The World Expo Venues Historically Applied New Building Structures

（文/圖）丁成章 高級工程師

歷史上采用新型建筑結(jié)構(gòu)的世界博覽會場館

一、第一屆世界博覽會——水晶宮

1849年，在英國皇家藝術(shù)學(xué)會上，艾伯特親王建議舉辦一次大的展覽會，以向世界展示工業(yè)和藝術(shù)也可以結(jié)合起來，同時展示大不列顛的工業(yè)強(qiáng)國地位。1851年，正處于鼎盛時期的大英帝國，英女王邀請世界各國參加大英帝國舉辦的第一屆世界博覽會。從1850年9月到1851年1月這幾個月時間，就建造起來這個563米長，124米寬的巨大建筑物（圖1）。位于展覽會的中心部分的這座建筑物，玻璃墻壁閃閃發(fā)光，就像在陽光照射下的水晶一樣。這個成就主要歸功于設(shè)計和建造者約瑟夫·帕克斯頓（見圖2），?？怂购秃嗟律▉碜运姑肺骺说某邪獭⒐こ處熀丸F工廠廠長），以及來自伯明翰的錢斯兄弟玻璃制造商的聰明才智。

約瑟夫·帕克斯頓，一個花匠的兒子，在他23歲時受雇于德文郡六世公爵，在成為著名的水晶宮設(shè)計師后被封爵，稍后他又成為一個國會議員。

至1850年，約瑟夫·帕克斯頓早已經(jīng)出版了許多著名的園藝方面的書籍，但他拒絕去就任皇家花丁，選擇繼續(xù)留在德文郡六世公爵那里。他培養(yǎng)的維多利亞雷吉亞百大合花成為激發(fā)他在查茨沃思建造花房的靈感，據(jù)傳，他的女兒畫了一張站立的大百合花葉片圖，表明了它的支撐方式，由此而設(shè)計了用于種植巨大的維多利亞雷吉亞百合花的花房。水晶宮的設(shè)計就是模仿這個花房的。他的這一經(jīng)驗允許他在10天之內(nèi)理出初始設(shè)計思路。約瑟夫·帕克斯頓不到二周就畫出設(shè)計草圖，創(chuàng)造性的花房結(jié)構(gòu)采用了苗條的十字骨架來加強(qiáng)放射狀的骨架。

一系列的情況擺在了展覽會面前，約瑟夫·帕克斯頓的設(shè)計是唯一可行的，因為其它投標(biāo)方案其工期都太長，無法按時完成。

這一150多年前的水晶宮設(shè)計和建造就已經(jīng)包含了仿生學(xué)、建筑模數(shù)、預(yù)制裝配、產(chǎn)業(yè)化制造、綠色生態(tài)等今天看來也是非常先進(jìn)的建筑新思想。

約瑟夫·帕克斯頓早有使用木材、鑄鐵和玻璃的經(jīng)驗，并且知道這些材料的長處。預(yù)制部件件和福克斯和亨德森（來自斯梅西克的承包商、工程師和鐵工廠廠長）的現(xiàn)場監(jiān)理相結(jié)合成全了約瑟夫·帕克斯頓，他們準(zhǔn)時交付了水晶宮，并且沒有一塊構(gòu)件的損失。這棟563米長，124米寬的建筑物，包括完全覆蓋幾株自然榆樹的十字大廳（圖3）。事實上，十字廊措施是為了保護(hù)和臨時覆蓋住場地上的大榆樹。

大部分現(xiàn)場建造是采用預(yù)制部件，有些是提前24小時澆鑄的。在現(xiàn)場測試鑄鐵柱子，并且在現(xiàn)場打磨和刷油欺，包括木玻璃框的加工（圖4-圖6）。

