数字化背景下,建筑师与结构工程师的行业动态探析

摘 要：

从数字化的时代背景出发,回顾了建筑学发展中结构要素的分离过程和历史背景,通过总结分析建筑师与结构工程师的三种合作方式,思考工作过程中的焦点问题,旨在强调建筑设计中,结构要素的潜在创造力,进一步提出建筑与结构学科重新融合的必要性.

关 键 词：数字化建筑师结构工程师融合

当代建筑学科发展中,受数字化潮流影响,建筑形态日趋自由与复杂化,而结构设计除在技术与材料等客观物质性层面的缓慢发展外,设计思路仍大多局限于习惯性的类似规则柱网结构的传统体系,这便形成了内部骨架与外部形态二者之间的矛盾,建筑师一方面沉醉于计算机技术所带来的建筑在二维图形上的形态解放,另一方面则忽视了结构与构造层面的拓展与创新以及如何与结构工程师良好的合作以实现新兴的建筑形态.在这样的时代背景下,通过分析建筑师与结构工程师之间的相互关系,试图提出一种当代语境下,建筑学行业发展中的必然趋势和工作需要.

在古代的自由艺术中,包括建筑学在内的视觉性艺术被归为次等艺术,当时人们的普遍价值观认为只有纯粹的精神意向与抽象性思考才能被视为高超的艺术与科学,到17世纪,科学技术发展的空前质变引起了哲学思想的发展变化,人们的观念随之演变,视觉概念逐渐被认知为科学体系,由伽利略、笛卡尔、帕斯卡等人对光学和几何学的推动导致了古典几何学的终结,抽象的几何和数字开始蜕变成纯粹的形式原则,技术与工艺也得到广泛的发展,建筑的追求开始趋向于技术的挑战,建筑学则逐渐沦为单纯的技术程序和肤浅的装饰的拼贴.【1】正是结构体系与装饰性元素的分离促使原本属于建筑学大环境下的重要因素——结构,逐渐分离出来成为一个相对独立的学科体系.

在接下来的两个多世纪中,从结构理性主义,现代主义到当下如火如荼的参数化、非线性建筑,建筑学始终处于一种分离的状态.当科技越来越成为整个时代的意识形态基础时,项目实践的各相关环节就不免被简化为清晰、易操作的流水线型生产模式.在这样一个注重标准化、模数制的机械生产时代,效率被作为大多数工作的出发点.在建筑学领域,设计工作被高度精细化,各环节趋于孤立,沟通的不通畅促使建筑形态、空间与结构体系产生矛盾,多维度的空间形态很难在结构体系中实现,二维图形上的理想化状态被现实的建构所限制,使很多在图形上充分自由的建筑设计在现实中往往事与愿违.这些现象提醒我们去应积极反思当下这种学科分离所带来的局限性和弊端,从而探讨新的合作趋势与工作范围的边界延展.

建筑师与结构工程师的合作在很大程度上决定了建筑形态与结构体系结合的紧密程度,麦克唐纳在《结构与建筑》一书中,把两者的合作方式归纳为三种类型.【2】

第一种是“建筑师决定建筑物的形式和它的视觉概念,结构工程师作为技术人员,以保证建筑物在技术上不出问题”,这种合作方式也是当下最为普遍的合作关系,结构作为一种保证建筑物稳定的支撑系统,物质性被至于首位而美学特征和潜力几乎被忽略,结构工程师一般在方案后期才会参与到项目中去.按照这种方式实施的项目相对规整,按照既定的经验和习惯方式运行,一方面在效率和市场化的特征方面确实具有一定的合理性和可操作性,但另一方面,也使建筑师在实际工作中对结构的把握能力以及结构师对空间和视觉因素的理解日趋下降,遇到稍微复杂的建筑形态或空间需求,在结构与建筑的其他因素相矛盾时,专业之间的沟通配合便很难调和,合作最终沦为一方的妥协而非真正意义上合理、创造性的解决了问题.

