诗意的重力——Ensamble Studio 住宅案例分析

唐辰曜 严鑫 Tang Chenyao Yan Xin

1 结构显现的建筑师

安东·加西亚·阿布里尔（Antón García Abril）1969年出生于西班牙马德里，于马德里理工大学（ETSAM-UPM）获得博士学位，现为美国马萨诸塞州注册建筑师、美国麻省理工大学（MIT）建筑与规划学院教授，同时还在欧美多所大学和机构担任客座评委和演讲嘉宾。阿布里尔于2000年成立了Ensamble Studio建筑设计事务所，狄波拉·梅萨（Débora Mesa）在2003年加入，并于2010年成为合伙人。“Ensamble”在西班牙语中具有“组装、组成”的意思，可见建筑师对于建造概念的重视。阿布里尔和梅萨带领这个跨职能的团队通过扎实的背景研究来寻求新的方法，创造建构空间，发展建筑技术和城市战略。他们的项目外形均为裸露的构架，追求结构即空间（Structure as Space）的建造逻辑，从早期的德孔波斯特拉音乐研究中心、西班牙音乐人协会中央办公厅，到近期的塞万提斯剧院和梅诺卡岛土地之宅，每个项目都在通过重力结构体系去探索材料创造空间的本质（图1）。

Ensamble Studio善于通过材料本质及建造过程的本源构想问题。在参观一个大型预制混凝土工厂时，阿布里尔在不经意间穿过一个堆满废弃横梁的场地，并萌生了以某种方式利用这些横梁的想法。正如同时代西班牙建筑师安东尼奥·希门尼斯·托雷西亚斯（Antonio Jiménez Torrecillas）所言：“建筑师在选定项目建造方式及材料的那一刻，建筑的形态就已经确定了。[1]”

阿布里尔对建筑的基本构件情有独钟。在笔者对阿布里尔的采访中，他谈到喜欢用桁架等构件来表达力量性，同时重新定义这些构件，让它们具有各自的含义，拥有自己的个性和灵魂。虽然这些构件在工厂、道路和桥梁的建造中不足为奇，但用于住宅建筑时，空间将被再次阅读，事物将被赋予不同的含义。阿布里尔说：“建筑由基本的部件构成，例如石头本身没有任何意义，但当被放在正确的位置时，就变成了一块有意义的石头。这就是为什么我要为每个部分赋予意义、感觉和灵魂。”

2 马德里日落宅 (Hemeroscopium House)

日落宅位于西班牙首都马德里的郊区拉斯罗萨斯（Las Rozas），是阿布里尔的自宅，他和妻子以及4个孩子大部分时间都生活在这里。建筑占地600m2，设计于2005年，建成于2008年。相比于欧洲大城市郊区的传统住宅，这个建筑在材料、结构、建造和空间概念上都独具一格。

在希腊文化中，“Hemeroscopium”意为“日落的地方”，是一个同时存在于梦幻与现实中的奇妙事物，与地平线、光和时间息息相关。日落宅便将遥远的地平线精妙地引入室内，通过富有张力的非对称结构设计开拓视野，使房子更加动感流畅。

2.1 标准化构件下的非标准空间

房屋的主体结构由7个标准构件及1块巨石组成。标准构件提前在工厂预制，包括3个I型梁、2个U型梁、1个华伦（Warren）桁架和1个弗伦第尔（Vierendel）桁架（图2）。这些构件围绕在建筑四周，螺旋向上布置，并在最上方以原石作为整体结构的高潮与结束。巨型混凝土梁被用作实墙，起围护和遮挡作用，钢结构桁架用于支撑玻璃幕墙。可以说，这些元素不但完成了自身的结构作用，还承担了功能需求。同时，厚重的巨型基础构件与悬挑、半围合的空间形成对比，清晰地表达了结构的传力逻辑，实现了建筑师“用结构拥抱空间，以重力表达空间”的概念[2]。

作为建筑师的私宅，建筑的平面布局比较简单。一层室内空间呈L形，主要是客厅、餐厅、厨房等公共空间，室外庭院（包括方形游泳池）居中。二层空间呈矩形，分别是建筑师夫妇和4个孩子的卧室，条形游泳池被戏剧性地架在空中，垂直于2个卧室（图3）。

