宓尧

摘 要：轻型建筑的发展不仅为当代建筑的建造形式提供了更加丰富的建造结构，还使建筑师突破了受传统建造局限的设计风格。大多数轻型建筑都是建筑界里“短暂性”的代名词，但这并不能完全成为它的缺陷。轻型建筑的可拆卸、易更换、易移动等特性，使它在特定的时期或地域发挥着不可抹灭的突出作用。弗雷·奥托的自主化构形使建筑的结构形式变得丰富多样，薄膜结构使表皮变得更加轻透、生动。因其不仅能够节省建筑材料，还能够缩短建造时间，所以它经常作为展览的场馆被建造。如何使其经济、美观、稳固、功能合理地设计和建造，是轻型建筑结构分析和建材运用研究的重要课题。

关键词：轻型建筑；自主化；结构形式

1954年，弗雷·奧托（Frei Otto）因发表论文《悬索屋顶》在世界范围内引起特别关注之后，对轻型建筑的一系列系统研究成为了他一生的追求。他对材料与能量的最小利用，以及建筑与自然之间的和谐关系等方面，都在“轻型建筑”领域做出了突出成就。为了使建筑融入建造周围的地域环境，设计项目必然避免不了对生态学、环境学以及其它学科的涉及，这使他将研究转向了跨学科的综合性研究项目——“自然建筑”研究。

一、弗雷·奥托的轻型建筑

从德国卡赛尔1955年举行的联邦庭院展内的“小型帐篷亭”，到1964年瑞士洛桑世界博览会的“冰雪与岩石”（Neigeet Rocs）帐篷设计（这个设计在弗雷·奥托对于大跨度大重量薄膜结构的设计中具有里程碑式的意义），再到Hoechst公司在1971年4月的汉诺威博览会上发布的“北极之城”计划，都使观众和设计师们惊艳赞叹。

虽然，“北极之城”（图1）的概念早已提出，但到弗雷·奥托去世这个项目都没有能够建成。因为没有一家工厂可以制造出一个跨度2000m、最高点高度240m的扁平圆顶，但这却不能阻碍人们为之想象。从弗雷·奥托的设计研究的轻型结构的自主化构建，到他对于项目各方面的细致思考和设计方式，以及其它学科的功能性、科学性的运用，使设计更科学、更节能、更适用于人类需要。“北极之城”无疑是建筑师们的梦，它在节约能源、纤维技术、薄膜构造、对气压和空气流通的思考，无疑成为后继设计师们参考和思索的优秀范例。

二、轻型结构与试验造膜

（一）轻型与自然

“轻型”是指结构形式所需质量相对较小的物体可以承受较大的荷载，专业术语称为“轻型结构”。对于建筑师而言，通过改变结构的设计来优化建构形式，以减小材料的用量是必修的课题。但是，“对于弗雷·奥托而言，建筑的轻型化不仅仅指建筑的重量轻、材料少、施工耗能低，而且也包括建筑的‘短暂性，这里的‘短暂性指的是建筑的可修改性与可变性。[1]”

他所提出的自然建筑、生态建筑的概念，往往被误解为对自然界进行仿生学角度的模仿再现。而实际情况是，在对于不同实际承载结构进行了研究之后，他才逐渐意识到在自然界中存在与其设计类似的结构，即一些借助仿生学对自然存在的类似结构，进行研究并加以利用的设计。人类建造的实施以及对于各种有机形状的实验研究，有助于更快地了解自然形成的不同生物形体和结构建造。这种生物学逆向法原理的运用对生物构造本质的探索，使建筑结构所承受的传递荷载更加优化，也让弗雷·奥托在压力结构的稳定性与纤维网结构的力学性质方面有了重大突破。但是，自然界与实际的建筑结构之间存在的最大区别在于自然界中的结构经常处于不同的外部条件中，生命结构经过复杂过程所形成的组合结构体系具有高度的复杂性，给定某一外部条件之后所产生的“自然”结构体系，是与之所无法比拟的。

（二）试验与造膜

弗雷·奥托试验过很多结构用于造膜，也就是通过试验各种结构建造轻型建筑的外表皮，如帐篷结构、液压结构、悬挂结构、网壳结构、分支结构等。这样结构之间由于构造形式的不同，受力原理与外表皮的流线弧度也会有所差异，但大多数都能够完成自主构形的试验过程，以及得到最小曲面。