甚至臨時欄桿材料也被設(shè)計用在最終的建筑物上，所以很少有浪費。當(dāng)建筑物被拆卸掉和運到悉丹翰時，破損的玻璃被重新熔化再使用（圖7-8）。

約瑟夫·帕克斯頓最偉大的技能大概是他協(xié)調(diào)工匠的能力。早在1843年查茨沃思項目中，他給年輕的維多利亞和惠靈頓公爵的印象很深。

他們驚嘆建筑物是如此的合適。約瑟夫·帕克斯頓的匠人們在晚上用火把來照明施工。

約瑟夫·帕科斯頓仰仗現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)提供的經(jīng)濟(jì)性、精確性和快速性，第一次完全采用單元部件的連續(xù)生產(chǎn)方式，通過裝配式結(jié)構(gòu)的手法來建造大型空間，設(shè)計和建造了倫敦世界博覽會會場水晶宮。只用6個月就建成了長563m、寬124m、最大跨度22m、最高頂棚高度33m；約9萬m2的建筑面積（圖9）。

水晶宮是在1851年5月1日由維多利亞女王揭幕開展（圖10），在頭三個月參觀的人群差不多是一天比一天多。水晶宮展示了來自世界各地的展品，包括各種各樣的吸引人的鉆石和其它寶石、假牙、假肢、馬車、強(qiáng)大的蒸汽機(jī)（圖11）、皮革商品、玻璃藝術(shù)品、連續(xù)發(fā)射手槍和刀具、自動化的棉紡機(jī)械（圖12）、咀嚼煙草。

展覽會在1851年10月15日閉幕，參觀者超過六百萬人次（圖13-圖14）。展覽會取得了巨大的成功，門票收入為其它的城市項目提供了資金。在1852年拆卸掉了水晶宮，并且在泰晤士河的南岸悉丹翰重新組裝起來。

水晶宮經(jīng)歷了從設(shè)計構(gòu)思、制作、運輸?shù)阶詈蠼ㄔ旌筒鸪娜^程，是一個完整的預(yù)制建造系統(tǒng)工程。曾經(jīng)是19世紀(jì)前半期的鑄鐵技術(shù)總檢閱之一。盡管是馬拉肩扛（圖15-17），卻首創(chuàng)了工廠預(yù)制構(gòu)件，現(xiàn)場裝配的技術(shù)模式，是現(xiàn)代建筑（鋼材骨架和玻璃幕墻）的開山之作。1936年，水晶宮毀于員工廁所引起的火災(zāi)（圖18-20）。

二、1889年巴黎世界博覽會——機(jī)械展廊

在1851年、1862年舉辦兩次世界博覽會之后，英國不想再舉辦世界博覽會了，法國馬上乘虛而入，在1855年到1900年間，先后舉辦了五次規(guī)模較大的世界博覽會。這些展出可以被看作向英國工業(yè)產(chǎn)品和貿(mào)易統(tǒng)治地位挑戰(zhàn)的一個國家宣言，這一點可以從每次都把機(jī)械館的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容作為展出重點看出來。

為準(zhǔn)備1867年巴黎世界博覽會，年輕的居斯塔夫·埃菲爾（Eifel）和工程師J·B.Krantz一起設(shè)計了自1851年以來所建造的最為壯觀的展覽館建筑（圖21）。

1867年以后，產(chǎn)品的大小和多樣化，以及國際競爭所要求的展品的相互獨立，要求展覽建筑多館化。到1889年的世界博覽會，人們已不在試圖將展品放在單一的無所不包的建筑中，維克多·康塔明（Victor Contamin）和建筑師C·L·F·杜忒爾特（C.-L.-F.Dutert）為巴黎世界博覽會設(shè)計了107m跨度的機(jī)械展廊（圖22-25）。機(jī)械展廊不僅是用來展覽機(jī)器，其本身就是一個“展出的機(jī)器”。它的內(nèi)部有沿著高架導(dǎo)軌移動的參觀平臺，參觀者可以乘坐在上面對全部展覽品有一個全面而迅速的瀏覽。巴黎世界博覽會機(jī)械展廊對現(xiàn)代建筑最大的貢獻(xiàn)就是大部分設(shè)計都是根據(jù)理論和力學(xué)方法決定的。所采用的變截面框架和簡支于地基上的手法完全符合工程學(xué)的原理，驗證了英國人托馬斯·楊（Thomas Young）提出的彈性模量理論，創(chuàng)造了鋼材鉸鏈拱空前的大跨度結(jié)構(gòu)空間。

