结构工程师还需要手绘草图吗？

发布于：2021-03-18 11:04:18 来自：建筑结构/结构施工图 [复制转发]

结构工程师还需要手绘草图吗？

本文转载自公众号“ Philosophy of Structure ”

一、前言

五一假期，来个轻松的话题。建筑师的草图是帮助他们快速记住灵感的方式，灵感不能拘泥于形式，更是要把那灵光一现的创意快速记录下来。而手绘作为一种简单、直接、快速的方法被广泛应用于设计工作中，它不仅是快速展示建筑方案的手段，也是建筑师在艺术层面的内心表(Tu）达（Ya）。虽然现在电脑技术及使用渲染、三维模型等技术既强大又高效，但草图对建筑师进行最初的设计构思始终拥有独一无二的不可替代性。

我相信大多数有特色的建筑项目仍然会从一张白纸开始，一支笔来进行描绘，当然未来AI技术有可能颠覆，这是后话。

二、建筑草图的流派

灵光乍现的创意，被建筑师用寥寥几笔勾画出来，有的建筑大师的草图有 写实派 也有 抽象派 ，写实派的草图，比如John Utzon悉尼歌剧院的草图

@Utzon

下图是Peter Rice与John Utzon用草图讨论悉尼歌剧院屋顶型式，好像是在教室的黑板上画些草图。

下图据说是Safdie老先生在投标前去朝天门现场调研，突发灵感，随手记录在一张纸上。老先生的草图还是偏写实，笔下的重庆来福士项目草图与实景的对照。

@Safdie

也有抽象派的，比如 Zaha Hadid ， “我非常痴迷于抽象艺术，并且很渴望用抽象的表达打破传统建筑思维。”Zaha独特而独特的草图与项目的具体构想无关。恰恰相反，她的绘画深受他对“艺术抽象”的钦佩影响。

@Zaha

什么样的工具会比我们的双手更好呢？手绘中的不精确性是必要的。计算机绘图非常可怕，因为它们精确无误，但草图就不会。不精确对创作意义重大，我很享受这种由不精确漫步走向精确的过程。——伦佐·皮亚诺

三、结构工程师的草图

在建筑师的世界里，手绘也许永远不会被软件所取代，它是建筑师表达创意一把利器。既然建筑师笔不能离手，那么手绘草图对于严谨、务实的结构工程师来说意味着什么？随着技术的进步和先进的计算机程序的普及，CAD、Revit、Rhino等工具已经越来越深入我们的设计中，未来甚至虚拟现实技术也可能会得以广泛应用，曾经趴在图板上吭哧吭哧一笔笔画图，一遍遍改图已经一去不复返了，那么结构工程师是否还需要手绘呢？

1、让我们看看建筑师、工程师的过去 ——致敬曾经过去，先用铅笔打底图，后用针管笔上线的日子，然后最痛苦的是用刀片一遍遍刮图。

我不清楚过去大师们趴不趴在图板画过图，但是大师的草图才是精髓，他们把创意通过草图发挥的淋漓尽致，下面几张图就是Peter Rice在Menil 收藏画廊项目中如何把伦佐·皮亚诺大师的方案一步步变为现实。草图来自Peter Rice

2、建筑师、工程师的现在 -CAD，Revit 玩的透溜，但是我认为这些电脑程序更多只是用来辅组 制图。

二、手绘是工作坊（workshop)必备神技

结构工程师配合建筑设计一个结构，不仅仅要有一个很好计算分析过程，同时一个项目是否是好的结构设计还体现在是否是与多专业协同的设计，这也是我们Ove老先生一再强调的” Total design "。下图的场景就是我们常说设计工作坊。在一个项目设计过程中，我们经常利用工作坊方式集中解决设计中各专业遇到的各种问题，在工作坊中，我们最常采用沟通方式就是手绘草图，CAD/Revit这时候反倒是辅助工具。大家利用草图，快速勾画自己的设想、思路，使得对方快速理解设计的理念、难点。更重要的是也会利用草图得到一些反馈，产生“碰撞”的火花，寻找出解决问题的灵感。

在工作坊我们需要快速响应建筑师、其他专业工程师的问题，即使你CAD再快，也不及用笔直接在图纸上快速表达，此时电脑最多是个辅助工具，量一下尺寸、面积什么的。下面草图都是来自实战的工作坊：

减腋梁做法

如何满足3m净高

24m大跨度拱形梁协调图

地下室防水做法

三、草图还可以帮助更好的理解

在平时与建筑师、机电工程师沟通时，从简单组合楼板做法，建筑体型的气动优化，到向业主汇报复杂的地下室做法、施工顺序介绍等。

组合楼板 大样

楼面水平支撑大样

重庆来福士环带桁架

建筑体型优化（是不是有点抽象派的赶脚？）

埋深不同的地下室做法

屋面施工工法

重庆来福士空中连桥方案设想

四、草图可以快速表达创意、探索想法

1、在公众号第一篇文章中曾介绍过Kingsgate bridge，下图就是Ove老先生设计这个桥时最初的创意。

2、大家还记得我曾经多次介绍重庆来福士项目的一项发明—带剪切耗能件的钢+混凝土墙组合伸臂体系。它最初设计构思是传统钢结构桁架。

然后有一个周末，我们Michael突发奇想，发给我如下的草图，这就是最早组合伸臂结构的雏形。

钢撑+混凝土墙组合伸臂结构

五、专业沟通

在我们日常设计中，草图也是我们检讨方案、相互探讨必不可少的手段。

1、例如不同结构方案的比选

2、节点做法

3、耳熟能详的结构力学—力流分析，简介明了，抓住结构本质。

法国著名的工程师米歇尔?维勒迪（Michel Virlogeux）是“flow of forces”应用于设计的倡导者，他认为：“工程师在设计和分析结构时，必须知道力流（flow of forces），并对能够解决问题的结构和物理现象有清晰的理解” 。下面几幅图来自一些经典项目的实际分析，看到这么简单的“力流”图，你是不是有种豁然开朗的感觉，wow，原来结构体系这么简单。(注：下面四张图摘自）

杜勒斯航展楼

香港汇丰银行

联邦储备银行

伦敦证券交易所

联邦储备银行和伦敦证交所，一个把拉索（受拉）用在转换结构，一个把拱（受压）用在转换结构，都是最大发挥结构效率。

六、手绘草图技巧

1、一套齐备的绘图工具（我不在这里带货??）

铅笔、钢笔、中性笔、针管笔、马克笔、卷筒硫酸纸、笔记本。其实工具不在多而全，一只中性笔、一个笔记本就足以。

2、画线是基本技能

-线型要有粗有细，突出重点

-用尺子

-摇摆线（蝌蚪线）

-交叉线更漂亮。

3、尽可能利用建筑或者CAD底图

利用建筑底图，根据结构抗震缝位置，用不同颜色区分不同抗震单元。

抗震缝分区图

4、用不同色彩的荧光笔去区分不同构件/不同专业，。想突出表达的一定要用醒目的颜色，比如结构的钢梁用红棕色，机电管线用绿色，建筑面层/吊顶用灰色等。

5、3D or 2D

除非你受过训练，没有一点透视本领，轻易不要画3D草图，当然3D的草图绝对让建筑师对你刮目相看。

六、后话

国外工程师对手绘草图一直很重视，似乎还很享受。EngineeringClub网站居然还有一个Engineering skech award，这个评奖致力于鼓励更多地使用手绘技术来交流设计和想法，同时提供一次机会让专业人士聚在一起分享例子和比较技能，奖励手绘制图在许多类别的最佳例子。下图就是Engineering Sketches Prize 2018获奖草图