（不）平衡 | “强结构”系列讲座实录

周凡琪 | 2022.05.06 17:02

△ 讲座视频回顾

强结构——（不）平衡

主讲人：王帅中 / 苏黎世联邦理工大学

整理：硕任意（哈工大深圳）

△ 讲座现场

“平衡”是设计结构绕不开的关键词，本次讲座以《（不）平衡》为题，反向思考，我们如何用“不平衡”来设计结构。

我想用斯维尔·费恩（Sverre Fehn）的一句话来开始今天的讲座：“无论你是多么优秀的建筑师，如果你没有机会用结构来表达你诗意的思想，那么你就缺少了建筑的根基。结构是一种语言，是一种自我表达方式，思想和语言之间应该有一个平衡。每一个故事都有一个结构。”

01 矛盾

“矛盾”是建筑设计中经常用到的一个手法。我们经常提到的结构张力、结构的暧昧感，其实都是由这样的一个出发点引发的。那么这种矛盾背后的逻辑是什么？我们又如何把它应用到一些具体的建筑设计过程中？

我们从一个比较经典的建筑师和结构师合作而诞生的案例——波尔多住宅入手。从下图可以看到，它几乎就是一个漂浮在空中的黑色盒子，看起来似乎是一个不可理解的结构逻辑。当然这也是最开始雷姆·库哈斯（Rem Koolhaas）在得到这样的一个设计需求的时候，他所设想的一个意向。他打电话给塞西尔·巴尔蒙德（Cecil Balmond）说，他想让波尔多的住宅“飞”起来。因为它处在一个高坡之上，库哈斯希望能够赋予建筑一个独特的视野，在塑造一个与景观有回应的结构表达的同时，还能获得更好的周边城市——对面葡萄酒之城的全景视野。

△ 波尔多住宅 ©Rem Koolhaas

我们刚刚看到的非常富有冲击力的黑色盒子的设计过程，巴尔蒙德和库哈斯其实用了一个非常简单的方法，就是对结构的位置做了一个变形。我们从最左边第一列看到它是一个非常简单的桌子一样的结构，它一方面是将左右两侧做了一个内外的错动，另外一方面它将右边的支撑移到了结构的上面，也就是说它是从上面吊起来的结构，而不是从下面支撑，但依旧能够达到结构上的整体平衡。他们把一部分的力流做了一个变形之后，得到了一个相似的结构力流逻辑，但不同的结构表现。

△ 波尔多住宅结构分析图，Cecil Balmond绘

图源：informal by Cecil Balmond (2007)

这样的操作从结构体系看来是一个相对合理的状态，但从人的视角上却是难以直接理解的。左边这个是它所绘制的结构逻辑，但右边其实是我们在人的尺度上所感受到的结构逻辑。因为我们从人的尺度，尤其是站在盒子下面的时候，看不到上面悬挂它的结构，从而看起来仿佛是一个要倾覆的偏心支撑。

△ 结构的实际与感知逻辑对比

图源：王帅中

另外一个很有趣表现是，他们在非常沉重的盒子上打了很多洞。洞似乎让我们又觉得它并非是一个很坚固或是沉重的构件，从而加剧了这种矛盾。对应到这个手绘图，我们会发现它有一个类似于拱一样的力流在立面上发生。但是打洞的位置，其实是刻意避开了这个拱的力流所发生的位置。所以某种程度上，他在隐匿结构的逻辑来削弱其看似异常沉重的感觉，以创造立面上的一种趣味。

△ 波尔多住宅结构分析图，Cecil Balmond绘

图源：informal by Cecil Balmond (2007)

因此，我们会发现结构的实际逻辑和结构给我们所传达的、让我们所感知到的逻辑，其实是两个相互相关，但又可能是相互矛盾的状态。对于这两者之间既相关又割裂的讨论，其实在历史上非常多。

关于结构、建造和建构，爱德华·弗朗茨·塞克勒（Eduard Franz Sekler）有过一个很重要的论述，他试图去辨析三者之间的关系与区别。他把结构称为一个物质性支撑的原则，并非具象的支撑，而是支撑结构的整体逻辑关系；建造就是把这个逻辑实现成为一个具体的建造方法；然后建构是对抽象逻辑的一个具象化表达。如果对应刚刚我们所讨论的波尔多住宅中的矛盾，它其实是结构的承重原则与结构的表象之间的矛盾。

