弗雷·奥托的自然结构

李兴钢

1 书籍封面

我曾数次参观弗雷·奥托的经典作品慕尼黑奥林匹克体育场（1972建成），最早的一次是20多年前，我在法国学习期间去慕尼黑建筑旅行，后来因北京2008奥运及2022冬奥工程需要进行建筑膜结构考察，又分别去过几次。当代膜结构材料已经发展到很高的水平，当时的我认为，奥托这个20世纪60年代末70年代初的作品显得过气（这是我的认知局限，其实网状结构可视为膜结构的发展和提升，可以获得更大的跨度，并可实现快速预制拼装，更具当代价值和意义），并有些我不是很喜欢的技术化特征，反倒是感觉这群建筑在公园的场地中对自然地形的利用和塑造很有特色，不愧为经典。2012年，弗雷·奥托在去世之际收获普利茨克奖，将他拉回到当代建筑界的聚光灯下，但这似乎也并未获得巨大的共鸣和反响。然而，这次受邀写序并有机会阅读他与博多·拉希的著作《找形——走向极少建筑》（Finding Form:Towards an Architecture of the Minimal）却引起了我的共鸣。

1992年5月21日，弗雷·奥托被授予德意志制造联盟奖，颁奖仪式后开幕的慕尼黑施图克别墅（Villa Stuck）展览中陈列了超过150个研究和设计模型，对比书中收录的这些以模型和实验方法进行“自找形设计”的大量作品，奥托的建成作品其实仅是其中的极少数，即便只有如此少量被建成，也均已成为经典。这些研究设计作品中包括生成最小表面的肥皂泡、充气有机材料薄片或薄膜、悬链绳网模型、倒置悬挂链网壳体、砂堆漏斗、倾斜旋转稳定性测试、最佳路径观测、区域占据实验等多种实验方法，呈现出建筑设计找形研究的多种可能性。帐篷结构、网状结构、充气结构、悬挂结构、拱/穹/壳体结构、枝形结构、能源和环境技术结构、折叠结构、伞式结构等，如此丰富多彩，令人眼界大开。它们既是精彩而合理的结构，又创造出情理之中、意料之外的形式，同时又是大胆而前卫的发明。

从中，我窥到在他之后的很多“后浪”建筑师的著名建筑作品中，都或多或少受他影响，甚至有直接移用的影子。还有若干个让我印象深刻的案例，诸如，萨洛姆湾伊丽莎白二世庆典帐篷（1981年）、利雅得外交官俱乐部（1988年建成）、蒙特利尔博览会德国馆（1967年建成）、斯图加特轻型结构研究所（1964年）、慕尼黑海尔布隆动物园鸟舍（1980年建成）、三个充气支撑穹顶的工厂（1958年）、内设排水系统的充气大厅（1962年）、“南极洲城市”研究项目为保护居住小镇免受气候影响而修建的跨度2km充气大厅（1971年）、加拿大“58°以北”城镇覆盖的透明薄膜屋顶、气鱼1号/2号充气飞艇及气鱼3号飞行宾馆（1982年）、乌尔姆医学院及高等专科学院、曼海姆网壳（1971年）、赛维利亚世界博览会德国馆竞赛方案（1992年）、德国磁悬浮火车系统轨道（1991年）、索网支撑的膜结构水坝（1962年）、水塔和悬挂弹性容器（1962年）、有害废弃物堆放场500m跨度移动式绳网膜穹顶（1962年）、卢森堡维尔茨露天剧场1 200m2折叠屋顶（1988年）等。这些案例即使在数字设计、建造技术、科学及审美潮流已如此发达的当代，也具有深刻的启发性、预言性和超前感。博多·拉希作为奥托的学生和合作者，延续和发展了奥托的工作和思想，作为一个虔诚的伊斯兰信徒，在伞状结构领域（为麦加和麦地那圣所设计）做出了令人尊敬的成果。

这些精彩的结构和形式，都是基于一种对生物自然和非生物自然中形式生成过程的深刻认识。奥托认为，宇宙中所有的物质实体（包括自然的物体和人造的物体）都是结构，“结构意味着将物体放到一起并建造起来”。物体通过成形过程获得自己的形式，这种形式来自于所有的自然范畴，包括非生命自然和有生命自然，生命自然的成形“使用”了很多非生命自然的元素和自成形过程。人类作为生物自然中动物的最高等种类，可以利用工具和其他物体作为身体的延伸，并发展出技术和艺术手段来制造更多的工具，优化并满足自己的需求。

但是，人类在支配技术和艺术手段发展出无穷无尽的新物体，对自然进行加工并“改造自然”的过程中，产生了“不自然”甚至“反自然”的现象，让人类与自然愈加疏远。用奥托的话讲，人类盖了太多的房子，侵占空间、土地、物质和能源，却“不知道自己正在摧毁自己的世界”。奥托不断提到“人工与自然”“人造自然”，并追问，作为建筑师如何系统地了解建筑和自然之间的连接究竟在哪里？他希望，建筑师能够为人类居住之地建立新的与地球表面生态系统相融合的建筑，一种全新的、根植于自然而进行研究（和设计）的建筑，那将是“在人类指导下自成形、自优化的建筑”。生物学家的工作为此提供了很大的启示，他们致力于人类结构和生物界结构自然属性的研究，发现所有的生命体都恰当地遵从着某种形式原则，由某种单一结构组成。因此，奥托提出了“自成形”（Self-formation）和“自然结构”（Natural Constructions）的理念，并采用“反向路径”的方式观察结构产生的过程，试图对两种自然中的形式形成进行研究、实验、设计，以产生出上述的诸多成果，体现了一种对自然、技术和艺术的新的理解。

