)促使建筑內(nèi)部空間尺度、秩序的飛躍發(fā)展，拱券技術(shù)、圓拱體系及輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的運(yùn)用使建筑跨度大幅提高，建筑空間得以向縱橫二維方向延展。筒形拱、“十”字拱、穹窿結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)推動(dòng)建筑平面及空間的解放和模數(shù)化。具體來講，筒形拱的產(chǎn)生使建筑內(nèi)部空間具有連續(xù)的單向運(yùn)動(dòng)感，解放部分空間；“十”字拱結(jié)構(gòu)技術(shù)促使承重墻全部取消，內(nèi)部空間得到深層次解放，空間開闊通透又有明顯的中心；穹窿結(jié)構(gòu)技術(shù)促使建筑內(nèi)部形成具有強(qiáng)烈集中感的核心空間。如萬神廟是羅馬穹頂技術(shù)的最高代表，直徑跨度43.3m的萬神廟在結(jié)構(gòu)技術(shù)、空間維度、建造規(guī)模等方面極具開創(chuàng)性和代表性。

筒形拱、“十”字拱、穹窿結(jié)構(gòu)等組合形成的拱頂體系，促使建筑內(nèi)部形成具有強(qiáng)烈軸線感的二維空間序列，擴(kuò)大建筑內(nèi)部空間的規(guī)模，豐富建筑空間的形式。例如卡拉卡拉浴場是二維序列建筑空間的代表，其核心結(jié)構(gòu)體系是橫向的3間“十”字拱，外側(cè)連接筒形拱，結(jié)構(gòu)體系在縱橫兩個(gè)維度上拓展空間。沿著兩維軸線，其建筑內(nèi)部空間的大小、縱橫、高矮、開闔交替變化、流轉(zhuǎn)貫通。

2.2 拜占庭：平面形制束縛的擺脫

在拜占庭帝國時(shí)期，建筑界的主要成就是促使古希臘的柱廊技術(shù)與古羅馬的拱頂結(jié)合，實(shí)現(xiàn)在教堂“十”字形建筑平面的中央部位升起半球形穹頂，圓穹頂與方形平面完美結(jié)合，進(jìn)而形成更廣闊、更延展、更明亮的室內(nèi)空間。具體為運(yùn)用帆拱、鼓座與穹頂結(jié)合，將圓穹頂覆蓋在方形建筑平面上，空間四面開敞，在4個(gè)柱墩上沿方形平面發(fā)券，4個(gè)券之間砌筑以方形平面對角線為直徑的穹頂，4個(gè)側(cè)面切口以半圓穹頂扣在其上抵擋側(cè)推力，擴(kuò)大穹頂空間，豐盈穹頂形式。

3 三維序列空間

3.1 哥特時(shí)期：豎向空間的塑造

哥特時(shí)期，為凸顯建筑性質(zhì)和營造神秘的宗教氛圍，建筑空間渴求向上（天空）的靠近，此種理念推進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)步，從而促發(fā)三維式空間的到來。該時(shí)期出現(xiàn)了骨架券、飛扶壁、尖券尖拱、集束柱等新興結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)技術(shù)，在新技術(shù)和建筑性質(zhì)的雙重推動(dòng)下，建筑不斷向垂直方向延展。建筑平面多為“十”字形，建筑空間整體最終構(gòu)成沿橫、縱、豎3個(gè)維度的立體空間（見圖1）。此外，框架式建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)節(jié)省建筑材料、減輕建筑自重、開拓建筑空間。整體結(jié)構(gòu)所需側(cè)推力隨之減小，故建筑中庭上部可開很大的側(cè)高窗將光線引入，建筑內(nèi)部的物理環(huán)境得以改善。

圖1 哥特式建筑結(jié)構(gòu)

3.2 文藝復(fù)興時(shí)期：三維空間的數(shù)理秩序

文藝復(fù)興時(shí)期，三維建筑空間滲透著理性、秩序、邏輯，肯定人道主義，強(qiáng)調(diào)恢復(fù)“自然”，提倡建筑比例和人體比例。建筑空間里滲透著秩序、章法、規(guī)律的數(shù)理概念，建筑師在建筑空間創(chuàng)作和分析中，運(yùn)用合理、秩序、人性化的表現(xiàn)方法，利用數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行建筑構(gòu)圖，貫穿數(shù)理規(guī)律把握建筑空間。該時(shí)期首屈一指的佛羅倫薩主教堂的穹頂就是由數(shù)理規(guī)律演化而來（見圖2），其穹頂結(jié)構(gòu)的精致程度和空間規(guī)模相比之前有極大進(jìn)步，其結(jié)構(gòu)形式為雙圓心骨架券，穹面分里外2層，中間是空心，可見數(shù)理規(guī)律在建筑空間和結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用和控制。

