卡拉特拉瓦仿生空間結(jié)構(gòu)可折疊性研究

張雯雯

摘 要：在時代創(chuàng)新與建造技藝不斷優(yōu)化的背景下，建筑形式的仿生化發(fā)展成為了建筑文化的新課題。圣地亞哥·卡拉特拉瓦的建筑思想與作品中具有仿生結(jié)構(gòu)的同時又具備了空間結(jié)構(gòu)的可折疊性。這位建筑師從本人的早年藝術(shù)基礎(chǔ)與建筑的學(xué)習(xí)開始，產(chǎn)生了藝術(shù)自由的想法，衍生出對建筑的自由思想，并對空間這個人類的遮蔽體進行了一系列大膽的探索，形成了他極具個人特色的獨特風(fēng)格。文章通過分析他仿生空間結(jié)構(gòu)的可折疊性的建筑工作，發(fā)現(xiàn)仿生空間結(jié)構(gòu)可折疊性的實驗性設(shè)計對實踐具有一定的意義與價值，給建筑空間與人之間的感受帶來新的啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：圣地亞哥·卡拉特拉瓦;仿生;空間結(jié)構(gòu);折疊結(jié)構(gòu)

一、成長背景

（一）一本書的吸引

卡拉特拉瓦的小學(xué)和中學(xué)是在他的出生地巴倫西亞附近讀的。1959年開始，他在美術(shù)和工藝學(xué)校開始了繪畫的正式學(xué)習(xí)。當(dāng)他13歲的時候，他的家人利用了佛朗哥和西班牙的邊境開放的優(yōu)勢，把他作為交換生送到了法國。高中畢業(yè)后，他去巴黎進入美術(shù)學(xué)校，但是到了1968年5月，法國學(xué)生起義運動來到了巴黎，卡拉特拉瓦回到了巴倫西亞，被一本色彩鮮艷的書吸引住了，而他早期對建筑的興趣就是源于這一本柯布西耶的小書。這本小書上獨特而又神秘的美感深深地吸引了他，這種無與倫比、與眾不同的新奇感將他從藝術(shù)推向建筑領(lǐng)域?？虏嘉饕倪@本書改變了他本來要讀藝術(shù)學(xué)院的想法，而選擇了建筑專業(yè)?？ɡ乩哌M入巴倫西亞理工大學(xué)，在那里獲得了建筑學(xué)的學(xué)位并成為城市主義專業(yè)的研究生。

（二）仿生的初探——自由

對仿生的發(fā)現(xiàn)是來自于卡拉特拉瓦對生活中的事物的非同他人的看法。2005年在紐約大都會藝術(shù)博物館舉辦的藝術(shù)和建筑展覽時，卡拉特拉瓦說：“我認(rèn)為負(fù)責(zé)的館長Gary Tinterow了解我的作品的特質(zhì)，因為他把展覽的名字命名為‘雕塑感，而不是相反;建筑評論家們通常對我的作品感到迷惑不解。”

卡拉特拉瓦對于仿生的探索源于對雕塑藝術(shù)思維自由的領(lǐng)會。他說：“在雕塑中，我使用了球體和立方體，這與我的工程學(xué)知識有關(guān)。它是一件雕塑，使人產(chǎn)生了轉(zhuǎn)向軀干（扭轉(zhuǎn)大廈，馬爾默，瑞典，1999-2004）?！眴渭儙缀闻c工程學(xué)知識形成了仿生的結(jié)構(gòu)，因為仿生并不是單純地仿照生物的形態(tài)，還需考慮到物體的結(jié)構(gòu)。

相對于弗蘭克·蓋里或弗蘭克·斯特拉作品中具有雕塑感的自由。在卡拉特拉瓦的作品中，有一種存在愉悅的自由，它總是以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，有一種獨特的秩序美，又加上仿生化，給人帶來雕塑感的同時似乎還蘊含著別的韻味?？ɡ乩咭恢辈幌矚g藝術(shù)畫廊，幾乎從來沒有展示過他的作品。他認(rèn)為：“事實上我從藝術(shù)家那里得到的反應(yīng)是非常積極的?！彼囆g(shù)比建筑自由多了，因為正如畢加索所說：“有些藝術(shù)家與馬布利等人一起工作，而其他人則與之打交道?！?/p>