最小曲面意味着在某一特定的结构形式下，建筑所能达到的相对最轻的稳定状态。在大量数据不能科学地、精确地计算的情况下，自主构形的建“膜”试验无疑成为确定形式结构的最简便方式。这种自主构形的优化形式，是在模拟有机体适应过程里得到最小曲面的求解，这个过程也包含了对能量以及材料的消耗。如果模型所给予的结构形式具有复杂的边缘，那么所得到的自主构形曲面将可能不再呈现出对称性，而且在很多情况下将可能形成不止一种形式的最小曲面。这就需要建筑师自主地分析最佳的实用方案，挑选最美的视觉造型结构。从弗雷·奥托画的基本膜结构的造型草图（图2）可以看出，他对建筑的视觉造型是有意识地美化和分析，而非以无意识的单纯造膜。因为，只要一个相对合理的模型结构制作完成，必然能够通过造膜试验得到与之对应的外表皮，但没有人能确保它在造膜完成后必定是优雅的。

三、结构形式与自主设计

（一）形式与结构

轻型建筑从根本上来说，是通过用尽可能少和轻的表皮材料来削减建筑的负载。而构建形式产生了结构，结构又直接自主构形，生成外部表皮形状。所以，“形式比材料对结构的影响更大，结构的优化往往是一个对形式进行的优化过程[2]”。在给定的外部条件下，某一特定的构建形式将随之产生与之相对的薄膜形状。那么，当给定的初始条件或构建形式发生变化时，所形成的表皮形状也将随之演变。然而，一位优秀建筑师对一所建筑的考虑，绝不只是承载负荷而已，地貌、环境、功能、审美等因素都共同影响着建造的标准。弗雷·奥托的作品之所以能受世人推崇，是因为他能够优雅地设计构建形式和正确地使用自主化构形，使得表皮的造型曲线看上去极为优雅、精致，他的轻型建筑向世人展示了建造形式与艺术形式两者之间的完美结合。

形式是视觉造型与结构功能的统一，诸如壳体结构、充气结构、折叠结构以及张拉结构等一些新结构形式的出现，使得现代结构逐步脱离了陈旧呆板的样子。这些结构形式的研究为建筑形式的多样化，以及建筑环境范围的多样性扩展等方面做出了不可逾越的贡献。

（二）自主与设计

轻型建筑的自主性，不仅仅指它的自主化构膜，还包括建筑师的自主意识，即建筑设计师的个体审美意识。一所建筑如若没有设计师的审美意识参与，在大多数情况下它必定是呆板、丑陋的。除了考虑到膜的流线造型的视觉美感外，平衡它所形成的曲面立體几何与周围环境之间的关系，也是构建结构形式时必要考虑的问题之一。

弗雷·奥托的轻型建筑总是带有自然舒展的曲线美，构建形式和材料材质等都可以为他的设计增添美感。例如， 1977年他为平克？弗罗伊德美国音乐之旅建造的可折叠防护雨伞（图3），它们相互交错地排列在一起，像层层莲叶一样自由伸展开来。外观的视觉造型看上去十分优美和雅致，表皮的遮盖材料让周围的阳光也像它们的造型一样柔和舒适。这些防护雨伞除了具备遮阳避雨的必要功能之外，不仅可以融入音乐会的舞台展示，而且还能够收叠起来变成舞台底板。“高屋顶”和“低遮光”的特点，可以让人们的视野变得更加开阔和明亮。而建在沙特阿拉伯雅得的外交俱乐部“中心帐篷”（图4），通过另一种方式为人们展现出了不同的美。因雅得当地常年被强烈的阳光照射，会使弗雷·奥托惯用的柔性表皮材料的颜色褪色，所以他使用了烧制后的彩绘玻璃窗格铺盖表皮，这也是玻璃第一次被这样使用。强烈的光线透过五彩缤纷的玻璃顶，带给人们色彩斑斓的视觉感受。诸如此类的美丽建筑还有很多，弗雷·奥托的一生为建筑界创造了太多不可思议的经典案例。

四、结语

现今，建筑师已经可以利用3D参数化模拟技术建造模型，对某一形状的结构进行科学和全面的本质了解。参数化技术的使用可以让建造模型的过程更加快捷、便利，但是快捷对应的很有可能是美感的流逝，“完美的”计算机数据或许并不是那么完美。弗雷·奥托之所以可以在建筑界取得巨大成功，不仅仅是因为自主化构形和薄膜结构，更主要的是他所建造的轻型建筑是“优雅的”。计算机永远无法拥有人的审美意志，它对一个优秀的建筑师而言，只会是技术层面的辅助而非绝对的建造依据。

参考文献：

[1][德]温菲尔德·奈丁格.轻型建筑与自然设计——弗雷·奥托作品全集[M].柳美玉译.北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2][德]弗雷·奥托著.占据与连接——对人居场所领域和范围的思考[M].武凤文译.北京：中国建筑工业出版社，2012.

作者单位：

南京艺术学院