△ 塞克勒对于结构、建造和建构三者关系的辨析

王帅中绘

这时候我们应该已经能意识到，结构的技术与艺术两个视角同样重要，并不能孤立地来讨论。上述这种在结构的理性和艺术表达之间的矛盾，同样在历史上有过长期的争论，且有过非常多平衡两者之间关系的视角，我们在这里就不做过多的展开。

而我们系列讲座中的“强结构”概念也是在这样的背景下诞生的。“强结构”想说的是我们不光要关注结构的物理特性，同时还要关注结构的视觉表现和空间表现。在这样的观点之下，我们试图用结构从根本上去塑造建筑的特征、空间和外观。

这个概念最早是在09年瑞士的werk, bauen + wohnen杂志里面提出来的，并在当时引起了广泛的讨论。随后该杂志也基于这个概念，分别在14年和18年出版了另外两期来针对这一概念进行拓展。当然这个概念的初诞生在瑞士，有特定的背景，比如说这边独特的竞赛体制，或是教学结构教学的体系。当然我们在“强结构”专栏里也邀请了安特卫普大学的马里奥·林克（Mario Rinke）教授来详细讲述了“强结构”概念所诞生的背景。

△ werk, bauen + wohnen杂志，图源网络

我们回到前面对于矛盾和感知的讨论，在“强结构”文章的末尾处，他提到了一个很有趣的点，就是在“强结构”概念的影响下，“他们所强调的结构建筑并不像他们的前辈那样简单易懂，他们包含的秘密只有用一定的耐心才能解开……这种对力流的隐藏与抽象的热爱，以及对内外空间界限的消除，紧密结合在一起……”。为了解释他说的这种矛盾或是秘密，他也用到了几个案例来分析。

其中一个大家都比较熟知的案例，是克里斯蒂安·克雷兹（Christian Kerez）和约瑟夫·施瓦茨（Joseph Schwartz）合作设计的一个瑞士的小学。我们可以清晰地看到它的结构分为几层，暴露在了外立面上，而且不难发现，它的第一层和第五层的结构似乎消失了。在视觉连续性上，我们一般会觉得力应该是一层一层传递下来的，然而这两层结构的消失营造出了一种似乎是漂浮的感觉。当然这个也不是有意要营造的一种结构表达，它是因为场地的限制，它需要不同的功能叠加在一起，因而把有些结构向内偏移了。这种方式实际上营造了一种我们未必能立刻理解的结构表达，反常于日常逻辑，给一个大玻璃盒子创造出了一丝神秘感。

△ 洛伊申巴赫学校 ©Christian Kerez

这样的一种矛盾，也存在于另外一个有趣的案例中。这个看起来平淡无奇的棋格状立面的建筑，是一栋位于瑞士Ottoplatz的综合性办公楼。它立面中的力流，其实类似于前面克雷兹那个小学的力流的表达。每一层看似很厚重的板相互之间是错位的，没有直接在竖直方向上连在一起。并且，第一层只有两侧有很窄的支撑，中间完全打开。而当我们看到它内部的力流分布时，可能我们才会理解，它背后真正的支撑逻辑类似于从两侧向中间的一个悬挑，然后通过不断的细分和整合，以一个类似桁架的方式支撑起了立面。只不过相较于克雷兹的小学，这座建筑把力流填充成了一块一块棋盘状的板，然后将这个力流包裹在了其中。因此，这座建筑的“秘密”，其实是通过物化方式和力流之间的矛盾或是不相符而表达出来的。

△ Ottoplatz住宅及办公楼 ©Jüngling Und Hagmann

△ Ottoplatz住宅及办公楼立面应力场

上图：© D. Jüngling und A. Hagmann；下图：王帅中绘

那么，建筑师为什么要创造这些矛盾？阿德里安·福蒂（Adrian Forty）曾经从三个层面定义“结构”：一个是建筑本身；一个是支撑建筑的系统；此外他还提到一个很有意思的定义，叫理解项目的纲要，或者说 Schema。他在这里专门强调“None of these are themselves a 'structure', only signs that give cause for perception of 'structure'”。也就是说我们在讨论结构的时候，我们不光是在讨论承重，还在讨论它如何表达这个承重，也就是如何给人去传达对于结构逻辑的阅读和解释。这些案例中的结构的表达和这个矛盾目的，实则都是在创造一种感知上的激发，它和我们的感知方式有着直接的联系。

