本文转自：iStructure
ID: iStructure2017
在建筑的设计中，“结构”与“建筑”的关系是怎么样的？以往这样的话题总是站在建筑师的立场上思考，这次看看结构工程师在设计中的角色应该是什么样的？什么样的结构是好的结构呢？
现代建筑的设计可以追溯到20世纪初期，已经经历了一个世纪的发展。很少有人会再去讨论这些问题。但实际上，在上世纪五六十年代，现代建筑发展的早期，很多人在讨论什么是现代建筑的美？什么是结构的美？结构设计的角色应该怎么定位？等等。这类似于我们现在讨论AI跟建筑的关系是什么。
从结构师的角度看，托罗哈写了《Philosophy of structures》，ARUP有文章合集《Philosophy of design》，这本《Aesthetics andTechnology in Building》是奈尔维1965年在哈佛大学的讲义。
《建筑的艺术与技术》是《Aesthetics and Technology inBuilding》的中译本，于1981年在国内出版。虽然时间已经过去很久了，但还是很有借鉴意义。这篇文章是我自己的读书笔记，也是抛砖引玉，希望更多人能够思考。以下很多是摘录的原文，但也有些是自己的想法，没有完全分开。如果想要了解奈尔维的原意，请阅读原书。
从古代到现代
建筑的双重意义
建筑具有两重意义：一方面，是由服从客观物理规律的结构组成；另一方面，有具有旨在产生某种主观性质的感情的美学意义。建筑的这种两重性使建筑处于一个完全不同于其他艺术的领域。建筑在很大程度上是由与设计者个性无关的法则所确定，这些法则十分繁杂，以致其中某些部分就足以构成一整套的大学科目。
从两个角度来研究古代和现代的建筑作品：一是从建筑专业工作者的角度，对建筑方法的种种问题能够理解、评价和鉴赏；一是以非技术人员的角度来看建筑，只考虑建筑的艺术方面，并以观赏一件艺术品的自由精神来寻求建筑美的感受。
奈尔维在这种双重研究中得出结论：一个技术上完美的作品，有可能在艺术上效果甚差。但是，无论是古代还是现代，却没有一个从美学观点上公认的杰作、在技术上却不是一个优秀的作品的。看来，好的技术对于好的艺术来说，虽然不是充分的，但却是一个必要的条件。
现在主流的建筑方案设计流程或竞赛往往是这样的，先有个很夺人眼球的艺术性方案，再去想办法实现。即先有一个好的艺术性方案，再去配技术性方案。如果能找到一个好的技术性方案，那就是一个优秀的建筑方案；但如果找不到一个好的技术性方案，那就变成了一个平庸的方案。
如果认可奈尔维得出的结论，我们是不是可以尝试这样的做法：先有一个好的技术性方案（功能、安全、经济），然后在这个技术性方的近旁寻求一个好的艺术性方案（美观、艺术），那么就能得到一个好的建筑方案。
基于此，结构应该在建筑艺术性方案确定之前，介入到建筑设计中去。甚至结构可以早于建筑艺术性方案开始前就开始研究结构方案。其实不仅小i是这样觉得的，前段时间与两位结构大师探讨时，他们也是这样的想法。具体以后有机会再说。
结构的客观性与艺术性
所谓建筑，就是利用固体材料来造出一个空间，以适用于特定的功能要求和遮蔽外界的风雨。一个结构物，不论其大小，都必须兼顾和耐久，并满足这一建筑物的功能要求，同时还必须以最少的代价获得最大的效果。这个空间需要由结构来围合而成，因此结构的要求就可以概括为“功能性”、“安全性”、“经济性”。
以上这些特点，初看起来只是技术性和客观的，但各有主观的（心理的）成分，主观的成分赋予建筑作品以富有表现力的艺术外观。
暴露的结构或者通过技巧设计而不外露的结构，都可以稳定地承受荷载和外力。显然，不同的手段产生的心理反应也不同，这种反应是影响建筑表现效果的。
倘若某处的墙体或屋盖给人以接近于倒塌的视觉印象，则即使实际上存在着不外露的结构构件使其充分安全，也不会有人从中得到平稳的美感。同样，在某些情况下，表面上的不稳定性又可能创造出一种特殊的美感—虽说这是一种“反建筑”的表现。
因此，即使是最具有技术性的、最基本的结构性质——安全性，也是具有主观的成分的。
古代建筑中结构与艺术的紧密结合与协调发展
我们考察从原始时期直到上世纪末的建筑物，在建筑技术的层面，基本结构构件的变化是很缓慢的。它们在形式上不断被提炼，逐渐被附加的装饰所丰富，但它们的起始和演进的过程总是建筑技术的直观体现。