公元1889年，有著豐富的鐵路高架橋設(shè)計和建造經(jīng)驗的工程師埃菲爾（Eifel）與工程師努維依爾（Nouguier）、柯赫林（Koechlin）和建筑師斯特芬·索維斯特（Stephen Sauvestre）共同為巴黎世界博覽會設(shè)計了300m高的埃菲爾鐵塔（圖26）。建造的當(dāng)時，當(dāng)?shù)氐乃囆g(shù)家和文化名流們對它發(fā)起了猛烈的反對運動，著名作家莫伯桑說：“鐵塔建成之日，是我離開巴黎之日”，可是鐵塔竣工后卻成了代表巴黎形象的結(jié)構(gòu)物。

三、1930年巴塞羅納世界博覽會——德國國家館

在蒙特伊克山丘上的大公園里，一批在1888年第二次巴塞羅納世界博覽會上展出的沒有激起太多的興奮的展品在1929年再次展出（圖27-圖28）。在“西班牙村”里陳列了西班牙藝術(shù)和工業(yè)產(chǎn)品，也有西班牙建筑紀(jì)念碑的復(fù)制品。在這次展覽會上，有一個建筑學(xué)亮點，那就是至今仍然非常著名：由路德維?！っ芩埂し病さ铝_設(shè)計的，帶有最昂貴的材料分隔墻的現(xiàn)代低平頂建筑物——最優(yōu)美的“德國臨時展館”——德國國家館。

巴塞羅納“德國臨時展館”是在1929年5月19日開展，在1930年1月展覽結(jié)束拆除。設(shè)計者路德維?！っ芩埂し病さ铝_，在1930年繼漢尼斯·邁耶后擔(dān)任包豪斯校長。1939年移居美國。他關(guān)于“結(jié)構(gòu)”的論述非常精辟：對結(jié)構(gòu)，我們有一種哲學(xué)觀念，結(jié)構(gòu)是一種從上到下，乃至最微小的細(xì)節(jié)全部都服從于同一概念的整體。這就是我們所謂的結(jié)構(gòu)。路德維?！っ芩埂し病さ铝_于1927年寫道：今天，經(jīng)濟(jì)因素使合理化及標(biāo)準(zhǔn)化在出租房屋中成為必不可少的因素。另一方面，我們需求的日益復(fù)雜化又要求具有靈活性。未來必須同時考慮方面，因此，框架結(jié)構(gòu)就成為最適宜的體系。它使合理化的建造方法成為固定核心，那么其它的空間就可以用活動墻體分隔。我相信這樣做就可以滿足所有正常的需要。

由于當(dāng)時的人們對包豪斯思想、住宅產(chǎn)業(yè)化等新思想還不太了解，對這棟建筑物的偉大之處還看不清楚，這是任何新生事物都會面臨的問題。但幾十年來，包豪斯思想、住宅產(chǎn)業(yè)化等新思想在世界范圍內(nèi)得到了很快普及，人們逐漸認(rèn)識到這棟建筑物的歷史和現(xiàn)實價值，因而在1986年，在原址又重新建造起來。

“德國國家館”充分展示了路德維希·密斯·凡·德羅的這一設(shè)計思想。水平離心式的空間布局，用獨立的平面和柱子來分隔和關(guān)聯(lián)（圖29）。