第二种是结构工程师同时具有了很高的建筑意识,从工程师的角度身兼建筑师的设计工作,奈尔维（pierluigiNevrvi）和卡拉特拉瓦（SantiagoCalatra）为首要代表性人物,这些结构工程师兼建筑师的兴趣通常在于“将建筑作为一种技术作品加以欣赏”,他们的作品大多呈现出结构的力学美感和建筑的机械美学,将结构置于和建筑整体同等的地位加以考虑.在新技术和新材料爆发性发展的时代,结构作为打破原有建筑范式和空间限制的突破口,被作为相对独立的因素加以考虑,随之出现的结构理性主义和高技派具有这种时代背景的特殊性和合理性.而在当下技术、材料等相关因素量变积累而非质变突破性的平稳发展阶段,这种模式作为建筑多元化中的一员,同时应该更多考虑时代的特征性,使结构要素回归建筑的整体性角度之中.比如瑞士的康策特以及Olgiati,在实践中采取结构的适度性表达原则,使结构在建筑的整体中呈现诗意的一面.

第三种是建筑师与结构工程师之间保持积极的沟通和创造性的合作关系,在项目进行中,结构工程师在初期就进入讨论环节,与建筑师一起完成对建筑结构整体性的选择和设计.该种方式使建筑师在设计中对结构因素能够最大化的把握,通过结构工程师的帮助,挖掘出结构力学和美学的表达潜力.这类工程项目一般具有一定的先锋性,空间、功能及建筑形态相对复杂,习惯性的结构设计策略很难达到理想的要求,因此需要建筑师与结构工程师共同创造出合理的解决办法,以满足建筑要求中的特殊需要.在这样一个过程中,建筑师与结构工程师没有绝对的决定性角色,既有像巴尔蒙德这类与建筑师合作中相对强势的工作方式,也有如小西泰孝、大野博史这类尽可能尊重建筑师意愿【图1】,寻求新的方式解决结构问题的沟通方式.这样一种积极的合作模式,也在数字化背景下,多维建筑形态的日趋普遍中,被工作室、事务所这类较先锋的团队所率先接受.【图2】

图1KAIT工坊,日本图2仙台媒体中心,日本

回到设计的过程中再来看待这一问题.在一个项目的方案阶段,结构整体系统尚未决定时,大多数情况下先由建筑师的构思来开始设计.建筑师一方面通过草图提出多种方案,而结构工程师针对这些方案进行反馈,在不断的探讨中,步步逼近理想的方案类型.在这个过程中,双方会提出很多的方案,虽然其中的大部分相对于最终的结果似乎是没有太多价值的,更多的是在可能性中做比对和选择,协调出一个最优的解决方式,使设备基本不会有问题,施工也可以控制,经过这样的交流过程,建筑师与工程师之间达成共识,建立信任并继续合作下去.

分析这样一个工作的过程,我们关注的“究竟形态是由谁来决定的”这一焦点问题似乎变得模糊起来,因为抛开人的主观因素来看,指定这样一个设计规则往往是决定形态的客观因素,比如通过力学的分析使建筑形态与力流相吻合或者使力改向顺应空间的需要.建筑师虽在主观性上可以选择判断结构在不同的具体项目中所表达的方式和尺度,但同时无法避免由结构自身的属性所决定的客观设计规则.正是建筑整体性对结构和空间形态之间矛盾性的调和需要,强调了建筑师无法脱离开工程学的相关知识和对结构的把握,单纯去思考几何图形,处理决定建筑的其他设计因素.因此,在建筑多元化发展的大背景下,如果从结构的整体性角度考虑,把结构因素回归到建筑的整体性之中,同人的行为,周边环境,材料等相关因素并列,就不得不寻求一种建筑与结构学科的重新融合,扩展当下建筑设计领域的学科边界,建筑师具备图形思考及功能、空间等概念判断能力的同时,应当具备更高的结构意识和力学分析能力,完善结构设计的完整性,并拓展更多的设计思路和诗意性的表达.