柱头和柱底在基于柱身断面的基础上进行必要的扩大，以便支撑额枋和把荷载更好地从柱子分散到石基上去。建筑构件往往起源于纯粹功能的要求，或者是建筑技术的需求，但是在漫长的岁月中，这些构件变得愈益完善和丰富，最后演化为装饰性的要素。这一产生、发展和凝练的过程，贯穿于整个建筑的历史中。
希腊和埃及人的建筑，由建造者所能使用的材料（大理石或其他石材）的性质，以及工匠所能理解的简单力学形式所决定，而同时又受到这两者的限制。
古希腊神庙的柱式
罗马人发明了推力屋盖（单栱、十字拱和球拱），随之又解决了结构内巨大水平力的静力平衡，这彻底改变了平面的分布，因而创造出过去梁柱体系在体量和形状上都无法比拟的内部空间。
马森佐教堂（the Basilica of Massenzio）室内复原图
到底是拱壳的发明推动了罗马建筑的设计方案，还是对大空间的追求激励了工匠发明拱壳呢？在今天来说，很难判断。但一个明显的事实是：拱壳结构的发明，创造了建筑上完全不同于旧有技术所能获得的建筑空间。
那时的设计者不能以计算来检验他的直观感觉，只能遵从于简单的力学形式，以适应他的需要，并按照他自己的感觉来进行分配。从对静力学的直观理解所引出的结构方案，必然是最原始和易于理解的。这些条件，加上人的温情、精明和理智，丰富了建筑的结构发展。这些，都必然反映在建筑的形式之中，同时，又有助于建筑作品艺术的形成。
哥特式教堂
随后，突破来自于哥特式建筑，其的重大发明是飞扶壁，主要受力线沿着十字拱的对角线一直延伸到基础，清晰可见。当走进哥特教堂时，我们沉浸在一种其他建筑作品所难以激起的情绪中。哥特式教堂将建筑技术与建筑艺术完美地结合在一起，我们不能将这种结合归因于一种偶然的巧合。将它们理解为相互促进、相辅相成更合理。
现代建筑中结构的真实性
19世纪中叶，直观感觉的技术时代结束了，随之而来的是科学性的技术时代。在这个时期，引起建筑艺术变化的因素是科学、技术、工业、经济和社会发展。其中最为基本的是：建立在“结构力学”名下的一整套计算分析理论；钢材和混凝土的大量生产；社会的发展和日趋庞大的建筑物。一系列计算方法、结构体系的建立，结束了以经验和直观为决断基础的经验主义时代，把设计和实现这些设计的技术手段扩大到前所未有的范围。
因此，我们有这样的问题：过去建筑杰作在技术和艺术的完美结合状态，是否可能因无人性的力学公式而遭到破坏呢？结构物的静力平衡状态在相当程度上无法直接看到，是否会因此而损及建筑技术与艺术的完美结合呢？
考察上个世纪新时代早期的几个建筑作品。1889年巴黎国际博览会的机械馆是第一批严格按照力学和结构逻辑建造的大跨度结构之一。它的结构形式是典型的三铰桁架，这一结构方案在建筑上是史无前例的。方案在很大程度上是由结构理论所决定，并用钢结构才得以实现。桁架拱脚的截面被缩小为一点触地，这都是纯粹由技术所决定的形式。但是，其整体和细部比例的确定，则是自由地取决于设计者的感觉。
机械馆
同样的情况也发生在埃菲尔铁塔上，我们通过对埃菲尔铁塔的观察可以看出：设计者对于他所处的时代中居统治地位的形式主义的唯一让步，是在第一层下面加了半圆拱，此拱用极薄的铁板组成，从力学观点来看，完全是多余的。我曾多次设想，如果没有这些拱，埃菲尔铁塔会是何许模样，最后得到的结论是，没有拱，塔的表现力会更好。而且更重要的是，那就不需要在基座上附加有损于埃菲尔铁塔雄伟而简洁美的突出物了。
埃菲尔铁搭支座
以下两个桥一座采用了固定拱、一座采用了两铰拱。很难找出本质性的技术原因影响设计者选择这两种不同的结构体系。虽然对可能发生的基础不均匀沉降的要求有可能不同，但这两座桥都属于超静定结构，都要求固定支承。因此，我们可以设想，结构体系的选择是由于所追求的艺术效果（建筑效果）上的差别所致。一个强调拱的坚固、一个则想突出拱的轻巧。
帕德诺·德阿达桥（Paderno d’Adda Bridge,1884）
特鲁耶尔桥（Truyere Bridge,1884）
因此，奈尔维认为建筑技术与艺术的关系可以这样表述：问题的客观条件、技术和力学（经验的或者科学的）提示出结构的方案和形式；理解建筑内在的美和建筑效果的设计者的艺术修养，则以设计者个人特点的方式接受这一提示，并对它加以形象化，将其赋以重点、给以比例，以各自的风格来构成建筑的艺术要素。
