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空间折叠 | 结构大师卡拉特拉瓦

班门MOOK 2017-03-26 19:40:05

本文发表于《班门》MOOK第三期《铁之温》，请勿转载。

文/王汉军

2016年3月3日，在911事件世贸大厦遗址上，新的世贸中心交通枢纽地铁车站开放了。

它像一只展翅的白色钢铁巨鸟，由西班牙建筑大师圣地亚哥·卡拉特拉瓦（Santiago Calatrava）设计，灵感来自于孩童放飞鸽子的情景。

因为工期拖延，严重超支，在开放使用前的几年中，报纸上的批评家们鼓动起自己的言语，箭一般射向卡拉特拉瓦。《大西洋月刊》（The Atlantic）的网络媒体“城市实验室”（CityLab）在一篇文章中历数这座建筑的各种设计问题，比如楼梯太窄，不足以容纳晨间上班高峰的人流，白色大理石地面可能有令人滑到的危险，文章说“……新枢纽辜负了它的客户”。其他报章评论也毫不客气，说它是“自我放纵的畸形物”、“对公帑的可怕浪费”、“辉煌的无用之物”。

这些媒体似乎完全忘记了，在项目计划之初，卡拉特拉瓦的设计刚刚拿出来的时候，他们怎样颂扬这雕塑般的巨鸟。

这座车站地面上的建筑结构，全部由钢铁搭建，高高的钢铁骨架依高低次序，安插在地下基础上。密布的骨架的顶端，再伸展出一根根钢铁的“骨翅”，合起来，就成为两只张开的翅膀。在这座建筑身上，我们能看到卡拉特拉瓦所有建筑与结构设计风格。

它毫不遮掩地向世人展示着它能够站立的依凭：它复杂的钢结构。结构本身，就是建筑体的外立面，仿佛提纯了空间，并显示出一种不可抑制的飞翔欲望。

要折叠空间的男孩

卡拉特拉瓦出生于西班牙贝尼马米特（Benimàmet），这里原先是个小城市，现在已经成为一个区，并入西班牙巴伦西亚市（Valencia）。卡拉特拉瓦母亲的家庭有犹太血统。而他的姓，是中世纪时期古老的贵族名号，在历史上，这个贵族与西班牙的一个骑士团有关联。他父母家都是做农业出口生意的，经常各处走动，他们有时候也会带着小卡拉特拉瓦，帮助他形成开阔的眼界。

在《圣地亚哥·卡拉特拉瓦：运动的诗篇》一书中，作者亚历山大·佐尼斯（Alexander Tzonis）对此有非常浪漫的描述：

“少年与父亲一起在瓦伦西亚徜徉时，这座城市中美丽的中世纪和文艺复兴建筑，包括著名的建筑结构精品——梅尔加多商业交易所（Lonja del Mercado），都使年轻的卡拉特拉瓦受到了耳濡目染的熏陶。当回到乡下与世隔绝的村庄后，卡拉特拉瓦又整日沉醉在观察大自然、绘画和富于想象的游戏中，其中包括构筑可以飞行的精美结构体。”

除了这种家庭生活背景的浸润，卡拉特拉瓦的艺术教育也很早开始了。他在8岁的时候去了一间艺术与手工艺学校参加绘画班。14岁，母亲又送他到巴黎学习法语，17岁又到瑞士学习德语。高中毕业后，卡拉特拉瓦到巴黎就读高等美术学院。但他到达不久，1968年5月的法国学生运动使学校停课，他只能回到了家乡。

但此时，他决定从美术转向一个新的领域。“我一直对数学很感兴趣，所以我转向了建筑，这是一个很好的平衡。”卡拉特拉瓦在巴伦西亚理工大学（Polytechnic University of Valencia）获得了建筑学的学位。1975年，他离开西班牙，在瑞士苏黎世的联邦理工学院（Swiss Federal Institute of Technology）获得了土木工程的专业学位，掌握了结构工程学的知识。

在社会分工极为细致的工业社会，建筑学与工程学成为两个分离的专业，如米开朗基罗那般的通才在这种情形下难以出现，结构工程设计常常失去与社会、环境和美学的对话机会。而通晓建筑学和结构工程学两个专业，是一项巨大优势，使卡拉特拉瓦最终成为20世纪结构工程学最卓越传统的一员。他通过打破如今常规的专业之间的藩篱，使我们重新思考形式、结构与建筑的功能之间的关系。这就像那些伟大的先驱，比如罗伯特·马亚尔（Robert Maillart）、皮埃尔·奈尔维(Pier Luigi Nervi)、弗雷克斯·坎德拉(Felix Candela) 与爱德华多·托罗哈（Eduardo Torroja），他们都超越了仅仅解决技术问题的层面，对于这些工程大师们来说，结构是在注重效率的科学标准与创造新形式之间进行平衡。

