卡拉特拉瓦仿生空间结构可折叠性研究

张雯雯

摘 要：在时代创新与建造技艺不断优化的背景下，建筑形式的仿生化发展成为了建筑文化的新课题。圣地亚哥·卡拉特拉瓦的建筑思想与作品中具有仿生结构的同时又具备了空间结构的可折叠性。这位建筑师从本人的早年艺术基础与建筑的学习开始，产生了艺术自由的想法，衍生出对建筑的自由思想，并对空间这个人类的遮蔽体进行了一系列大胆的探索，形成了他极具个人特色的独特风格。文章通过分析他仿生空间结构的可折叠性的建筑工作，发现仿生空间结构可折叠性的实验性设计对实践具有一定的意义与价值，给建筑空间与人之间的感受带来新的启发。

关键词：圣地亚哥·卡拉特拉瓦;仿生;空间结构;折叠结构

一、成长背景

（一）一本书的吸引

卡拉特拉瓦的小学和中学是在他的出生地巴伦西亚附近读的。1959年开始，他在美术和工艺学校开始了绘画的正式学习。当他13岁的时候，他的家人利用了佛朗哥和西班牙的边境开放的优势，把他作为交换生送到了法国。高中毕业后，他去巴黎进入美术学校，但是到了1968年5月，法国学生起义运动来到了巴黎，卡拉特拉瓦回到了巴伦西亚，被一本色彩鲜艳的书吸引住了，而他早期对建筑的兴趣就是源于这一本柯布西耶的小书。这本小书上独特而又神秘的美感深深地吸引了他，这种无与伦比、与众不同的新奇感将他从艺术推向建筑领域。柯布西耶的这本书改变了他本来要读艺术学院的想法，而选择了建筑专业。卡拉特拉瓦进入巴伦西亚理工大学，在那里获得了建筑学的学位并成为城市主义专业的研究生。

（二）仿生的初探——自由

对仿生的发现是来自于卡拉特拉瓦对生活中的事物的非同他人的看法。2005年在纽约大都会艺术博物馆举办的艺术和建筑展览时，卡拉特拉瓦说：“我认为负责的馆长Gary Tinterow了解我的作品的特质，因为他把展览的名字命名为‘雕塑感，而不是相反;建筑评论家们通常对我的作品感到迷惑不解。”

卡拉特拉瓦对于仿生的探索源于对雕塑艺术思维自由的领会。他说：“在雕塑中，我使用了球体和立方体，这与我的工程学知识有关。它是一件雕塑，使人产生了转向躯干（扭转大厦，马尔默，瑞典，1999-2004）。”单纯几何与工程学知识形成了仿生的结构，因为仿生并不是单纯地仿照生物的形态，还需考虑到物体的结构。

相对于弗兰克·盖里或弗兰克·斯特拉作品中具有雕塑感的自由。在卡拉特拉瓦的作品中，有一种存在愉悦的自由，它总是以数学为基础，有一种独特的秩序美，又加上仿生化，给人带来雕塑感的同时似乎还蕴含着别的韵味。卡拉特拉瓦一直不喜欢艺术画廊，几乎从来没有展示过他的作品。他认为：“事实上我从艺术家那里得到的反应是非常积极的。”艺术比建筑自由多了，因为正如毕加索所说：“有些艺术家与马布利等人一起工作，而其他人则与之打交道。”

在卡拉特拉瓦看来，“建筑和雕塑是两种相同的水流”。假如这个雕塑可塑性是自由的，而建筑是必须服从功能的可塑性，而对于人类尺度（通过功能）的明显的不确定性，雕塑忽略了功能，没有被世俗的使用问题所束缚，它是比建筑更纯粹的表达。但通过与人的尺度和环境的融洽，通过其穿透性和内在性，建筑在一些特定的领域占主导地位。