3.3 巴洛克時(shí)期：三維空間的動(dòng)感與裝飾

巴洛克時(shí)期的建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)并無極大創(chuàng)新，僅在空間形式方面追求極致。16世紀(jì)末，隨著風(fēng)格主義出現(xiàn)，傾斜線條和曲線等被大量運(yùn)用于建筑設(shè)計(jì)，建筑室內(nèi)空間呈現(xiàn)前所未有且繁多復(fù)雜的裝飾化形態(tài)。

17世紀(jì)末，隨著巴洛克藝術(shù)出現(xiàn)，設(shè)計(jì)重點(diǎn)由建筑室內(nèi)裝飾轉(zhuǎn)向建筑實(shí)體空間。建筑師賦予建筑空間以動(dòng)態(tài)自由、波折流轉(zhuǎn)、騷亂沖突，大量運(yùn)用以橢圓形為基礎(chǔ)的“S”形、旋渦曲線形、波浪形的立面和平面，打破建筑、雕塑和繪畫的界限，不顧結(jié)構(gòu)邏輯，采用非理性組合，以取得反常的幻覺和視覺效果（見圖3）。曲線柔美的內(nèi)部空間不僅給人帶來奇特感受，同時(shí)也創(chuàng)造出許多聲環(huán)境極佳的內(nèi)部空間，為展覽空間的光環(huán)境設(shè)計(jì)創(chuàng)造條件。例如建筑內(nèi)部的光照因曲面空間被有意識地引導(dǎo)到適當(dāng)?shù)胤?，從而使建筑、人物、雕像等展品凸顯，達(dá)到局部照明的效果。

圖3 羅馬圣卡羅教堂

4 自由流動(dòng)序列空間

4.1 建筑新材料和裝配式技術(shù)開辟建筑空間新紀(jì)元

隨著工業(yè)大生產(chǎn)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)進(jìn)步巨大，鋼鐵、玻璃、混凝土等新材料的運(yùn)用，模數(shù)制和裝配技術(shù)等新技術(shù)的出現(xiàn)，極大地提高了建筑的建造效率、跨度、性能，使建筑形式發(fā)生質(zhì)的變化，開創(chuàng)建筑空間的新紀(jì)元，如1851年在英國倫敦所建的74400m2的水晶宮僅用8個(gè)月時(shí)間完成。建筑材料、結(jié)構(gòu)、技術(shù)的發(fā)展是建筑空間重塑的先決條件。

4.2 框架結(jié)構(gòu)體系極大解放建筑空間

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系的出現(xiàn)為現(xiàn)代建筑空間的發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)條件，空間逐步轉(zhuǎn)向自由和透明，承重墻逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦魯嗷虮砥?，建筑平面布置靈活，建筑立面處理自由，建筑空間體量增大，促發(fā)了現(xiàn)代建筑的發(fā)展和建筑師系列創(chuàng)新空間的誕生。例如建筑師格羅皮烏斯強(qiáng)調(diào)建筑應(yīng)走工業(yè)化道路，其著名作品如包豪斯校舍，采用靈活、不規(guī)則的構(gòu)圖手法打破傳統(tǒng)建筑的對稱布局；勒·柯布西耶運(yùn)用框架技術(shù)積極表達(dá)空間，其代表作品薩伏伊別墅和馬賽公寓均體現(xiàn)出框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，即平面布局和立面形式不受約束，可自由靈活布置等特點(diǎn)；建筑師密斯·凡德羅運(yùn)用鋼框架結(jié)構(gòu)和玻璃，發(fā)展了一種具有古典式均衡、極端簡潔、自由流動(dòng)的建筑空間風(fēng)格。