卡拉特拉瓦将这种平衡的技巧推向极致，他认为结构工程学在建筑设计中是“可能性的艺术”，并不断寻找并创造一种新的形式语汇，这语汇建立在技术诀窍上，却又不是对技术的盲目的赞歌。

1981年，卡拉特拉瓦凭借极具天才的论文《论空间结构的可折叠性》（On the Foldability of Space Frames）获得博士学位，这篇论文是他结构大师道路的起点，未来他如魔术般幻化出的诸多建筑结构，也都能在其中寻得踪影。

卡拉特拉瓦提出了一个结构理论：它试图系统地生成与示范将三维结构折叠成二维结构，而后再变为一维结构的所有可能性。听上去，它和电影《盗梦空间》中折叠城市空间一样奇妙。但实际上，卡拉特拉瓦的论述是由精确的计算与缜密的分析组成的。

在论文中，他假设用刚性长杆与各种活动节点结合成几何多面体，然后让这种多面体做移动、折叠、打开的运动。依靠节点和杆的机械活动，卡拉特拉瓦可以设计出无穷无尽的曲线与曲面的变幻，并创造一种由一维到三维的结构体系。严谨的计算使这种结构抵抗压力与保持稳定的需求得到满足——这是未来建筑结构的基本要求。而在那些枯燥的数字中，又升腾着卡拉特拉瓦对形体变换的欲望，他最终借此完成了许多飞翔姿态的建筑体。

而助力卡拉特拉瓦想象力飞翔的，还有建筑大师勒·柯布西耶（Le Corbusier）。卡拉特拉瓦曾经对勒·柯布西耶的朗香教堂深深着迷，在做学生的时候，他曾专为这栋建筑画过素描。朗香教堂于1955年诞生在法国东部上索恩地区的一座小山上，与周围山丘和草地的景观相呼应，它有着粗糙的混凝土“皮肤”，屋顶极厚重，却又带着小山丘地形般的轻盈曲线，勾勒出无拘无束的运动与冒险精神。这座小教堂给当时的建筑师们带来了强烈的精神震撼，对陈腐而呆板的建筑设计理念发起了挑战，被公认为工业革命以来世界上最伟大的宗教建筑之一。

卡拉特拉瓦接下了勒·柯布西耶的精神接力棒，做起旧时代的伟大叛徒。

活生生的建筑体

拿到博士学位之后，经过几年的奋斗，卡拉特拉瓦在苏黎世有了自己的建筑师事务所。在他的办公室里，曾经挂着一个奇怪的工艺品：一只狗的完整骨架。那是苏黎世一个学兽医学的朋友送给卡拉特拉瓦的礼物。这位同学曾和卡拉特拉瓦在一起合租公寓。

“当时我正在读博士，我帮助他画论文里的插图。然后他就把这个骨架送给了我。”

30多年后，在西班牙巴伦西亚突利亚河干涸的河床上，卡拉特拉瓦使一具巨型“白色骨骸”沉默地伫立于浅蓝水面的包围中。这是卡拉特拉瓦主持设计的“艺术科学城”中的菲利佩王子科学博物馆（El Museu de les Ciències Príncipe Felipe），它仿佛一只庞大的远古生物历经沧古之后剩下的骨架，建筑整体有犀利的几何形状，支撑这个形状的，是两端对称的复杂三角形斜拉构件。这些建筑结构一共用去58000m³混凝土以及14000吨钢材。在设计时，它的外形模仿的是鲸的骨架。

对生物的仿照，是卡拉特拉瓦结构设计的关键基因。他特别着迷于人体解剖学，因为早在文艺复兴时期，人们就将解剖学作为确定尺度与比例的基础。卡拉特拉瓦说，“在解剖学中，张开的手掌的形象、眼睛的形象、嘴和骨骼的形象都是灵感的源泉。通过研究我们身体的机构，你可以发现一种对建筑非常有益的内在逻辑性。”他会向来访的记者舒展自己的手，摆动自己的大拇指，然后说：“在我的手里，就有一点点建筑与工程的元素。”