（三）仿生的形成——艺术

卡拉特拉瓦建筑思想的灵感来源于丰富多彩的艺术世界。为什么要画人的图形？艺术家或建筑师可以通过强有力的形式和阴影来传达他的信息。为什么在20世纪的艺术中，有一种电影元素？卡拉特拉瓦回答：“像Alexander Calder， Naum Gabo或者Molly-Nagy这样的艺术家都创作了这样的雕塑。我热爱他们的工作，这给了我很大的情感。”罗丹写到：活体内的和谐是群众运动的结果;大教堂是建在生命体的例子上的。举一个20世纪建筑艺术重要性的例子，当勒·柯布西耶在1923年创作《建筑是一场伟大的、正确的、伟大的群众运动》时，没有多少人知道这个想法会是源自于雕塑家奥古斯特·罗丹的思想。1914年，罗丹在他的著作《法国大教堂》中写到：“雕塑家只有当他把所有的注意力都放在灯光和阴影的调和游戏上时，他才会表现出伟大的表情，就像建筑师所做的那样。”事实上，现代建筑中有的著名的建筑不是由建筑师设计的，而是由雕塑家设计的，这体现了艺术的重要性。

（四）仿生的凝固——建筑

卡拉特拉瓦的博士論文《论空间结构的可折叠性》试图阐释：一个几何图形可以从三维结构折叠到二维结构，最终变为一维结构。取一个多面体并将其折叠，使之成为平面，再将其转换简化为单行，即单个维度。你可以把它看成是数学或拓扑的问题。在多面体中可以总结出无所不在的柏拉图固体的所有特征。在思考这些问题之后，笔者用不同的眼光看了古代雕塑。像Myron这样的作品，在瞬间的运动中产生了一种张力，这就是笔者对时间的问题产生兴趣的原因。爱因斯坦说“上帝不与宇宙玩骰子”，所以他清楚地认为一切都与数学和时间的独特维度有关。这让人想到了静力学（物理学的一个分支，与物理系统在静力平衡中有关），并意识到它们是静止的。一切都是潜在的运动。牛顿第二运动定律是物体的加速度取决于两个变量：合力作用于物体和物体的质量。质量和加速度被重新调整，因此时间有效。卡拉特拉瓦意识到建筑里到处都是移动的东西，从门到家具，建筑本身也在移动，幸运的是它会变成美丽的废墟。一切都变了，一切都消逝了，还有一个存在主义意义的周期性运动。

一些人对圣地亚哥·卡拉特拉瓦选择的多种形式的前压力感到不舒服，这可能是他对重要事情的最好的暗示。今天，他正在进行一项在美国可以想象到的最复杂和政治敏感的项目，世界贸易中心（World Trade Center）的交通枢纽站在纽约人称之为“归零地”（Ground Zero）的荒凉地带。“我们认为他是我们时代的达芬奇。”约瑟夫西摩说。他是纽约和纽泽西港务局的前任执行董事，该机构正在建造这个车站。他把光和空气和结构的优美结合在一起。即使是在封闭的档案世界里，这样的赞美也不多见。卡拉特拉瓦的建筑扩展了视觉，表达了人类精神的能量，激发了我们的想象力，让我们陶醉于雕塑形式和动态结构所能成就的奇迹。他的愿景通过创造我们生活、玩耍和工作的环境来提升人类精神。

二 空间结构的仿生演绎

（一）空间遮蔽体的生命感

结构的整体表达。作品成为塑化表达和结构揭示的交织，产生的结果可能被认为是美学和结构物理学的综合。事物的尺度总是与我们的身体有一定的关系。建筑空间是与人有关的场所，它是为人类建造的，所以建筑的空间取决与人的规模。自然中的典型的结构比例表达了自然的秩序和节奏，比如说很多不同种类的树叶中的脉络都存在黄金分割，自然地创造了理性，但自然不接受理性。