构件的搭接方式带来了不同维度上的水平性。庭院被构件围绕，处于几何中心，也是整个建筑的空间核心。它没有特定的几何形态和界限，底层由玻璃和支柱限定，上方又被错开的构件围合，边界的模糊性使它在水平和垂直方向呈现出不同的姿态（图4）。另一方面，在日落宅内的任何地方，预制构件都具有强烈的水平延伸感，模糊了室内外边界。长21.6m、高2.65m的预制混凝土I型梁从客厅延伸到室外，成为庭院的边界（图5）。整个建筑的基底和楼板由裸露的混凝土预制板构成，室内外完全一致，客厅和庭院仅用落地玻璃窗分隔气候边界。在二层卧室，楼板和地板悬挑到室外，与远处搭接的I型梁和华伦桁架进一步构成景框（图6）。

尺度巨大的预制标准构件不仅决定了建筑的层高（图7），其本身也是空间。一层的U型梁被倒置，在起居室上方产生类似于拱的空间效果，形体和光线为空间带来仪式感（图8）。在二层的洗手间内，I型梁腹板内凹，正好容纳洗漱台和可开启的竖窗（图9）。介于一、二层之间的正置U型梁从室内延伸到室外，由V形柱支撑，其凹槽前后密封，成为了狭长的游泳池（图10）。

1 音乐研究中心、中央办公楼、塞万提斯剧院、土地之宅

2.2 重结构与轻空间

在日落宅中，混凝土极重的材料观感被打破，它不再是建筑的沉重桎梏，而是提升空间的有力杠杆。预制混凝土构件由底部的钢结构支撑，这些钢构件形态各异，有简单的方形、长方形，也有L形、V形、门形等，它们在平面上也没有遵循固定网格，而是错位布置。表面上看，建筑师是想突出这些异形钢结构，但实际上他是在弱化钢构件的结构真实性。这对设计有着相当高的要求，建筑师必须准确把控钢结构形式所带来的视觉和空间效果，而结构工程师必须具备清晰的力学意识和创新能力。

另外，建筑师特意将钢结构涂成黑色，不去强调它与深色玻璃之间的界限和区别。钢和玻璃融合在一起，与浅色的混凝土构件对比鲜明，加之周围的环境、草地、树木亦为深色，形成了视觉上退后的背景，让巨型构件仿佛漂浮于空中（图11）。结构在起到支撑作用的同时，也使房子变得更加轻盈通透，更富有生机。

2.3 搭接的平衡

建筑首层的主要结构包括西侧的大型混凝土I型梁、南侧的倒置U型梁，以及场地内零散布置的钢柱等。这种极大限度架空底层的做法，在现代主义之后的建筑中屡见不鲜，但将如此大型的预制混凝土I型梁直接放置于建筑之中，使其承托一侧荷载并遮蔽室内空间，却是很罕见的结构设计方法。

在传力逻辑上，建筑南侧主入口处倒置的U型梁西端搭接在底层I型梁上，东端则支撑起二层东侧的I型梁，为了平衡这种压力，二层由卧室向南伸出的泳池至关重要（图12）。该项目的结构体系之所以能够实现22～25m的跨度和局部悬挑，每根梁承受重约40～50t的结构荷载，是因为使用了多用于桥梁、高速公路等工程设施的高强度大型标准构件。这些构件虽然强度比普通建筑构件要高许多，但由于尺寸较大且由廉价的混凝土制成，因而价格便宜。

类似的逻辑也被运用在二层。北侧卧室直接使用混凝土板作为楼板，放置于首层的混凝土I型梁和零散的立柱上，保证了卧室的稳定性。二层东侧的I型梁向南延伸，搭接在首层的倒置U型梁上，形成了主入口的悬挑结构。同时，另一根U型梁被放置于建筑二层中央，作为连接卧室的泳道悬挑出来，成为一大亮点。泳道蓄满水后的结构总重是混凝土结构的2倍，将最重的结构放置在中间层的中间位置无疑加强了建筑整体的稳定性。二层的主要受力构件是2根南北向的混凝土梁，其中，二层东侧的I型梁南端搭接在一层U型梁上，北侧搭接在一层独立柱上，为保证该梁的稳定性，设计师将荷载均衡地分布在北侧支柱的两侧，而位于中间的泳道则由南侧U型梁和中间的V形钢柱共同支撑（图13）。