5 現(xiàn)代大跨度多維序列空間

大跨度建筑的萌芽最早出現(xiàn)在古羅馬建筑的拱頂中，至19世紀(jì)末才有較大成就。如1889年巴黎世界博覽會的機(jī)械館，采用鋼制三鉸拱，跨度達(dá)115m（見圖4）。20世紀(jì)初，隨著金屬材料的進(jìn)步和鋼筋混凝土技術(shù)的發(fā)展，大跨度建筑出現(xiàn)很多新的結(jié)構(gòu)形式。如1913年波蘭的弗羅茨瓦夫百年廳，采用鋼筋混凝土穹窿頂，直徑達(dá)65m，覆蓋面積5300m2，被稱為現(xiàn)代大跨度建筑的先驅(qū)之作（見圖5）。20世紀(jì)50年代后，大跨度結(jié)構(gòu)技術(shù)不斷成熟，材料技術(shù)迅速發(fā)展，多學(xué)科交叉綜合發(fā)展，形成多樣的大跨度多維空間，在結(jié)構(gòu)空間、建筑形態(tài)上實(shí)現(xiàn)巨大的飛躍和創(chuàng)新，如網(wǎng)架網(wǎng)殼空間、薄殼空間、懸索空間、膜結(jié)構(gòu)空間等。

圖4 巴黎世博會機(jī)械館

圖5 波蘭弗羅茨瓦夫百年廳

網(wǎng)架網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)構(gòu)建建筑大跨度空間，豐富建筑外觀形式。該結(jié)構(gòu)運(yùn)用受拉或受壓桿件，并按一定的曲面或平面組成空間桿系，桿件多為鋼、鋁合金等輕質(zhì)高強(qiáng)材料，該結(jié)構(gòu)屬于高次超靜定的三維結(jié)構(gòu)體系。薄殼結(jié)構(gòu)促發(fā)了許多新穎、輕巧的大跨度建筑空間，其結(jié)構(gòu)由空間幾何曲面構(gòu)成，而且本身具有較高剛度和整體性，自重較輕。懸索體系的自由度無窮大，造型輕巧，可跨越更大的空間尺度及適用于各種建筑平面形式，故許多異形空間得以成型。懸索結(jié)構(gòu)是由柔性受拉索及其邊緣構(gòu)件組成的承重體系，自重小、省材料且側(cè)面可實(shí)現(xiàn)良好的采光通風(fēng)。膜結(jié)構(gòu)促發(fā)飄逸、明亮、自由的建筑空間，建筑學(xué)、材料科學(xué)、建筑力學(xué)以及建筑環(huán)境學(xué)等多學(xué)科交叉發(fā)展，出現(xiàn)建筑織物受力的膜結(jié)構(gòu)，膜材料輕質(zhì)高強(qiáng)且光學(xué)性較好，可為建筑室內(nèi)營造均勻漫射光、無陰影、無眩光的光環(huán)境。

6 非線性序列空間

非線性序列建筑空間是指造型具有隨機(jī)性、內(nèi)部具有流動(dòng)性的非直線構(gòu)形的空間，其思想來源于復(fù)雜性科學(xué)和復(fù)雜性哲學(xué)，是人類對世界更客觀、更細(xì)致、更全面認(rèn)識的體現(xiàn)。

6.1 近代非線性建筑

文藝復(fù)興后期，資本主義追求自由思想的萌芽使建筑師追求非線性建筑設(shè)計(jì)。一些建筑師憑借自身對建筑結(jié)構(gòu)的了解，將其奇特想象轉(zhuǎn)化為實(shí)際的非線性建筑設(shè)計(jì)作品，如高迪的米拉公寓、門德爾松的愛因斯坦天文臺等，這些設(shè)計(jì)作品象征最初的非線性建筑空間設(shè)計(jì)。

近代非線性建筑僅在外觀上以非線性形態(tài)展現(xiàn)，在設(shè)計(jì)過程中主要基于建筑師對非線性建筑的感性理解和認(rèn)識，而非復(fù)雜性科學(xué)、哲學(xué)理論的指導(dǎo)，存在著一些技術(shù)上和思維上的局限性，形態(tài)的復(fù)雜性不深刻，多為單一影響因素下的非線性建筑實(shí)體。此時(shí)，非線性建筑設(shè)計(jì)思想的深度僅停留在建筑表現(xiàn)層面，未探尋更深層的含義。