02 感知

在讨论完矛盾的诞生原因后，我们不得不思考的问题就是所谓的“矛盾”是如何被我们阅读的，以及我们对其的阅读如何能影响结构设计和空间表达？

哥特教堂是历史上，在结构理性方面，一个非常有代表性的案例，很多专家、学者，比如说勒杜克，之前都讨论过哥特教堂清晰的传力逻辑和高效的材料使用，决定了其中理性的美感，它是一个由力学理性直接得到的建筑形式。但是艺术史学家和心理学家海因里希·沃尔夫林（Heinrich Wolfflin）却从另外一个角度分析了哥特教堂中对“力”的空间表达。他关注的不仅仅是物理承重本身，还是人们如何阅读和感知结构中传力逻辑的抽象原则，而得到心理层面的“张力”。

△ 人体骨骼与哥特教堂扶壁在结构上的相关性

图源：Specifications for Practical Architecture by Alfred Bartholomew (1840)

19世纪的德语区在艺术研究方面很重要的概念叫“移情”。它所解释的就是，我们能够理解哥特教堂这样一层一层传力下来的结构逻辑，是因为我们在将结构的形式投射到我们自己的身体上，我们会潜意识地用身体去理解力是如何传递的。因此，通过身体，人们感受到了结构中轻盈或沉重的部分，从而形成了对结构中力的强度的感知，并由这个感知所对应的情绪，唤起了哥特教堂中神圣的充满空间张力的结构表达。所以身体是我们感知结构逻辑的一个关键媒介。比如说我们看见一个倾斜的柱子，实际上我们是将柱子倾斜的形式投射到了我们身体的经验上，来感受它的倾斜的状态所带来的不稳定感。

△ 力流作为串联结构与身体的经验的媒介

图源：eQUILIBRIUM, ETH Zurich

这种具身的视角在近些年认知神经科学的发展下获得了一些更新的认知，它的研究兴趣与移情非常相似。其实当下很多建筑理论家已经开始关注到这一新兴理论，并将其应用到建筑的研究中去，因为它的确提供了一个更精确、更有力的指导。

认知神经科学两个非常关键的概念，一个是镜像神经元，一个是具身模拟。镜像神经元的发现，被称之为21世纪一个非常重要的突破。不止是在建筑领域，这一重要发现也对很多其他领域产生了观念上的影响。镜像神经元的发现来自于一个实验，神经科学家发现当猴子在拿一个香蕉和他看到一个香蕉的时候，他大脑中所激活的神经元的区域是一致的。它从一定程度上证明了之前我们所提到的“移情”的概念。

比如，当我们看到比萨斜塔的时候，我们之所以会觉得它带有倾覆的和不稳定的趋势，甚至会有一些警觉的感受，是因为我们唤起了自己的身体倾斜成类似于比萨斜塔的状态时的身体经验。我们知道当我们的身体非常夸张的向前倾的时候，身体的平衡会变得不稳定，你会有一个向前的倾覆感，你甚至会有一个危险的感觉，就是我要摔倒了。所以镜像神经元是我们通过身体来理解我们周围的建筑和结构表达的非常的重要的基础神经机制。

△ 左：比萨斜塔，图源网络

右：迈克尔·杰克逊倾斜的身体，图源网络

通过具身性，我们可以回到讲座最开始，用平衡的结构创造不平衡的感知的方法。在这个体育馆的案例中，为什么我们会觉得这个建筑是不稳定的、漂浮的、轻盈的，甚至是处于一个临界点的状态？我们可以从身体的角度来重新阅读这些感知的产生。比如，如果想托起一个重物，且在托起的同时必须保持单脚支撑。我们的身体经验会告诉我们，托起重物这件事情会带有强烈的肌肉紧张。而单点支撑的这种不稳定状态，更是会强化身体的紧张情绪。因此我们发现结构内部对应的力流，其实和我们的身体姿势是有直接对应关系的，身体也是我们的直接理解它的媒介。因此，这个设计从一个普通的四脚支撑，变换到V字形位于立面中间的支撑的目的，一定程度上就是为了创造我们不断提到的矛盾感，以激发其具身性的结构意图。由于它是一个半地下的体育馆，设计师不想让这个盒子显得过于的沉重呆板，因而而主动的基于结构的物理平衡来通过变形创造出了一种不平衡的感受，一种具身性的暗示。