“自然结构”是奥托思想和设计的核心。自然物体是自然的结构，是自成形过程的结果，人类既可以模仿自然过程，也可以制造人工物体。设计者需要寻找的是能够清晰呈现物体产生过程的、具有本质特征的结构，是那些“不可改进的事物”，是真正的“经典”。

技术作为人类的工具，不过是自然事物的产物，而并非用以对抗自然的手段。那些自成形过程达到较高水平的技术对象，将成为奥托心中向往的“自然和人工的天然连接”。艺术物体是人造物，是人工的产物，但最终也是自然过程的结果，自然之物是艺术的来源，艺术最终也将变成自然——弗雷·奥托希望最终将建筑营造为自然或自然的一部分。在生态环境恶劣的背景下，建筑师应联合生物学家、工程科学家、协同学家、人类学家，乃至艺术家和政治家等所有关心自然和人类的人士共同工作。为了人类的现在和未来，要创造生态系统城市、生态建筑，以及体量更小、更轻、更节能、可移动性和可适应性更强的、更自然的建筑，也就是真正的“极少建筑”。因此，奥托被誉为是“一个推动不同学科的发展、建造适于人类生活的建筑的建筑师，一位训练有素、知识深厚、探索真理、洞察社会和政治的专业人士。”他的为人、观念、工作和研究设计成果，都值得建筑领域乃至社会、教育、专业和职业等相关各界人士深深省思。

戈尔德·普法芬洛特（Gerd Pfafferodt）在授予奥托德意志制造联盟奖的致辞中有言，“得体的结构具有自己的尊严，就像人类能够直立并俯瞰大地后意识到人类的尊严。”弗雷·奥托创造了无数令人敬仰的“得体结构”，他是一位技术发明家、卓越工程师、前卫建筑师、形式创造者、艺术家、自然和生态环境主义者，也是永不过时、可以不断引发我们深刻思考的导师。

2 建于1963 年的汉堡国际园艺博览会中，大型波浪形展厅的夜景。

3 平行波浪帐篷的肥皂泡模型。

4 建于1981 年的伊丽莎白二世庆典帐篷的设计模型，位于萨洛姆湾。

5 1973 年研制的沙罗白帐篷可以遮蔽任意面积的区域。

6 1973 年研制的沙罗白帐篷可以遮蔽任意面积的区域。

7 雪中的轻型结构研究所帐篷。

8 位于沙特阿拉伯的利雅得外交官俱乐部建于1988 年，现为Tuwaiq 宫。从半圆形窗底部向上看，天窗盖住了膜结构与围合墙体交接处的上部。

9 位于沙特阿拉伯的利雅得外交官俱乐部建于1988 年，现为Tuwaiq 宫。从半圆形窗底部向上看，天窗盖住了膜结构与围合墙体交接处的上部。

10 蒙特利尔世界博览会德国馆建于1967 年，展厅根据弗雷·奥托和罗尔夫·古特布罗德的竞赛方案而建，带有PVC 面层的涤纶布悬挂于网格下50cm 处，形成膜结构屋顶。

11 蒙特利尔世界博览会德国馆建于1967 年，展厅根据弗雷·奥托和罗尔夫·古特布罗德的竞赛方案而建，带有PVC 面层的涤纶布悬挂于网格下50cm 处，形成膜结构屋顶。

12 轻型结构研究所位于韦兴根市的斯图加特大学校园里，是少数得到长期使用的帐篷。该建筑作为登记保护建筑，于1933 年进行了修复。屋顶、地面、玻璃外墙，以及屋顶上的开窗（“眼”）都得到了更新。修复计划与现场指导由博多·拉希建筑事务所完成。

13 轻型结构研究所位于韦兴根市的斯图加特大学校园里，是少数得到长期使用的帐篷。该建筑作为登记保护建筑，于1933 年进行了修复。屋顶、地面、玻璃外墙，以及屋顶上的开窗（“眼”）都得到了更新。修复计划与现场指导由博多·拉希建筑事务所完成。

14 1970—1971年，弗雷·奥托的Warmbronn 工作室和丹下健三、奥雅纳工程顾问公司一起筹划建造“南极城市”（City in Antarctica），计划用一座跨度2km 的充气大厅覆盖整座小镇，供人居住。

15 乌尔姆医学院设计使用玻璃和钢悬挂结构，空间下部为自由插入的房间。

16 乌尔姆高等专科学院的悬挂结构。

17 曼海姆联邦花艺展览会的网壳，建于1971 年。

18 德国磁悬浮火车系统轨道使用带扇形分枝的结构形式，通过多种结构形式呈现了从实心梁到细网格梁的工作过程，细网格梁展现了静态—动态连续统一体。

20 卢森堡维尔茨一座古堡的露天剧场的折叠屋顶修建于1988 年。折叠屋顶有展开和折叠两种使用方式：展开的膜结构形成了一个巨大连续的马鞍形屋顶；折叠后的膜置于观众席后方。

19 卢森堡维尔茨一座古堡的露天剧场的折叠屋顶修建于1988 年。折叠屋顶有展开和折叠两种使用方式：展开的膜结构形成了一个巨大连续的马鞍形屋顶；折叠后的膜置于观众席后方。

图片来源

1-20 来源于文献[1]