建筑的屋顶层是一个半围合空间，延续了建筑整体“螺旋堆叠”的结构逻辑。位于东西中轴线上的I型梁被V形钢梁承托起来，东端搭接在二层东侧的I型梁上，西端与建筑内部的钢框架及玻璃幕墙相接，形成角部悬挑（图14）。

在建筑最高处，设计师特意在梁的东端顶部放置了重达20t的不规则石块，异质化的视觉效果平衡了I型梁西端由于悬挑而产生的倾覆力，作为结构上的砝码，象征重力的存在。这块巨石让人觉得它就是整个结构系统的拱心石（Keystone），若巨石掉下整个建筑会瞬间倾塌。然而，这样看似简单地“落”在梁上，其实需要通过螺栓固定，构造非常复杂（图15）。

对于建筑整体而言，二层南北中轴线上的泳道与三层东西中轴线上的I型梁相互垂直，配合4个方向上均衡但不对称的构件，将结构重心稳定在场地中央，达到了完美的力学平衡。通过大量转角悬挑和混凝土梁搭接，不但营造了“漂浮”的视觉效果，也诠释了简明的结构逻辑和平衡美学。

2 日落宅基本构件与人体尺度的对比

3 日落宅一层（上）、二层平面图（下）

4 站在日落宅一层游泳池看庭院5 日落宅一层客厅6 从日落宅二层卧室往外看

3 波士顿巨人宅 (Cyclopean House)

在成为麻省理工大学建筑系教授之后，阿布里尔准备在波士顿周边寻找价格合理且舒适的独栋住宅。然而在马萨诸塞州的布鲁克莱恩镇，房子不是太昂贵就是太老旧。最终，阿布里尔决定直接购买一块土地，自己设计并建造房屋[3]。

原有场地是一个不起眼的旧车库（图16），容纳了停车场、车间和服务空间。阿布里尔在这个单层建筑之上组装出了一个开放式生活区，使现有建筑变成了一个2层的住宅单元，迎合了家庭成员的使用时间与生活方式（图17）。

3.1 集成结构和围护体系

新建筑将构件集成为结构体系和围护体系，将服务空间和设施整合在建筑外围，利用7根巨大的横梁划分出烹饪、沐浴、储藏、就座、餐饮、睡眠、工作、投影的空间，其余部分为其他活动区域，并可以根据需要将活动范围临时拓展到中央（图18）。当构件组装成围合空间时，其翼缘板（Flanges）和腹板（Web）凹陷处的间隙可以提供光照和通风，在最大限度保证光照和视野的同时，确保了隐蔽性和隔热性（图19，20）。为避免因现有结构超载而挖掘新地基，这个轻巧的建造系统还采用了创新的结构形式：由泡沫制成的实心芯含98%的空气，除了用钢材加固外，还加设了防火的薄水泥和纤维层[4]。

7 日落宅建成后8 日落宅客厅上方U 型梁和混凝土装置9 日落宅洗手间10 日落宅U 型梁游泳池

11 日落宅浅色混凝土在深色环境中的“漂浮感”

12 日落宅结构图解

13 日落宅东西向混凝土梁受力分析14 日落宅南北向混凝土梁受力分析

15 日落宅固定顶端巨石的细部

16 巨人宅原有场地上的旧车库17 位于波士顿郊区的Cyclopean House

18 巨人宅床、柜子等家具可以收纳在构件之中19 巨人宅构件的上下搭接方式保障了阳光和隐私

20 巨人宅一层（上）、二层平面图（下）

21 巨人宅构件受力分析

3.2 单一构件及其实践

巨人宅的结构逻辑比日落宅更清晰。加建的空间由7根形态稍有不同的预制I型梁围合而成，其中取消了三层向街面的围合，使视野完全开放。这7根梁相互搭接于建筑的4个角部，受力方式较为相似，除二层向街面I型梁由于上方结构缺失，仅在两端受到竖向压力，其余6根梁均承受了上方的均布荷载。巨人宅的构成逻辑与中国传统民居中的“井干式”结构略有相似，与传统的梁柱体系不同，它创新地将大型构件的外覆保温材料作为围护一体化的建筑构件，利用I型梁的腹板面分散并均匀传递荷载（图21）。这种结合了轻型桁架和I型钢的构件虽然没有直接取材于工业或基础设施材料，但其轻质坚固、易加工、热工性能良好的特性优越于传统建筑材料，被广泛运用在阿布里尔创立的POPLab（Prototypes of Prefabrication Research Laboratory）项目之中（图22）。