在卡拉特拉瓦看來，“建筑和雕塑是兩種相同的水流”。假如這個雕塑可塑性是自由的，而建筑是必須服從功能的可塑性，而對于人類尺度（通過功能）的明顯的不確定性，雕塑忽略了功能，沒有被世俗的使用問題所束縛，它是比建筑更純粹的表達(dá)。但通過與人的尺度和環(huán)境的融洽，通過其穿透性和內(nèi)在性，建筑在一些特定的領(lǐng)域占主導(dǎo)地位。

（三）仿生的形成——藝術(shù)

卡拉特拉瓦建筑思想的靈感來源于豐富多彩的藝術(shù)世界。為什么要畫人的圖形？藝術(shù)家或建筑師可以通過強有力的形式和陰影來傳達(dá)他的信息。為什么在20世紀(jì)的藝術(shù)中，有一種電影元素？卡拉特拉瓦回答：“像Alexander Calder， Naum Gabo或者Molly-Nagy這樣的藝術(shù)家都創(chuàng)作了這樣的雕塑。我熱愛他們的工作，這給了我很大的情感。”羅丹寫到：活體內(nèi)的和諧是群眾運動的結(jié)果;大教堂是建在生命體的例子上的。舉一個20世紀(jì)建筑藝術(shù)重要性的例子，當(dāng)勒·柯布西耶在1923年創(chuàng)作《建筑是一場偉大的、正確的、偉大的群眾運動》時，沒有多少人知道這個想法會是源自于雕塑家奧古斯特·羅丹的思想。1914年，羅丹在他的著作《法國大教堂》中寫到：“雕塑家只有當(dāng)他把所有的注意力都放在燈光和陰影的調(diào)和游戲上時，他才會表現(xiàn)出偉大的表情，就像建筑師所做的那樣?！笔聦嵣希F(xiàn)代建筑中有的著名的建筑不是由建筑師設(shè)計的，而是由雕塑家設(shè)計的，這體現(xiàn)了藝術(shù)的重要性。

（四）仿生的凝固——建筑

卡拉特拉瓦的博士論文《論空間結(jié)構(gòu)的可折疊性》試圖闡釋：一個幾何圖形可以從三維結(jié)構(gòu)折疊到二維結(jié)構(gòu)，最終變?yōu)橐痪S結(jié)構(gòu)。取一個多面體并將其折疊，使之成為平面，再將其轉(zhuǎn)換簡化為單行，即單個維度。你可以把它看成是數(shù)學(xué)或拓?fù)涞膯栴}。在多面體中可以總結(jié)出無所不在的柏拉圖固體的所有特征。在思考這些問題之后，筆者用不同的眼光看了古代雕塑。像Myron這樣的作品，在瞬間的運動中產(chǎn)生了一種張力，這就是筆者對時間的問題產(chǎn)生興趣的原因。愛因斯坦說“上帝不與宇宙玩骰子”，所以他清楚地認(rèn)為一切都與數(shù)學(xué)和時間的獨特維度有關(guān)。這讓人想到了靜力學(xué)（物理學(xué)的一個分支，與物理系統(tǒng)在靜力平衡中有關(guān)），并意識到它們是靜止的。一切都是潛在的運動。牛頓第二運動定律是物體的加速度取決于兩個變量：合力作用于物體和物體的質(zhì)量。質(zhì)量和加速度被重新調(diào)整，因此時間有效?？ɡ乩咭庾R到建筑里到處都是移動的東西，從門到家具，建筑本身也在移動，幸運的是它會變成美麗的廢墟。一切都變了，一切都消逝了，還有一個存在主義意義的周期性運動。