盡管在它以八根柱子組成正軌方格網(wǎng)，以及對傳統(tǒng)材料的自由運用中存在著與古典主義的聯(lián)系，然而巴塞羅納的“德國國家館”的構(gòu)圖卻不可否認(rèn)的是至上主義和要素主義的。當(dāng)時的照片顯示了它模棱兩可和難以形容的空間及材料形式。從這些記錄中，我們可以看到某些虛幻的表面感覺帶來了體積中的某些移位，例如，通過綠色玻璃屏幕的運用，出現(xiàn)了主要邊界平面的鏡中對應(yīng)物。這些覆蓋了綠色拋光的大理石的平面有反射了固定玻璃用的鍍鉻垂直桿的主要特征。這種對組織和色彩的運用還可見之于用拋光的烏黑瑪瑙制成的內(nèi)部核心平面，以及沿著有大反射面的池子的主平臺設(shè)置的凝灰色長條墻之間形成的對照中。在這里，由于凝灰石邊界墻的作用，微風(fēng)吹來使水面發(fā)生的破折波紋歪曲了建筑物的鏡面形象。與此相比，“德國國家館”的內(nèi)部空間，在柱子和窗戶間小柱的調(diào)節(jié)下，終結(jié)與一個封閉的庭院，其中又設(shè)置了一個以黑色玻璃襯面的反射池。在這面完美的鏡子的上面和內(nèi)部，豎立著喬格·科爾比雕塑的《舞蹈者》的凝固形體和形象?！段璧刚摺肥窃凇氨Ｗo(hù)她的眼睛被陽光照射”。在建筑物內(nèi)部和外部都能夠看到雕塑的《舞蹈者》。盡管有所有這些精巧的美學(xué)對比的手法，但整個建筑物只是用八根獨立的十字形柱子組成的簡單結(jié)構(gòu)來支撐其平屋頂（圖30-圖33）。

在展覽會上，“德國臨時展館”絕沒有代表德國國家的作用。德國工業(yè)展覽（展覽會的目的）是放在也是由路德維希·密斯·凡·德羅設(shè)計的德國電子工業(yè)臨時展館里。所有展示都是由路德維希·密斯·凡·德羅和他的合作伙伴里奇·瑞克設(shè)計的。所有的家具，包括在國家館里著名的“巴塞羅納椅”，也是由路德維?！っ芩埂し病さ铝_設(shè)計的（圖34）。

從那時起，巴塞羅那椅已成為進(jìn)入藝術(shù)最高殿堂的設(shè)計經(jīng)典之作，包豪斯提出的現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計（ID）思想在這把椅子上得到了充分的體現(xiàn)。身為建筑師的路德維希·密斯·凡·德羅對細(xì)節(jié)的要求完全反應(yīng)在巴塞羅那椅上；椅架由兩對相交的不銹鋼架交叉而成，表面是帶有按扣的牛皮套；X形的交叉弧線和緩而優(yōu)美；格子狀的皮革連續(xù)拼縫；展現(xiàn)了高超的縫制技術(shù)（圖35-圖36）。

“ 德國臨時展館”集中在建筑師新發(fā)明的三維空間概念上。流動、連續(xù)的空間，以及小心的考慮減少內(nèi)外區(qū)別，使得“德國的臨時展館”成為建筑史上的里程碑。較少關(guān)注在路德維?！っ芩埂し病さ铝_概念中扮演著極其重要角色的自然采光。采用很少的電燈照明和水中的倒影，以及各種各樣的墻壁和窗戶材料，路德維希·密斯·凡·德羅在酷熱的西班牙陽光下創(chuàng)造了一個庇護(hù)所，那就是出乎意料的，由陽光作為主要的照明（圖37-圖41）。

四、1967年加拿大蒙特利爾的世界博覽會上的德國大帳篷

1967年加拿大蒙特利爾的世界博覽會是美洲大陸上最大的，吸引了最多的參觀者的世界博覽會，其費用也是歷屆博覽會中最大的。加拿大在圣勞倫斯河中間的二個島上，提供了大量的展示場地。世界博覽會展覽館的建筑風(fēng)格是輕型空間骨架結(jié)構(gòu)，有著精致的網(wǎng)狀屋頂（有桅桿的張力結(jié)構(gòu)）和大玻璃圓屋頂（穹頂結(jié)構(gòu)）。