卡拉特拉瓦第一次尝试利用人体与解剖学概念进行创作是瑞士苏黎世的斯塔德霍芬火车站（Stadelhofen Station）的扩建工程。车站的柱子结构来源于他对自己手掌的研究，在麻省理工学院做讲座时，他说：“张开的手掌，代表着真诚与开放，我从张开的手掌又想到了手掌的侧面，我选择拇指与食指之间的部分使之变为柱的形式。”这种模仿贯穿于整个项目，主要的扶壁柱、候车的棚架都是这种手指张开的状态，并使之成为车站建筑外观的一大特征。

就这样，卡拉特拉瓦在在设计中将建筑本身设想成人体，他说，“不管怎样，事物的尺度总是与我们的身体有一定的关系，建筑也非常自然地与人的尺度相关，因为它本身就是为人建造的。这使得解剖成为创作灵感的一个源泉。”

1988年，卡拉特拉瓦接受瑞士混凝土协会的委托，在瑞士的巴塞尔建筑展览会上设计过一个亭子。他对人体的“迷恋”在这个能使混凝土运动的机械结构建筑上完全显露。这是一个肋骨式的，类似环形的结构，就像人体的胸腔。由14根长达7.8米、重1.2吨的肋骨状混泥土悬臂组成。而在材料的运用上，卡拉特拉瓦试图赋予混凝土以一种感官的效果，“类似肌肉与皮肤”。而它的流线型造型，需要考虑悬臂内部的钢材受力情况，并且要在混凝土加工过程中对温度进行精准控制，这些“肋骨”通过曲柄上与类似关节的构件相连，使每一支都能活动——这又是对人类手臂活动的仿照。

在这种仿生设计中，卡拉特拉瓦使细部形体的作用超出精致结构构件的范畴，有如抵达了“有机”的彼岸。他说这种有机的想法是“在探讨一片细部构件如何与另一片构件搭接的过程中逐渐产生的”，而最终，“它使我们可以如神话般地在再现人的胸膛”。

卡拉特拉瓦对人体器官最辉煌的仿生运用，还是在艺术科学城中。其中的核心建筑是天文馆（Hemisféric），这座建筑被设计成一只张开的巨眼形状，它也被称作“智慧之眼”。巨眼”有110米长，中央最宽处有55.5米。

屋顶是狭长的铝制材料的曲面遮阳板。侧面的混凝土拱柱支撑着透明的侧顶，并连接着下沉的廊道。在馆中央，一个球体端坐着，像极了一只眼球。拱的一侧有一道巨大的门，其开启与闭合，是对人类上眼睑活动时的仿照。

实际上，在天文馆落成之前四年的1994年，卡拉特拉瓦就在沙特拉斯机场轻轨铁路车站(Satolas Airport Railway Station in Lyon)的建设中使用了眼睛的造型。

这座建筑好像一座桥梁，可以看成被拉长的，“由结构、管道和跨越性构造复合而成的综合体。”整个车站和屋顶的构思都源于眼睛的形式。车站的两个侧面仿佛是两只“背靠背”的眼睛，并且有着长睫毛。

在简单的器官或身体部位之外，卡拉特拉瓦更感兴趣的是人体的整体运动方式。他的第一座摩天楼，被称作“扭转大厦”（Turning Torso），这是一栋位于瑞典马尔默（Malmo）的极具创新性的54层高楼，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，卡拉特拉瓦曾经系统而抽象地研究了人体的头部如何固定在身体的上方，以及如何扭转。他认为，“因为整个头部都支撑于脊椎的第一节颈关节上，所以它可以自由扭转，这使得抬头、转头、低头或组合起来的动作，非常有趣和富于戏剧性。”

他利用雕塑来进行这方面的研究，他试图利用最少的构件来固定代表人类身体部位的立方体，用非常细的细杆和一些线围绕支撑。比如一个被看成头颅的立方体在垂直方向只有一个构件支撑，而另一个斜向的构件起到拉接作用，将其固定在水平位置上。

在另外一个雕塑中，卡拉特拉瓦进一步研究了人体的脊柱如何完成扭曲、绕着轴心旋转、弯腰或伸展等等动作。他将立方体绕着中心的绳索周围错落摆放。它就是190米的马尔默扭转大厦的雏形。

除了对人与动物的仿照，卡拉特拉瓦对植物的形态也有充分的兴趣。他最著名、最壮观的作品之一是位于加拿大多伦多名为“BCE Place”的商业综合体。在一条长达130米的宽阔空间内，卡拉特拉瓦设计了一个高耸的长廊。它将现代化的城市设计观念和自己对结构的痴迷融合进了维多利亚风格的拱廊。

