本文轉自：iStructure
ID: iStructure2017
在建築的設計中，“結構”與“建築”的關係是怎麼樣的？以往這樣的話題總是站在建築師的立場上思考，這次看看結構工程師在設計中的角色應該是什麼樣的？什麼樣的結構是好的結構呢？
現代建築的設計可以追溯到20世紀初期，已經經歷了一個世紀的發展。很少有人會再去討論這些問題。但實際上，在上世紀五六十年代，現代建築發展的早期，很多人在討論什麼是現代建築的美？什麼是結構的美？結構設計的角色應該怎麼定位？等等。這類似於我們現在討論AI跟建築的關係是什麼。
從結構師的角度看，託羅哈寫了《Philosophy of structures》，ARUP有文章合集《Philosophy of design》，這本《Aesthetics andTechnology in Building》是奈爾維1965年在哈佛大學的講義。
《建築的藝術與技術》是《Aesthetics and Technology inBuilding》的中譯本，於1981年在國內出版。雖然時間已經過去很久了，但還是很有借鑑意義。這篇文章是我自己的讀書筆記，也是拋磚引玉，希望更多人能夠思考。以下很多是摘錄的原文，但也有些是自己的想法，沒有完全分開。如果想要了解奈爾維的原意，請閱讀原書。
從古代到現代
建築的雙重意義
建築具有兩重意義：一方面，是由服從客觀物理規律的結構組成；另一方面，有具有旨在產生某種主觀性質的感情的美學意義。建築的這種兩重性使建築處於一個完全不同於其他藝術的領域。建築在很大程度上是由與設計者個性無關的法則所確定，這些法則十分繁雜，以致其中某些部分就足以構成一整套的大學科目。
從兩個角度來研究古代和現代的建築作品：一是從建築專業工作者的角度，對建築方法的種種問題能夠理解、評價和鑑賞；一是以非技術人員的角度來看建築，只考慮建築的藝術方面，並以觀賞一件藝術品的自由精神來尋求建築美的感受。
奈爾維在這種雙重研究中得出結論：一個技術上完美的作品，有可能在藝術上效果甚差。但是，無論是古代還是現代，卻沒有一個從美學觀點上公認的傑作、在技術上卻不是一個優秀的作品的。看來，好的技術對於好的藝術來說，雖然不是充分的，但卻是一個必要的條件。
現在主流的建築方案設計流程或競賽往往是這樣的，先有個很奪人眼球的藝術性方案，再去想辦法實現。即先有一個好的藝術性方案，再去配技術性方案。如果能找到一個好的技術性方案，那就是一個優秀的建築方案；但如果找不到一個好的技術性方案，那就變成了一個平庸的方案。
如果認可奈爾維得出的結論，我們是不是可以嘗試這樣的做法：先有一個好的技術性方案（功能、安全、經濟），然後在這個技術性方的近旁尋求一個好的藝術性方案（美觀、藝術），那麼就能得到一個好的建築方案。
基於此，結構應該在建築藝術性方案確定之前，介入到建築設計中去。甚至結構可以早於建築藝術性方案開始前就開始研究結構方案。其實不僅小i是這樣覺得的，前段時間與兩位結構大師探討時，他們也是這樣的想法。具體以後有機會再說。
結構的客觀性與藝術性
所謂建築，就是利用固體材料來造出一個空間，以適用於特定的功能要求和遮蔽外界的風雨。一個結構物，不論其大小，都必須兼顧和耐久，並滿足這一建築物的功能要求，同時還必須以最少的代價獲得最大的效果。這個空間需要由結構來圍合而成，因此結構的要求就可以概括為“功能性”、“安全性”、“經濟性”。
以上這些特點，初看起來只是技術性和客觀的，但各有主觀的（心理的）成分，主觀的成分賦予建築作品以富有表現力的藝術外觀。
暴露的結構或者通過技巧設計而不外露的結構，都可以穩定地承受荷載和外力。顯然，不同的手段產生的心理反應也不同，這種反應是影響建築表現效果的。
倘若某處的牆體或屋蓋給人以接近於倒塌的視覺印象，則即使實際上存在著不外露的結構構件使其充分安全，也不會有人從中得到平穩的美感。同樣，在某些情況下，表面上的不穩定性又可能創造出一種特殊的美感—雖說這是一種“反建築”的表現。
因此，即使是最具有技術性的、最基本的結構性質——安全性，也是具有主觀的成分的。
古代建築中結構與藝術的緊密結合與協調發展
我們考察從原始時期直到上世紀末的建築物，在建築技術的層面，基本結構構件的變化是很緩慢的。它們在形式上不斷被提煉，逐漸被附加的裝飾所豐富，但它們的起始和演進的過程總是建築技術的直觀體現。
