建筑机器背景下的钢结构运用

●  机械美学的产生

早在18世纪中叶，意大利版画家皮拉内西就向人们描述了一座巨型工厂画面（图1），其工业化场景与机械化空间完美地预见了半个世纪后的工业场景，此时，机械美学已在建筑史和艺术史的土壤里埋下了种子。

图1  皮拉内西作品巨型工厂

在1851年伦敦世博会上，水晶宫横空出世，钢材与玻璃构建的巨大体量象征着工业文明的高度发达。在水晶宫里，钢材既作为结构，也作为装饰，钢铁制的线脚，简单的几何形态以及超出结构需求的美观构件，在当时引起了极大争议：新时代的建筑应该是什么样的？很多人在当时甚至不把水晶宫当作建筑，只将其作为一个巨型机械。但从那之后，机械美学就在争议中逐步成长起来，从工艺美术运动到德意志制造联盟和包豪斯，人们逐渐接受了生活中广泛出现的金属制品，机械美学也成为现代主义中不可缺少的一部分。

●  工业化背景下的建筑

随着工业持续的更新和理论的发展，工业制品中已经体现着机械美学，但其距离建筑学仍有一定距离。20世纪初，随着《未来主义宣言》的发表，人们开始怀着极大的热情去追求速度、科技与效率。作为德意志制造联盟的代表人物，彼得·贝伦斯贯彻着高效、经济的原则，摈弃不必要的装饰并将建筑形体的简单与透明作为一种美学，建造了通用公司透平机车间等工业建筑。在这些建筑中，钢结构构建起了明确而简洁的秩序，提供了灵活且开敞的内部空间，立面上大面积的玻璃提供了有效的自然采光，从中可以看出如机器那般严谨的逻辑已经开始进入建筑领域，从那时起，钢材作为新兴建筑材料，开始从工业建筑向各类建筑扩展应用，而玻璃与钢结构结合而获得的纯净形式也一直得以延续。

建筑机器这一概念可以追溯到柯布西耶提出的“住宅是居住的机器”，其《走向新建筑》更是奠定了建筑机器主义的基础。在世界大战之后，大量灾民无家可归，被摧毁的城市也急需通过快速、高效的建设来恢复往日活力，这就为建筑机器主义带来了机会。柯布西耶所提出的建筑机器概念，追求功能与经济性，有着精巧的构造和简洁的外表。在面对新需求时，给人们带来了新的审美可能，在建造的逻辑上，如工程师那般解决问题的逻辑也更为清晰，其作品中呈现出一种机械之美和功能之美。

同样作为现代主义大师，与柯布西耶同时期的密斯一样贯彻着机器主义的美学，与柯布西耶不同，柯布西耶擅长使用钢筋混凝土打造简洁的功能空间，而密斯则擅长使用钢结构，创造极“空”的建筑空间。在其代表作克朗楼（图2）中我们可以清楚地看到密斯的建筑思考。在克朗楼中，密斯使用了最为擅长的工字钢，作为构件的同时为建筑立面带来了极为简洁的视觉效果，8根间距为18m的工字钢和1.8m高的钢梁构成了4榀巨大的门式刚架，撑起了2,376㎡的教学空间，屋顶则悬挂在钢梁之下。除了这8根巨大的工字钢外，密斯以3m的间距在这些大工字钢之间设置了更小尺寸的工字钢柱，以支撑四面的玻璃墙体，最终，克朗楼实现了内部无柱的超大空间，内部可以完全通过隔墙进行空间的灵活划分。在其钢结构与玻璃幕墙中也体现着技术精美主义，这是继承了建筑机器主义的美学，工字钢有着严格的模数规定，整栋建筑使用了1.5m×1.5m的模数，工字钢准确地落在模数网格上，8根大工字钢与其他小工字钢有着主次之分并且在立面上呈现出明确的秩序感。磨砂玻璃与透明玻璃也有着明确的划分，保证了空间的透明性和内部的私密性，自然光线将树木和工字钢的影子带入室内。