△ 双层体育馆的力流分布与身体感知的对应关系

图源：Chair of structural design, ETH Zurich

此外，神经科学中另外一个重要的概念就是具身模拟。具身模拟所讨论是我们对建筑的感知不仅存在于静态层面，与其发生的互动也是意义产生的重要过程。只有我们与结构，或者与这个物体发生了互动，才会产生意义，才会产生我们主观层面对这个物体的理解。如果两者之间都是相对静止的，就不会发生情绪上的唤起。像是体育馆案例中结构的变形，从另一个角度上说也是在挑战我们的感知，这个过程叫做“唤醒”，也就是对事物感知的激发。其实这是一个建筑师常常使用的手法，比如说柯布的建筑中就时常存在着一种空间的紧张感，人们对于空间的兴趣和体验感也因此得到了强化。正是因为“唤醒”所引发的探索欲，我们与建成环境的互动被激发，从而以一种具身模拟的方式诞生更多的意义。

在瓦莱里奥·奥加蒂（Valerio Olgiati）的Plantahof礼堂里，就有着类似的结构呈现。他说：“……只有当我们遍历整个建筑时，我们才开始在脑海中再现它，并理解为什么它有支撑物、为什么它们有这样的尺寸，为什么它们的位置是这样的……我相信，如果人们面对的是一个什么都不像的东西和他们还不能驾驭的东西，他们就会开始揣摩它，并最终积极地体验它。” 奥尔加蒂利用了这个结构的表达而产生的身体上的矛盾感，激发出了不可理解的暧昧感，进而引发了好奇和探索欲来促进我们与这个结构的互动。通过我们自己身体的体验和交互，重新从我们主观的视角和身体的经验来在智识的层面进一步阅读和理解这个结构，从而产生了一系列可能的审美体验等产生意识的行为。

这也是这篇文章的主题想讨论的平衡与不平衡之间的协调与操作的意义。这种平衡与不平衡之间矛盾，包括这些操作所产生的模糊性，本质上会归到一个身体的问题，也就是说我们怎么样设计身体和结构之间的关系，才能够融合“强结构”所追求的艺术性和技术性之间的平衡与融合，进而能积极的塑造空间来服务于建筑的概念。

△ 左：图源：Whitehead, Rob, "Supporting Students Structurally: Engaging Architectural Students in Structurally Oriented Haptic Learning Exercises" (2013). Architecture Conference Proceedings and Presentations. 41.

右：图源：The art of structures by Aurelio Muttoni (2011)

△ 维特鲁威人身体结构的力流图解，王帅中绘

幸运的是，包括在瑞士、欧洲的很多地区，其实身体的意向和元素已经应用到了很多教学和实践过程中。同学们用自己的身体去体验各种姿势和平衡状态下，受力的大小以及拉力和压力之间的转换。这些尝试不仅仅包含了物理的平衡，还包含了心理的平衡，这就让每一个结构的元素都拥有了意义和情绪的附加属性。图解静力学的教学中，也频繁使用了身体与结构的对比视角，从而帮助没有任何结构知识的学生来理解压力与拉力的区别，让学生结合切身体验，更好地理解结构平衡与不平衡的原因。反过来，如果我们能够用图解静力学等图示化手法与身体产生关联，那么结构设计就不再是一个个抽象的数字，而是我们可以操作的、与结构和情感共同相关的体验。这就给结构设计的艺术表达提供了一种新的视角。

03 合作

最后，我想在讲座的结尾将讨论回归到合作的问题上。可以说今天所讨论的这种结构的平衡与不平衡的概念，本质上描述的是一个理性的体系与感性的体验两者之间的碰撞。之所以文中的案例能够实现在感知上非常生动丰富的体验，正是因为建筑师们在最开始就和结构师展开了一系列合作，结构师把建筑师的设计概念转译为了结构上平衡的不平衡空间表达。他们循环往复的在概念上和结构体系上的碰撞最终结晶出了一个个有趣的结构表达。

同时，我在这一讲里面甚至提到了在更多层面上合作的必要。未来建筑会变得更加复杂，更多学科都会参与到我们共同的创作的过程中。甚至材料学家或神经科学家都可以参与到设计的过程中，从他们的角度提供给我们更多参考，并从而强化设计概念与实体层面的合理性。正是因为有合作的前提，才使结构在平衡的体系上创造不平衡的表达变得可能。

我想在最后用这句话作为讲座的结尾：To think in architecture, to feel in structure。

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关于“强结构”系列国际讲座

“强结构”系列国际学术讲座由哈工大（深圳）、ETH、有方联合主办，邀请十余位中外结构专家，深度推演结构设计逻辑，带来全球最前沿的行业视野。

在当下的建筑设计中，我们往往将结构等同于承重系统，然而结构的意义远不止于此。“强结构”系列讲座，以五个主题章节、共十场讲座，反思结构在当下建筑设计中所扮演的角色，展示结构承重作用之外的多重建筑学意义。