一些人對圣地亞哥·卡拉特拉瓦選擇的多種形式的前壓力感到不舒服，這可能是他對重要事情的最好的暗示。今天，他正在進行一項在美國可以想象到的最復(fù)雜和政治敏感的項目，世界貿(mào)易中心（World Trade Center）的交通樞紐站在紐約人稱之為“歸零地”（Ground Zero）的荒涼地帶?！拔覀冋J(rèn)為他是我們時代的達(dá)芬奇?！奔s瑟夫西摩說。他是紐約和紐澤西港務(wù)局的前任執(zhí)行董事，該機構(gòu)正在建造這個車站。他把光和空氣和結(jié)構(gòu)的優(yōu)美結(jié)合在一起。即使是在封閉的檔案世界里，這樣的贊美也不多見?？ɡ乩叩慕ㄖU展了視覺，表達(dá)了人類精神的能量，激發(fā)了我們的想象力，讓我們陶醉于雕塑形式和動態(tài)結(jié)構(gòu)所能成就的奇跡。他的愿景通過創(chuàng)造我們生活、玩耍和工作的環(huán)境來提升人類精神。

二 空間結(jié)構(gòu)的仿生演繹

（一）空間遮蔽體的生命感

結(jié)構(gòu)的整體表達(dá)。作品成為塑化表達(dá)和結(jié)構(gòu)揭示的交織，產(chǎn)生的結(jié)果可能被認(rèn)為是美學(xué)和結(jié)構(gòu)物理學(xué)的綜合。事物的尺度總是與我們的身體有一定的關(guān)系。建筑空間是與人有關(guān)的場所，它是為人類建造的，所以建筑的空間取決與人的規(guī)模。自然中的典型的結(jié)構(gòu)比例表達(dá)了自然的秩序和節(jié)奏，比如說很多不同種類的樹葉中的脈絡(luò)都存在黃金分割，自然地創(chuàng)造了理性，但自然不接受理性。

卡拉特拉瓦將通過復(fù)制來確定單個組件的經(jīng)典形式，當(dāng)確定此單元時，在具有節(jié)奏的簡單組件中建立了各種方法。例如復(fù)雜系統(tǒng)，在自然界中有明顯的秩序結(jié)構(gòu)節(jié)奏，在動物中、在顯微鏡下放大的細(xì)小分子上，它們也可以稱為系統(tǒng)，從而形成局部和整體。那是一種秩序的力量，對大自然的敏銳的洞察力使卡拉特拉瓦能夠在其建筑風(fēng)格的角度構(gòu)建自然理性。運用人體的造型或結(jié)構(gòu)中的部分進行空間的設(shè)計，這與柯布西耶的人體尺度有所略同，因為出發(fā)點都是利用了人的尺度，只是結(jié)果見仁見智。除了對動植物體態(tài)的洞察，人運動時的體態(tài)變化和建筑風(fēng)格的結(jié)合也是卡拉特拉瓦的靈感來源之一，和這個源泉密切相關(guān)的概念就是解剖與雕塑特征。

（二）空間結(jié)構(gòu)的可折疊性

卡氏結(jié)構(gòu)的開端是1981年瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院建筑系建設(shè)的一個涉及空間框架的可折疊性的項目，完成這個項目后卡拉特拉瓦也取得了技術(shù)科學(xué)博士學(xué)位。大家都評論他是結(jié)構(gòu)天才，而筆者認(rèn)為：卡拉特拉瓦對身邊的生活結(jié)構(gòu)的想法是取之不盡，用之不竭的。以紐約小雕塑為例，你可以說它是一塊凝固的骨頭，或風(fēng)中舞動的柳條。其結(jié)構(gòu)的秘密中有兩條主線——靜態(tài)和動態(tài)。他使用簡潔并經(jīng)典的機械原理來構(gòu)造結(jié)構(gòu)，從而支撐和維護到空間的局部或與空間的整體。