柱頭和柱底在基於柱身斷面的基礎上進行必要的擴大，以便支撐額枋和把荷載更好地從柱子分散到石基上去。建築構件往往起源於純粹功能的要求，或者是建築技術的需求，但是在漫長的歲月中，這些構件變得愈益完善和豐富，最後演化為裝飾性的要素。這一產生、發展和凝練的過程，貫穿於整個建築的歷史中。
希臘和埃及人的建築，由建造者所能使用的材料（大理石或其他石材）的性質，以及工匠所能理解的簡單力學形式所決定，而同時又受到這兩者的限制。
古希臘神廟的柱式
羅馬人發明了推力屋蓋（單栱、十字拱和球拱），隨之又解決了結構內巨大水平力的靜力平衡，這徹底改變了平面的分佈，因而創造出過去樑柱體系在體量和形狀上都無法比擬的內部空間。
馬森佐教堂（the Basilica of Massenzio）室內復原圖
到底是拱殼的發明推動了羅馬建築的設計方案，還是對大空間的追求激勵了工匠發明拱殼呢？在今天來說，很難判斷。但一個明顯的事實是：拱殼結構的發明，創造了建築上完全不同於舊有技術所能獲得的建築空間。
那時的設計者不能以計算來檢驗他的直觀感覺，只能遵從於簡單的力學形式，以適應他的需要，並按照他自己的感覺來進行分配。從對靜力學的直觀理解所引出的結構方案，必然是最原始和易於理解的。這些條件，加上人的溫情、精明和理智，豐富了建築的結構發展。這些，都必然反映在建築的形式之中，同時，又有助於建築作品藝術的形成。
哥特式教堂
隨後，突破來自於哥特式建築，其的重大發明是飛扶壁，主要受力線沿著十字拱的對角線一直延伸到基礎，清晰可見。當走進哥特教堂時，我們沉浸在一種其他建築作品所難以激起的情緒中。哥特式教堂將建築技術與建築藝術完美地結合在一起，我們不能將這種結合歸因於一種偶然的巧合。將它們理解為相互促進、相輔相成更合理。
現代建築中結構的真實性
19世紀中葉，直觀感覺的技術時代結束了，隨之而來的是科學性的技術時代。在這個時期，引起建築藝術變化的因素是科學、技術、工業、經濟和社會發展。其中最為基本的是：建立在“結構力學”名下的一整套計算分析理論；鋼材和混凝土的大量生產；社會的發展和日趨龐大的建築物。一系列計算方法、結構體系的建立，結束了以經驗和直觀為決斷基礎的經驗主義時代，把設計和實現這些設計的技術手段擴大到前所未有的範圍。
因此，我們有這樣的問題：過去建築傑作在技術和藝術的完美結合狀態，是否可能因無人性的力學公式而遭到破壞呢？結構物的靜力平衡狀態在相當程度上無法直接看到，是否會因此而損及建築技術與藝術的完美結合呢？
考察上個世紀新時代早期的幾個建築作品。1889年巴黎國際博覽會的機械館是第一批嚴格按照力學和結構邏輯建造的大跨度結構之一。它的結構形式是典型的三鉸桁架，這一結構方案在建築上是史無前例的。方案在很大程度上是由結構理論所決定，並用鋼結構才得以實現。桁架拱腳的截面被縮小為一點觸地，這都是純粹由技術所決定的形式。但是，其整體和細部比例的確定，則是自由地取決於設計者的感覺。
機械館
同樣的情況也發生在埃菲爾鐵塔上，我們通過對埃菲爾鐵塔的觀察可以看出：設計者對於他所處的時代中居統治地位的形式主義的唯一讓步，是在第一層下面加了半圓拱，此拱用極薄的鐵板組成，從力學觀點來看，完全是多餘的。我曾多次設想，如果沒有這些拱，埃菲爾鐵塔會是何許模樣，最後得到的結論是，沒有拱，塔的表現力會更好。而且更重要的是，那就不需要在基座上附加有損於埃菲爾鐵塔雄偉而簡潔美的突出物了。
埃菲爾鐵搭支座
以下兩個橋一座採用了固定拱、一座採用了兩鉸拱。很難找出本質性的技術原因影響設計者選擇這兩種不同的結構體系。雖然對可能發生的基礎不均勻沉降的要求有可能不同，但這兩座橋都屬於超靜定結構，都要求固定支承。因此，我們可以設想，結構體系的選擇是由於所追求的藝術效果（建築效果）上的差別所致。一個強調拱的堅固、一個則想突出拱的輕巧。
帕德諾·德阿達橋（Paderno d’Adda Bridge,1884）
特魯耶爾橋（Truyere Bridge,1884）
因此，奈爾維認為建築技術與藝術的關係可以這樣表述：問題的客觀條件、技術和力學（經驗的或者科學的）提示出結構的方案和形式；理解建築內在的美和建築效果的設計者的藝術修養，則以設計者個人特點的方式接受這一提示，並對它加以形象化，將其賦以重點、給以比例，以各自的風格來構成建築的藝術要素。