卡拉特拉瓦将通过复制来确定单个组件的经典形式，当确定此单元时，在具有节奏的简单组件中建立了各种方法。例如复杂系统，在自然界中有明显的秩序结构节奏，在动物中、在显微镜下放大的细小分子上，它们也可以称为系统，从而形成局部和整体。那是一种秩序的力量，对大自然的敏锐的洞察力使卡拉特拉瓦能够在其建筑风格的角度构建自然理性。运用人体的造型或结构中的部分进行空间的设计，这与柯布西耶的人体尺度有所略同，因为出发点都是利用了人的尺度，只是结果见仁见智。除了对动植物体态的洞察，人运动时的体态变化和建筑风格的结合也是卡拉特拉瓦的灵感来源之一，和这个源泉密切相关的概念就是解剖与雕塑特征。

（二）空间结构的可折叠性

卡氏结构的开端是1981年瑞士联邦理工学院建筑系建设的一个涉及空间框架的可折叠性的项目，完成这个项目后卡拉特拉瓦也取得了技术科学博士学位。大家都评论他是结构天才，而笔者认为：卡拉特拉瓦对身边的生活结构的想法是取之不尽，用之不竭的。以纽约小雕塑为例，你可以说它是一块凝固的骨头，或风中舞动的柳条。其结构的秘密中有两条主线——静态和动态。他使用简洁并经典的机械原理来构造结构，从而支撑和维护到空间的局部或与空间的整体。

折叠结构是卡拉特拉瓦仿生建筑空间中运动的主要表现方式。当一处运用折叠的结构时，另一处空间结构就会引发了新的结构细部，就像树干一样会多角度分出枝桠，形成新的形态。力是多向性运动的，力的传递表现了可折叠的空间结构，而在中途的传递中力也是多方向性，两部分的结构体通过中途的关节进行联系，使得每个结构的力有不同的传力角度。为了构造折叠的结构，就会使用的单元关节或者伸缩杆件，当使用折叠结构时，就会触发新的结构细节。

三、仿生形态空间结构折叠性案例

将工程师的理性约束严谨与艺术家的感性自由浪漫完美结合在一起，形成了一种独特的建筑语言，是具有力量感、运动感和仿生建筑的主要创意概念。建筑师对多重专业的技术理解和应用，将建筑的空间结构美感推向前所未有的高度，而建筑作品也非常有活力。以下案例将卡拉特拉瓦几座落成的建筑按照年份顺序来分析，区别其不同的灵感来源，总结出卡拉特拉瓦是从真实静止的建筑（但视觉上却是运动的），发展到真正的动态建筑的。

（一）案例一：巴伦西亚科学城（City of Arts and Sciences）中的天文馆

天文馆建造在卡拉特拉瓦的故乡巴伦西亚。巴伦西亚的“艺术与科学城”是一个建筑群落，由三座建筑组成，天文馆位置在中间，左边为歌剧院和右边为科学馆，前者名为索菲娅王后大剧院，后者名为菲利佩王子艺术科学宫。

天文馆试图将整座建筑轮廓拟人化成一只眼睛，并且具象的物理建筑勾画出眼睛的上半部分，而周围的水倒影出虚幻的另一半。其表皮由一组混凝土拱门结构和长而宽的半透明钢结构和玻璃结构覆盖。一真一虚，水成为了建筑的一部分。驱动管由五个伸缩液压臂驱动。提供上部线性玻璃的运动自由度和钢管的运动方向。因此，在打开状态下，驱动管符合上固定拱的形状，并且合并在一起，并且每个板的方向不平行。在视觉世界中没有简单的矩形指向同一个中心，主要是交叉点、平行线和弧形。这些线条和面孔可以产生和谐的美感，增强空间感和节奏感，从而产生紧张和节奏，并带动人们情绪的起伏，具有这些线条轮廓的结构类型自然成为卡拉特拉瓦的最爱。