6.2 當(dāng)代非線性建筑

隨著各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展、數(shù)字化技術(shù)在建筑領(lǐng)域的運(yùn)用和普及、非線性科學(xué)技術(shù)與理論的興起，建筑師群體的思維得到極大解放，故非線性建筑空間的創(chuàng)作得以不斷深化、進(jìn)步和發(fā)展。與之前的非線性建筑空間相比，當(dāng)代非線性建筑空間在理念和技術(shù)上均實(shí)現(xiàn)卓越發(fā)展。一方面，建筑師借助數(shù)字化技術(shù)逐步脫離幾何體系的限制，有效地模擬自然邏輯，將自然界中有機(jī)規(guī)律引入建筑之中；另一方面，計(jì)算機(jī)參與建筑設(shè)計(jì)及建造過程，建筑師們以自然規(guī)律為基礎(chǔ)，改變參量，編寫建筑的生成邏輯，通過運(yùn)算得出超乎想象的建筑空間形式。

當(dāng)今的非線性建筑空間序列呈以下特點(diǎn)。

1）建筑空間呈非標(biāo)準(zhǔn)、不規(guī)則、自由、柔和、連續(xù)流動(dòng)等形態(tài)，有如生物機(jī)體或自然景觀般的特征，傳統(tǒng)建筑的軸線關(guān)系、等級秩序等格局被打破。

2）流體般的建筑塑性形態(tài)逐步消解傳統(tǒng)的建筑立面概念，建筑立面與屋頂糅合為大曲面或異形。

3）非線性建筑空間不再是平面的簡單升起和重復(fù)，而以一種更開放、復(fù)雜的“非線性連續(xù)”的連接方式，消解傳統(tǒng)“層”的概念，轉(zhuǎn)變以“層”的疊加組織空間的方式。

4）建筑內(nèi)部豎向交通空間逐步模糊和消解，如樓電梯、坡道走道、出入口臺階等。傳統(tǒng)形式的交通核空間是上下對應(yīng)、封閉獨(dú)立。而在非線性序列空間中，在不喪失基本連接功能的情況下，交通元素的平面位置、尺度、形態(tài)被不同程度地改變，在樓板之間被靈活布置，呈開放、動(dòng)感的豎向交通體系。最終構(gòu)建連續(xù)但非勻質(zhì)的“非線性序列”空間，為使用者提供更多樣的空間感受和體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)空間的開放性與復(fù)雜性。

扎哈·哈迪德建筑事務(wù)所的系列設(shè)計(jì)作品是當(dāng)代非線性建筑空間的代表，多呈非線性、不規(guī)則、非標(biāo)準(zhǔn)、連續(xù)流動(dòng)、隨機(jī)、柔美的自由形態(tài)，如蓋達(dá)爾·阿利耶夫文化中心，建筑整體呈現(xiàn)有機(jī)的流體外形，由自然地形延伸堆疊而出，并盤卷各個(gè)獨(dú)立功能區(qū)域。文化中心包括博物館、圖書館和會議中心，3個(gè)不同功能體被連續(xù)的有機(jī)組織網(wǎng)狀表皮覆蓋并連接，不同褶皺形狀賦予各功能區(qū)視覺識別性、流線引導(dǎo)性、空間分隔性。此外，室內(nèi)空間延用非線性折疊的序列肌理，整個(gè)建筑邊界被完全消解，建筑室內(nèi)外與城市空間及周邊景觀有機(jī)結(jié)合（見圖6）。

圖6 蓋達(dá)爾·阿利耶夫文化中心

7 結(jié)語

本文主要敘述從古埃及至現(xiàn)代的西方建筑空間演變歷程，其建筑結(jié)構(gòu)依次為梁柱結(jié)構(gòu)、拱券結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、多維線性建筑結(jié)構(gòu)、非線性建筑結(jié)構(gòu)以及穹頂體系、飛扶壁等框架體系。建筑空間序列隨之呈現(xiàn)為一維空間、二維空間、三維空間、自由流動(dòng)空間、多維線性空間、非線性序列空間的演變過程。

縱觀西方建筑史，任何成熟的建筑體系均為建筑空間形態(tài)、建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)、藝術(shù)審美風(fēng)格相互依存、相互促進(jìn)、相互制約的發(fā)展演變。建筑結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展對建筑空間組構(gòu)的轉(zhuǎn)變起到根本推動(dòng)作用；藝術(shù)風(fēng)格反映當(dāng)時(shí)的社會審美，并不斷對建筑空間提出新要求，反作用于建筑結(jié)構(gòu)體系，使其日益完善，作用與反作用共同推進(jìn)建筑業(yè)發(fā)展。通過對歷史建筑空間的分析，從中獲取前人建構(gòu)空間的經(jīng)驗(yàn)、了解建筑空間演變的內(nèi)在邏輯，以指導(dǎo)當(dāng)下的建筑實(shí)踐。