我曾與一位日本結構工程師大野博史討論過這個問題，他是學建築的，但是在研究生最後一年決定轉學結構。當時我問他為什麼？他的回答是，因為那時他發現結構師是給予建築師提示的人，結構師給出幾條提示（路徑），建築師選擇。他希望做給出提示的人。
現澆混凝土豐富的造型藝術表現力
這一段和後面一段主要是介紹作品，無法一一羅列，有興趣請看原著。個人覺得奈爾維對混凝土這種材料的描述非常深刻。
鋼筋混凝土工程是人類迄今所發現最有適應性、最能大量採用和最完善的施工方法。由於引入鋼筋混凝土，建築藝術與技術之間關係的豐富性和多樣性獲得了新的發展。
鋼筋混凝土的強度和技術性質，構成了一種可以抗拉的人造“超級石材”，其經濟性質又十分簡單，並且幾乎是可以無限生產。除此之外，這一材料還有兩個基本特點不同於人類曾經使用過的所有其他材料：（1）混凝土是在常溫半流質狀態中製作的，因此它可以澆築成任意的形狀；（2）由於鋼筋混凝土結構的整體型，結構的各個部分是以一個力學上的整體狀態結合在一起。
變化的柱截面
現在我們好像已經習慣了矩形的混凝土樑柱，從來沒有想過要做個造型，但實際上這浪費了現澆混凝土的一個最大的特點。比如下方上圓的柱子，考慮到施工難度，用直線loft，模板都是直的，感覺也不會增加很多造價。
下面是佛羅倫薩體育場，這是小i很喜歡的一個建築。經過研究，奈爾維和設計師選定了以下結構方案。然後對結構構件及節點的曲線加以提煉，得到顯著的藝術表現力。
預製混凝土豐富的造型藝術表現力
結構的預製，包括把大型結構分解為相同的部分或者一系列相同的部件，事先預製好這些部件，然後現場組裝，以形成一個結構和建築上的整體。
預製結構在經濟上的好處，主要來自於減少或者省去木模的可能性，並且可以建立起一個大量生產構件的體系。與傳統方法相比，預製結構在經濟上的另一個特點，是可以大大加快施工速度。在澆築混凝土基礎和豎向支柱時，就可以開始和完成構件的預製。
同時，由於相同構件的重複，可能創造出非常豐富的形式和韻律。
這些特點鋼都可以很好的滿足。現在最大的預製產品是鋼結構，而不是混凝土。
飛機庫
都靈展覽館阿勒利大廳
羅馬小體育場
羅馬體育宮
可預見的未來與建築師的訓練
在人類的創作活動中，取決於絕對不變的物理法則的因素正變得越來越重要。
從文明之初到上個世紀中葉為止，人與物質世界的關係實際上是沒有大的改變的。上世紀所用的機械工具與埃及人所用的工具幾乎相差無幾，而在海洋和陸地上所能達到的速度則取決於對風力或人畜肌肉力量的利用效率。
在這些限制範圍內，車船的形式表現上的自由度是非常大的。事實上，它們都接受了各種各樣的藝術傾向，不斷地變換形式、相應地增加或減少其裝飾要素。
但是，到了上個世紀中葉的時候，人類開始遠征陸地和海洋，甚至開始征服太空。這樣就立即顯示出：新的交通手段的效率決定於對物理法則的遵從，這些法則是人類在過去時代無從知曉的。
發現這些規律和按人類的需要來利用這些規律的唯一方法就是實驗研究。新形勢發現之後，慢慢地由研究予以改進，這種研究使形式更加接近真實，這種真實將永遠支配人類意志和審美觀。
為了追求速度，第一艘汽輪、第一架飛機、以及第一輛快速汽車的設計在開始時都採用類似小刀一樣非常尖銳的頭部。只是由於長期的經驗才導致變成了圓形的前部。
飛機的演變
雖然它們分屬不同的領域，但卻可以強烈感受到它們有一個共同特徵：那就是，它們都儘可能忠誠地服從於自然的法則，而同時又具有藝術上的表現力。
慢慢的，慢速的車輛也採用了流線形體，這種風格已經進入到我們時代的藝術趣味和愛好中去了。
事實上，人們僅對非常小的尺度擁有完全的自由。比如窗框的形狀，我們是可以隨意確定的。但是對於1千米跨度的橋樑，必須選擇服從於物理定律的方案，不需要造型設計師，只要純粹的線條和形體就足以形成一個真正的風格，奈爾維將這個風格稱為真實的風格。
真實的風格同時也是效率最大的方案。同樣，與車子的設計一樣，跨度中等的建築結構，既不會像窗框一樣擁有絕對的自由，也不會像大型橋樑一樣只能選擇真實的風格。
但是建築結構的風格會越來越傾向於真實的風格。因為只有那樣的風格，才會像我們世世代代習以為常的花朵、草木、風景那樣，使我們得到滿足、使我們感動。
《建築的藝術與技術》 P.L.奈爾維 譯者: 黃運升 / 周卜頤 1981.
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