图2 克朗楼结构示意   

整个建筑从外到内，从钢结构到玻璃，都体现着机器一般的建构逻辑，主次分明、严谨可控。密斯对于钢结构的性能更是运用到了极致，试想当时如没有使用钢结构的话，建筑内部必然无法实现如此通透的效果，墙和柱会破坏内部空间的透明性和灵活性。而钢结构的自重较轻且强度高，可以实现大跨度的无柱结构，因此能围合出超过2,000㎡的大空间，高强度的工字钢体积也远远小于同时期的其他材料，在建筑立面上营造出轻盈的效果与美感，使建筑从外到内完全能够实现密斯所追求的透明与自由。这样一座校园建筑，背后的逻辑是工业化生产的建筑体系，密斯让人们看到了如机器生产那般严谨的思维之下，由秩序感创造的机械美学，建筑机器，不仅体现在了建筑的外表，更是从建筑生成的开始就遵循的逻辑。

●  钢材创造的结构机器

钢材在建筑中的广泛使用，离不开其优秀的结构性能，正是在结构稳定的基础上建筑的机械美学才得以体现。在钢结构的运用中，从结构机器迈向建筑机器也历经了时间的考验。

钢结构的优势是非常明显的，钢材的强度较高，柔韧性也高，与传统钢筋混凝土建筑相比，其强度高、自重轻、刚性好、成型能力强，而且自重远低于砖混结构。这些优点保证了钢结构建筑能够在短期之内完成施工并且有着很好的耐久性和灵活性，可以实现无柱的大跨度结构。在钢结构发展初期，它主要作为结构机器使建筑实现结构上的稳定。    

在20世纪20年代，当钢结构还未广泛应用于建筑中时前卫艺术家和建筑师切尔尼科夫便开始了对于机器与建筑的畅想并完成了许多构成主义作品，这些作品主要由3种元素构成 ：（1）由线、面构成的具象现代建筑元素，线往往代表了窗格与建筑的外轮廓，以极简的形式表现了现代建筑之抽象美，错落的形体与线条产生强烈的旋律感，加上强烈的色彩给人以强烈的视觉冲击力 ；（2）厂房桁架及钢结构、天线、管道等工业时代元素，这些元素由工厂常见的结构形式变形而来，制造出一定的结构暴露的工业形式；（3）直接运用的抽象形体作为建筑单元，以表现大规模建筑群体空间构成（图3）。这些元素单个都较为简单，有些甚至是单个的方形体块，图面一般是以鸟瞰透视表现，表现的空间更广，整体构成结构也更复杂。

图3 切尔尼科夫作品

在其作品中我们看到了他对于钢结构的畅想，通过构成的表现，创造出了尺度巨大的空间。而且切尔尼科夫的创作并非完全的天马行空，他意识到了钢结构带来的无限可能，人们从中可以看到钢结构的直接暴露，让其作品如同能够“站立”和“行走”的结构机器那般。

在切尔尼科夫之后，英国的阿基格拉姆事务所更进一步，开始畅想“行走城市”（图4）。在他们的畅想中，“行走城市”就是一个巨大的结构，不存在建筑，人们就生活在这个巨大“架构”之中，钢结构为这个行走的机器提供可靠、有效的支撑，搭建了一个个巨型的结构机器。阿基格拉姆以机器作为出发点，构件和设备是硬件，人是软件，硬件依据软件的意图来运行，最终建筑本身将被硬件所替代，走向非建筑。他们“去建筑化”的观点在当时饱受争议，建筑成为了单纯的结构机器。但同时他们前卫的观点也引发了人们的思考，如果钢结构作为结构机器就能满足人们的生活需求，那么建筑的存在又与结构机器有什么区别呢？在此基础上，建筑师们进一步探讨和思索建筑、机器与人的关系，这为后面建筑机器的发展奠定了基础。

图4 阿基格拉姆的“行走城市”

●  从结构机器走向建筑机器

从20世纪初到20世纪中叶，钢结构始终扮演着结构机器的角色，而从结构机器迈向建筑机器，又需要建筑师们不断探索，去发掘钢材背后除建筑结构以外更为广阔的使用空间。

在这个转变过程中，蓬皮杜艺术中心（图5）有着不可忽视的作用。蓬皮杜艺术中心建筑面积超过10万㎡，6层高的艺术中心全部由裸露的钢管和各类金属构件包围，犹如一个钢铁怪物。整个建筑中央有着44.8m的净跨度，加上两侧各6m的服务空间，总跨度达到了56.8m，为了保证内部空间无柱可寻，在建筑外部采用了28根支柱，同时以短支撑悬臂梁的方法支起桁架主梁，短的一头支撑着主跨的桁架大梁，被压翘起的细长一头则由固定在建筑底部的拉杆紧紧拉住。再次利用钢结构重量轻、强度大的特点实现了超大跨度的结构。