折疊結(jié)構(gòu)是卡拉特拉瓦仿生建筑空間中運動的主要表現(xiàn)方式。當(dāng)一處運用折疊的結(jié)構(gòu)時，另一處空間結(jié)構(gòu)就會引發(fā)了新的結(jié)構(gòu)細(xì)部，就像樹干一樣會多角度分出枝椏，形成新的形態(tài)。力是多向性運動的，力的傳遞表現(xiàn)了可折疊的空間結(jié)構(gòu)，而在中途的傳遞中力也是多方向性，兩部分的結(jié)構(gòu)體通過中途的關(guān)節(jié)進行聯(lián)系，使得每個結(jié)構(gòu)的力有不同的傳力角度。為了構(gòu)造折疊的結(jié)構(gòu)，就會使用的單元關(guān)節(jié)或者伸縮桿件，當(dāng)使用折疊結(jié)構(gòu)時，就會觸發(fā)新的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。

三、仿生形態(tài)空間結(jié)構(gòu)折疊性案例

將工程師的理性約束嚴(yán)謹(jǐn)與藝術(shù)家的感性自由浪漫完美結(jié)合在一起，形成了一種獨特的建筑語言，是具有力量感、運動感和仿生建筑的主要創(chuàng)意概念。建筑師對多重專業(yè)的技術(shù)理解和應(yīng)用，將建筑的空間結(jié)構(gòu)美感推向前所未有的高度，而建筑作品也非常有活力。以下案例將卡拉特拉瓦幾座落成的建筑按照年份順序來分析，區(qū)別其不同的靈感來源，總結(jié)出卡拉特拉瓦是從真實靜止的建筑（但視覺上卻是運動的），發(fā)展到真正的動態(tài)建筑的。

（一）案例一：巴倫西亞科學(xué)城（City of Arts and Sciences）中的天文館

天文館建造在卡拉特拉瓦的故鄉(xiāng)巴倫西亞。巴倫西亞的“藝術(shù)與科學(xué)城”是一個建筑群落，由三座建筑組成，天文館位置在中間，左邊為歌劇院和右邊為科學(xué)館，前者名為索菲婭王后大劇院，后者名為菲利佩王子藝術(shù)科學(xué)宮。

天文館試圖將整座建筑輪廓擬人化成一只眼睛，并且具象的物理建筑勾畫出眼睛的上半部分，而周圍的水倒影出虛幻的另一半。其表皮由一組混凝土拱門結(jié)構(gòu)和長而寬的半透明鋼結(jié)構(gòu)和玻璃結(jié)構(gòu)覆蓋。一真一虛，水成為了建筑的一部分。驅(qū)動管由五個伸縮液壓臂驅(qū)動。提供上部線性玻璃的運動自由度和鋼管的運動方向。因此，在打開狀態(tài)下，驅(qū)動管符合上固定拱的形狀，并且合并在一起，并且每個板的方向不平行。在視覺世界中沒有簡單的矩形指向同一個中心，主要是交叉點、平行線和弧形。這些線條和面孔可以產(chǎn)生和諧的美感，增強空間感和節(jié)奏感，從而產(chǎn)生緊張和節(jié)奏，并帶動人們情緒的起伏，具有這些線條輪廓的結(jié)構(gòu)類型自然成為卡拉特拉瓦的最愛。

（二）案例二：密爾沃基藝術(shù)博物館（Milwaukee Art Museum）

由卡拉特拉瓦設(shè)計的密爾沃基藝術(shù)博物館以純粹的結(jié)構(gòu)形式表達(dá)了構(gòu)造技術(shù)理性的邏輯美，然而，它們似乎超越了地心引力和傳統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)規(guī)則的約束，呈現(xiàn)出強烈的動態(tài)藝術(shù)特征。密爾沃基藝術(shù)博物館通過電纜行人天橋與之相連，電纜行人天橋是凸起的脊柱，鉸鏈兩側(cè)是對稱懸臂結(jié)構(gòu)。它模仿鳥的肋骨，形成了一個動態(tài)的雕塑，以不同的速度上升和下降，看起來像一只鳥揮舞著它的翅膀，一對飛翔的翅膀。這種生物運動的視覺沖擊力，也是卡拉特拉瓦最著名的仿生和機械結(jié)構(gòu)的完美結(jié)合。