22 Ensamble Studio 在大跨建筑上的实践

23 威尼斯双年展装置作品“平衡法则”

4 “平衡法则”装置

在这2个项目落成之间，Ensamble Studio受邀参加了2010年威尼斯建筑双年展（Venice Architecture Biennial）。在装置作品“平衡法则”（Balanzing Act）中，两条垂直的预制混凝土I型梁上下叠置，由端部的落地弹簧支撑，简洁地体现了平衡的概念。同时，装置也打破了军械库（TheArsenale）内由屋顶和竖向砖柱形成的序列性展览空间，带来全新的建筑尺度（图23）。

5 异地预制和现场搭建

在Ensamble Studio看来，异地（Off Site）预制和现场（On Site）搭建将成为未来建造的主流方式之一[5]。如果说日落宅是建筑师对此的最初探索，那么巨人宅证明了这种工作方式可以超越空间的界限。

建筑师和结构团队付出在工程设计上的时间远比建造要多，看似简洁的节点需要经过精确的计算，才能形成特殊的网格结构。寻求结构突破的建筑师通常会与熟悉的结构工程师合作，例如克里斯蒂安·克雷兹（Christian Kerez）和约瑟夫·施瓦茨（Joseph Schwartz）、石上纯也（Junya Ishigami）和佐藤淳（Jun Sato），阿布里尔的合作伙伴则是哈维尔·奎斯塔（Javier Cuesta）。和其他独立工作的结构工程师不同，奎斯塔本身就属于Ensamble Studio，因此空间和结构设计在事务所内部就完成了。从开始的概念到最终的构建，建筑师和结构工程师始终作为一个团队一起思考，这种合二为一的持久关系比传统的合作更为紧密。从日落宅搭建过程的概念模型可以看到，明确的受力关系带来了清晰的建造流程，也体现着结构的合理性（图24）。

为进行学术研究实践并开拓美国市场，Ensamble Studio在波士顿建立了POPlab和Ensamble Fabrica实验室，开发用于建造各类大跨建筑的超轻梁。在巨人宅项目中，这些梁在马德里生产，再用集装箱海运到波士顿。除了对人力成本和技术工艺的考虑，他们也希望通过这个案例向世人证明，预制装配的工作范围可以扩展至全球。从预制、运输到装配，整个建造过程都需要全面细致的考量。得益于预制构件的基本形式，2个项目的建造过程都极为清晰简洁，在载重500t吊车的现场辅助下，仅用了7天时间便完成了所有预制构件的装配工作（图25）。

在建筑热工方面，两个住宅完全符合当地规范。马德里和波士顿气候相似，夏季短、热、干燥，冬季长且冷，住宅主要的热工诉求在于保温。在日落宅中，建筑师用保温材料环绕钢梁，并用保温层填充预制构件内部空腔，与中空玻璃共同形成完整的隔断（图26）；在巨人宅中，每个轻钢构件在预制时就被保温板包裹，并在搭接时通过密封胶闭合。

24 日落宅项目建造过程模型示意图

25 巨人宅工人使用吊车进行现场搭建

26 日落宅保温隔热层细部

6 结语

自建成以来，日落宅和巨人宅成为了阿布里尔关于重力的宣言 (Manifesto)。结构就是建筑，它不仅可以传递重力、诠释空间、构筑景观、定义秩序，而且在建设上也具有经济性和真实性。实验性是Ensamble Studio不断探索空间本质的动力，阿布里尔和梅萨致力于开发和创建特定的空间技术，设想利用标准化元素构建非标准的结构，从而使基础设施、建筑与自然相融合。日落宅便是最初的试验田，帮助建筑师设想了其他尺度的可能性。建筑设计所追求的非常规空间体验，需要利用非常规结构，才能自然而然地显示出作品的内在独特性[6]。作为亲密的合作伙伴，建筑师和结构工程师从概念设计到预制建成都要紧密合作，结构工程师不仅负责结构计算，还帮助建立和发展空间概念，完善整个规划和建造过程[7]。这种合作关系确保了建筑在空间体验、材料选用和结构体系搭建上的多维统一。

图片来源

1-12,15-20 Ensamble Studio 提供

22-26 Ensamble Studio 提供

13,14,21 严鑫根据Ensamble Studio 资料改绘