图5 蓬皮杜艺术中心结构示意

蓬皮杜艺术中心对于钢结构的表达，不仅仅停留在结构上，在结构上它已经体现出了结构机器所具备的特点，准确、精密且极度工业化，除此之外，它还进一步实现了建筑机器。艺术中心的外立面虽然都是裸露的结构，但它并不会让人感到如同工业机器那般的冷峻、冰凉，大小不一的钢构件在外部保留机器般严谨的秩序。除此之外，最引人注目的是通过鲜艳的涂料装饰，建筑外立面展现出活泼的个性，而且在这些多彩的颜色之下也遵循着一定规律，例如空调管路是蓝色的，水管是绿色的，电力管路是黄色的，而自动扶梯是红色的，这些管线本身的粗细、大小也存在着差别，因此建筑展现给人们的一面是丰富多彩的，并不像传统工业建筑那般枯燥无味。

可以说蓬皮杜艺术中心在继承了结构机器的基础上将建筑美学纳入其表现之中，让钢结构在除了建筑本身的结构作用外具有更加丰富的表达，成为建筑美学的一部分。

到了21世纪，钢结构在建筑机器中又收货了更多的可能。来自法国的布鲁瑟建筑事务所在保留了传统建筑机器主义的基础上进一步拓展并深入研究建筑机器主义，20世纪的建筑机器还停留在简单、醒目的建筑外在形式，而布鲁瑟事务所将机器的概念纳入到时间纬度中，注重建筑中的部件所呈现出的运动过程，他们将建筑机器的概念在结构机器的基础上拓展出气候机器、功能机器。

在昂格雷伊萨拉布馆中，布鲁瑟为其设计了可开启的立面（图6），轻巧的钢制构件与玻璃组成机构，可让立面如同机器一般运动，体现着新时期的机器主义。

图6 昂格雷伊萨拉布馆可开启立面

而对于功能机器，布鲁瑟也作出了独特的回应，他利用了钢结构内部空间的灵活性与适应性。传统的建筑机器根据楼层和隔断进行空间的划分，而布鲁瑟则是让内部空间在时间流动中仍然保持灵活，在钢结构架起的超级L住宅项目中，通过安置“预期楼板”，能够满足不同适用人群对空间大小的需求，改变建筑容量，使得建筑内部的面积也处在“运动”之中（图7）。钢框架带来的通透玻璃界面塑造出开敞的公共空间，同时保证了通风和采光，使得自然光线的运动也参与到建筑机器的构成之中。

图7 超级L住宅预期楼板系统

布鲁瑟事务所对于建筑的设计完美地契合了他们新时代的“时间”介入的建筑机器概念，将人的运动，建筑空间的运动作为整个机器运作的一部分，创立独特的理论并付诸实践，钢结构创造的灵活空间带来了多种可能性，同时钢材在建筑中除结构之外也能被发掘出更多潜能。

●  结  语

纵观建筑机器理论从萌芽发展至今，其内涵已极为丰富，而钢结构的运用也作为其发展的见证一直延续至今，向人们展现着机械美学。这是一个打破传统、不断完善的过程，人们的审美和建筑的发展都因此产生了重大改变。钢材一开始仅作为结构材料体现在建筑中，随着理论和实践的发展，我们看到建筑机器已经不止体现在建筑的外表上，而是着眼于机器内核，即严谨逻辑与科学逻辑下的运动，钢的特性，尤其是强度高和重量轻，为建筑师实现机器的梦想提供了有力保障。

建筑机器的未来仍有多种可能性，机器性体现在使用者与建筑的交互之中，这是人与建筑的对话，而随着科技发展，建筑材料也在不断更新，而钢材始终以其干净、简洁的形式向人们展示着建筑机器的机械之美。