（三）案例三：扭轉(zhuǎn)大廈（Turning Torso）

人的體態(tài)運動是扭轉(zhuǎn)大廈的靈感來源。這座位于瑞典馬爾默的高層建筑是卡拉特拉瓦的第一座73層的摩天大樓，樓梯的扭曲達(dá)到90度。這棟樓的設(shè)計，靈感來自于人體的脊柱。在此之前，卡拉特拉瓦系統(tǒng)地、抽象地研究了人體頭部如何固定在身體上方以及如何扭轉(zhuǎn)它。他認(rèn)為：“因為整個頭部都支撐在脊柱的第一個頸椎關(guān)節(jié)上，所以它可以自由扭曲。這使得抬頭、轉(zhuǎn)頭、低頭或組合它們的動作非常有趣和戲劇化?！?/p>

他用雕塑做了這項研究。例如，被視為頭骨的立方體只有一個垂直支撐的組件，而另一個對角線組件則被用作上拉以將其保持在水平位置。在另一個雕塑中，卡拉特拉瓦進一步研究了人體的脊柱如何完成扭轉(zhuǎn)、繞軸旋轉(zhuǎn)、彎曲或伸展等等。他把立方體放在繩子的中心，而這就是馬爾默扭轉(zhuǎn)大廈的雛形。

四、結(jié)語

卡拉特拉瓦是仿生建筑與空間折疊結(jié)構(gòu)的叛逆者，是動植物形態(tài)與建筑結(jié)構(gòu)的組織者，是理性技術(shù)與感性藝術(shù)的融合者，種種因素的組合形成了卡拉特拉瓦不同尋常的建筑風(fēng)格，使他不斷創(chuàng)造出令人好奇和驚嘆的具有神秘性的具象與抽象并存的建筑形象。而他為何能創(chuàng)作出如此獨特的建筑？因為他討厭僵硬的建筑，喜歡生活的建筑，他在設(shè)計作品中運用了仿生形式的概念，就像他自己創(chuàng)造的自然一樣。這正是由于他對生活中所有事物充滿熱愛，且具有敏銳的洞察力。

仿生空間結(jié)構(gòu)的可折疊性組織能夠被多維度地解讀，簡單的動植物形態(tài)統(tǒng)一在復(fù)雜的折疊結(jié)構(gòu)中，在折疊的路徑中建筑空間開始運動起來，這個運動并非是像機器一樣真實地運轉(zhuǎn)，而是迷惑了進入空間的觀者的眼睛，讓人的視覺體驗在動態(tài)和靜止中游離制造出驚訝或喜悅感。這也許是仿生空間結(jié)構(gòu)的可折疊性的多重魅力，使其從建成起就成為地標(biāo)性建筑，為城市帶來新鮮空氣。在這個科學(xué)技術(shù)不斷更新的時代，從上文中分析的三個案例可以清晰地看出技術(shù)對仿生建筑可折疊的支撐，建筑越靠近現(xiàn)在就越往高處、往動態(tài)化的方向發(fā)展。而仿生空間結(jié)構(gòu)的可折疊性最是需要依托精湛的技術(shù)，這無疑使仿生空間結(jié)構(gòu)的可折疊性發(fā)展具有可觀的未來。目前我國對仿生空間結(jié)構(gòu)的可折疊性建筑研究非常貧瘠，我國已經(jīng)建成的仿生建筑更是少之又少，望能夠通過此次研究，人們對自然建筑元素與人體形態(tài)仿生空間結(jié)構(gòu)的可折疊性產(chǎn)生新的認(rèn)識與新的愿景，認(rèn)識到多元化的建筑語言。

參考文獻：

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[3]佐尼斯.圣地亞哥·卡拉特拉瓦[M].趙欣，譯.大連：大連理工大學(xué)出版社，2005.

[4]Calatrava Complete Works 1979-2007[M].Germany：Taschen，2007.

作者單位：

南京藝術(shù)學(xué)院設(shè)計學(xué)院