我曾与一位日本结构工程师大野博史讨论过这个问题，他是学建筑的，但是在研究生最后一年决定转学结构。当时我问他为什么？他的回答是，因为那时他发现结构师是给予建筑师提示的人，结构师给出几条提示（路径），建筑师选择。他希望做给出提示的人。
现浇混凝土丰富的造型艺术表现力
这一段和后面一段主要是介绍作品，无法一一罗列，有兴趣请看原著。个人觉得奈尔维对混凝土这种材料的描述非常深刻。
钢筋混凝土工程是人类迄今所发现最有适应性、最能大量采用和最完善的施工方法。由于引入钢筋混凝土，建筑艺术与技术之间关系的丰富性和多样性获得了新的发展。
钢筋混凝土的强度和技术性质，构成了一种可以抗拉的人造“超级石材”，其经济性质又十分简单，并且几乎是可以无限生产。除此之外，这一材料还有两个基本特点不同于人类曾经使用过的所有其他材料：（1）混凝土是在常温半流质状态中制作的，因此它可以浇筑成任意的形状；（2）由于钢筋混凝土结构的整体型，结构的各个部分是以一个力学上的整体状态结合在一起。
变化的柱截面
现在我们好像已经习惯了矩形的混凝土梁柱，从来没有想过要做个造型，但实际上这浪费了现浇混凝土的一个最大的特点。比如下方上圆的柱子，考虑到施工难度，用直线loft，模板都是直的，感觉也不会增加很多造价。
下面是佛罗伦萨体育场，这是小i很喜欢的一个建筑。经过研究，奈尔维和设计师选定了以下结构方案。然后对结构构件及节点的曲线加以提炼，得到显著的艺术表现力。
预制混凝土丰富的造型艺术表现力
结构的预制，包括把大型结构分解为相同的部分或者一系列相同的部件，事先预制好这些部件，然后现场组装，以形成一个结构和建筑上的整体。
预制结构在经济上的好处，主要来自于减少或者省去木模的可能性，并且可以建立起一个大量生产构件的体系。与传统方法相比，预制结构在经济上的另一个特点，是可以大大加快施工速度。在浇筑混凝土基础和竖向支柱时，就可以开始和完成构件的预制。
同时，由于相同构件的重复，可能创造出非常丰富的形式和韵律。
这些特点钢都可以很好的满足。现在最大的预制产品是钢结构，而不是混凝土。
飞机库
都灵展览馆阿勒利大厅
罗马小体育场
罗马体育宫
可预见的未来与建筑师的训练
在人类的创作活动中，取决于绝对不变的物理法则的因素正变得越来越重要。
从文明之初到上个世纪中叶为止，人与物质世界的关系实际上是没有大的改变的。上世纪所用的机械工具与埃及人所用的工具几乎相差无几，而在海洋和陆地上所能达到的速度则取决于对风力或人畜肌肉力量的利用效率。
在这些限制范围内，车船的形式表现上的自由度是非常大的。事实上，它们都接受了各种各样的艺术倾向，不断地变换形式、相应地增加或减少其装饰要素。
但是，到了上个世纪中叶的时候，人类开始远征陆地和海洋，甚至开始征服太空。这样就立即显示出：新的交通手段的效率决定于对物理法则的遵从，这些法则是人类在过去时代无从知晓的。
发现这些规律和按人类的需要来利用这些规律的唯一方法就是实验研究。新形势发现之后，慢慢地由研究予以改进，这种研究使形式更加接近真实，这种真实将永远支配人类意志和审美观。
为了追求速度，第一艘汽轮、第一架飞机、以及第一辆快速汽车的设计在开始时都采用类似小刀一样非常尖锐的头部。只是由于长期的经验才导致变成了圆形的前部。
飞机的演变
虽然它们分属不同的领域，但却可以强烈感受到它们有一个共同特征：那就是，它们都尽可能忠诚地服从于自然的法则，而同时又具有艺术上的表现力。
慢慢的，慢速的车辆也采用了流线形体，这种风格已经进入到我们时代的艺术趣味和爱好中去了。
事实上，人们仅对非常小的尺度拥有完全的自由。比如窗框的形状，我们是可以随意确定的。但是对于1千米跨度的桥梁，必须选择服从于物理定律的方案，不需要造型设计师，只要纯粹的线条和形体就足以形成一个真正的风格，奈尔维将这个风格称为真实的风格。
真实的风格同时也是效率最大的方案。同样，与车子的设计一样，跨度中等的建筑结构，既不会像窗框一样拥有绝对的自由，也不会像大型桥梁一样只能选择真实的风格。
但是建筑结构的风格会越来越倾向于真实的风格。因为只有那样的风格，才会像我们世世代代习以为常的花朵、草木、风景那样，使我们得到满足、使我们感动。
《建筑的艺术与技术》 P.L.奈尔维 译者: 黄运升 / 周卜颐 1981.
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