（二）案例二：密尔沃基艺术博物馆（Milwaukee Art Museum）

由卡拉特拉瓦设计的密尔沃基艺术博物馆以纯粹的结构形式表达了构造技术理性的逻辑美，然而，它们似乎超越了地心引力和传统空间结构规则的约束，呈现出强烈的动态艺术特征。密尔沃基艺术博物馆通过电缆行人天桥与之相连，电缆行人天桥是凸起的脊柱，铰链两侧是对称悬臂结构。它模仿鸟的肋骨，形成了一个动态的雕塑，以不同的速度上升和下降，看起来像一只鸟挥舞着它的翅膀，一对飞翔的翅膀。这种生物运动的视觉冲击力，也是卡拉特拉瓦最著名的仿生和机械结构的完美结合。

（三）案例三：扭转大厦（Turning Torso）

人的体态运动是扭转大厦的灵感来源。这座位于瑞典马尔默的高层建筑是卡拉特拉瓦的第一座73层的摩天大楼，楼梯的扭曲达到90度。这栋楼的设计，灵感来自于人体的脊柱。在此之前，卡拉特拉瓦系统地、抽象地研究了人体头部如何固定在身体上方以及如何扭转它。他认为：“因为整个头部都支撑在脊柱的第一个颈椎关节上，所以它可以自由扭曲。这使得抬头、转头、低头或组合它们的动作非常有趣和戏剧化。”

他用雕塑做了这项研究。例如，被视为头骨的立方体只有一个垂直支撑的组件，而另一个对角线组件则被用作上拉以将其保持在水平位置。在另一个雕塑中，卡拉特拉瓦進一步研究了人体的脊柱如何完成扭转、绕轴旋转、弯曲或伸展等等。他把立方体放在绳子的中心，而这就是马尔默扭转大厦的雏形。

四、结语

卡拉特拉瓦是仿生建筑与空间折叠结构的叛逆者，是动植物形态与建筑结构的组织者，是理性技术与感性艺术的融合者，种种因素的组合形成了卡拉特拉瓦不同寻常的建筑风格，使他不断创造出令人好奇和惊叹的具有神秘性的具象与抽象并存的建筑形象。而他为何能创作出如此独特的建筑？因为他讨厌僵硬的建筑，喜欢生活的建筑，他在设计作品中运用了仿生形式的概念，就像他自己创造的自然一样。这正是由于他对生活中所有事物充满热爱，且具有敏锐的洞察力。

仿生空间结构的可折叠性组织能够被多维度地解读，简单的动植物形态统一在复杂的折叠结构中，在折叠的路径中建筑空间开始运动起来，这个运动并非是像机器一样真实地运转，而是迷惑了进入空间的观者的眼睛，让人的视觉体验在动态和静止中游离制造出惊讶或喜悦感。这也许是仿生空间结构的可折叠性的多重魅力，使其从建成起就成为地标性建筑，为城市带来新鲜空气。在这个科学技术不断更新的时代，从上文中分析的三个案例可以清晰地看出技术对仿生建筑可折叠的支撑，建筑越靠近现在就越往高处、往动态化的方向发展。而仿生空间结构的可折叠性最是需要依托精湛的技术，这无疑使仿生空间结构的可折叠性发展具有可观的未来。目前我国对仿生空间结构的可折叠性建筑研究非常贫瘠，我国已经建成的仿生建筑更是少之又少，望能够通过此次研究，人们对自然建筑元素与人体形态仿生空间结构的可折叠性产生新的认识与新的愿景，认识到多元化的建筑语言。

参考文献：

[1]佐尼斯.圣地亚哥卡拉特拉瓦：运动的诗篇[M].张育南，古红樱，译.北京：中国建筑工业出版社，2005.

[2]麻省理工学院.圣地亚哥·卡拉特拉瓦与学生的对话[M].张育南，译.北京：中国建筑工业出版杜，2003.

[3]佐尼斯.圣地亚哥·卡拉特拉瓦[M].赵欣，译.大连：大连理工大学出版社，2005.

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

作者单位：

南京艺术学院设计学院