大跨度有桅桿的張力結(jié)構(gòu)（國內(nèi)簡單稱之為膜結(jié)構(gòu)，日本稱之為懸索結(jié)構(gòu)、懸吊結(jié)構(gòu)或張拉結(jié)構(gòu)）是從19世紀(jì)懸掛橋和20世紀(jì)高壓電纜支撐設(shè)計得到靈感，采用鋼材桿子以拉力（或張力）支撐水平的屋頂表面。承受拉力的構(gòu)件有剛性的桿件和柔性的鋼纜（俗稱鋼絲繩）。早先承受拉力的柔性構(gòu)件是熟鐵鏈，例如很多古老的鐵鏈橋。后來采用鋼纜，再后來也有采用剛性拉桿的。更加近期的有桅桿的鋼材結(jié)構(gòu)采用了同樣的原理，盡管它們的形式已經(jīng)變得很不像大橋設(shè)計，并且非常清晰的展示了暴露在張力桿、水平梁和垂直桅桿之間的鋼材連接。

在張力膜結(jié)構(gòu)里，鋼纜與織物膜結(jié)合，產(chǎn)生非常輕重量的長跨度結(jié)構(gòu)。弗瑞·奧托為蒙特利爾展覽會的德國大帳蓬（1967年）（圖42-圖45）在張力膜結(jié)構(gòu)的開發(fā)中是劃時代的事件。

由于杰出的，極大的白色帳篷，聯(lián)邦德國臨時展覽館優(yōu)美的造型就像沙漠風(fēng)愛撫著綠洲。不可否認(rèn)的優(yōu)美結(jié)構(gòu)是有8根鋼纜支撐的，上面綁著塑料網(wǎng)（圖46-圖47）。

德國人六周就搭起了這頂大帳篷，速度之快，令人難忘（圖48-圖53）。

五、1967年加拿大蒙特利爾的世界博覽會上的美國大帳蓬

巴克敏斯特·富勒（Buckminster Fuller，1895-1983）是一位出身于美國的偉大的結(jié)構(gòu)學(xué)家，他的名字經(jīng)常與一些光榮的事物相聯(lián)系。有關(guān)他的稱號不勝枚舉，例如思想家、哲學(xué)家、數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、建筑家、技術(shù)專家等等，巴克敏斯特·富勒在1940年晚期，基于球形表面的三角形發(fā)明了穹頂理論（圖54）。要想理解富勒穹頂，就必須學(xué)習(xí)他的結(jié)構(gòu)哲學(xué)。巴克敏斯特·富勒總是站在系統(tǒng)的高度去思考局部的問題，巴克敏斯特·富勒的基本思想是：雖然由局部構(gòu)成了整體，并對局部非常了解，卻不一定能夠了解整體，但是如果了解了整體，就一定能夠了解局部。如果把三個正三角形的頂點和它們的每一條邊都靠在一起，就會如圖59a所示，在下面出現(xiàn)一個新的三角形。就是說，出現(xiàn)了“1+1+1= 4”的事實。三角形反應(yīng)的是最小的努力、最小的系統(tǒng)、最小的多邊形、最小的多面體、最小的概念、最小的思考，結(jié)果當(dāng)然也就形成了最牢固的結(jié)構(gòu)（即三角形的穩(wěn)定性原理）。巴克敏斯特·富勒的結(jié)構(gòu)設(shè)計思想是“用最少的東西，做更多的事情”，“所要做的東西，要盡量的輕，輕，再輕，一克一克的減輕”。由交叉、偏移的平行圓拱系統(tǒng)組成的鋼材薄屋頂已經(jīng)用在了飛機(jī)修理庫、大型運動場和其它的長跨度應(yīng)用方面

蒙特利爾展覽會采用了巴克敏斯特·富勒（Buckminster Fuller）的網(wǎng)格球頂建造了美國大帳蓬（1967年）（圖55-圖57）。