长长的拱廊内，每一侧由数根粗壮的钢柱支撑，钢柱在中间开始分叉，分出的枝杈在伸展出一段长度之后再次分叉，这些更细的钢杆再分出密密麻麻的细小枝丫，在27米高的走廊顶棚汇合成横跨14米的抛物线形的穹隆，就仿佛满是苍天大树的原始森林在高处连绵而成的“叶浪”。在长长的拱廊中部，有一处小广场式空间，在这里，树木的形状更为显著，而顶部的曲线结构织成一片浪涌的状态。

这种结构中的一些钢架形成的尖锐的角度，看上去是对哥特教堂建筑中的广场与走廊的承继，但正是有了这种新时代才能实现的钢结构，卡拉特拉瓦才能利用“森林”来重新诠释历史风格。

这种树状结构的另一次小规模应用，是1988年在苏黎世的包尚茨利（Bauschänzli）户外餐厅的可变透明顶棚。卡拉特拉瓦这次要让这棵树动起来。这间餐厅在一个小岛上，附近有一座中世纪城堡，卡拉特拉瓦要在真的树中插入一些金属杆，金属杆也像多伦多的BCE Place那样逐级分叉，在12米高的顶部，由极细的金属杆支撑起玻璃方格。这个顶部的金属杆由铰链连接，可以像雨伞那样折叠。在下雨的时候，雨滴洒下，这“树枝”仿佛如沐春雨，张开枝丫，连成一片“茂密”的树林，为顾客提供庇护。而在阳光出来的时候，顶部就可以收纳起来，将阳光引入树下坐着的顾客身上。

在《运动的诗篇》中，佐尼斯说“这种屋顶模糊了结构和建筑之间的界限。”对我们来说，这似乎也模糊了结构与自然生物之间的界限。但实际上，卡拉特拉瓦对此有着清晰的认识，他要向人、动物、植物索要的，是它们的构成结构中能令建筑显得活生生的元素。他说：“如果研究一朵花，研究的结果不是一个花状的建筑。我们要得到的是一个作品，这个作品包括有花的结构和活动规律，而不是取它的外形。原因很明显，建筑作品不是一朵花。”

结构：力与运动

不论是模仿什么，作为一个建筑结构体，首先要完成建筑的基础使命：它需要稳定，并且有抵抗使建筑瓦解的力量。因为在历史中，运动通常被视作建筑结构或造型艺术的敌人。摇摆的、曲线的结构会引发视觉上的恐慌，让人感觉建筑体会坍塌或倾覆。传统的结构设计师都努力将稳定性摆在至高无上的位置。但在卡拉特拉瓦看来，在建筑结构中，稳定实际上包含了一种辩证法。

在麻省理工大学做讲座的时候，卡拉特拉瓦曾带着两个自己制作的力学玩具，玩具构件不同，但它们都有同样的目的，去悬挂一个小石块，以抵抗地心引力。卡拉特拉瓦认为“重量或是持续引力是大自然的馈赠”。在那两个小玩具中，如果其中任何一个构件被破坏，石块就会落下，整个力学支撑系统就会崩溃。他说，“石块落下时形成了一种运动，整个系统的静力结构都与形成这种运动的趋势相关。在我看来，即使在静态的受力结构和非常稳定的体系中，也隐含着运动的趋势。正是通过运动的存在，使我们产生了力与形式的概念。”

这一动、一静的概念，那稳定结构中“力”的游走，是卡拉特拉瓦那些有跃动态势的复杂结构的另一个关键基因。在卡拉特拉瓦设计的桥梁中，这种“力感”最为显著。他认为，如果将桥梁看做整个人体，那么静力学状态就是它的心脏。关键在于如何解决“力在两个堤岸之间进行传递的问题”。

卡拉特拉瓦亲自主持的第一座桥梁是位于西班牙塞维利亚的阿拉米罗大桥（Alamillo Bridge）。当时，为了1992年西班牙的塞维利亚世界博览会，卡拉特拉瓦为当地设计了两座形状对称的桥梁，跨越在两条河道的交汇口处。这是两座斜拉桥的设计。通常，斜拉桥中间的塔墩高高耸立，从塔墩两侧伸出悬索拉住桥面，一侧悬索的拉力，必须由另一侧平衡。但卡拉特拉瓦把混凝土浇灌的钢制塔墩设计成倾斜的，经过计算，使拉着桥面的13对跨度为200米的悬索拉力，由倾斜58度的塔墩自重抵消。卡拉特拉瓦依靠这种形态，创造了一种新型拉索桥。

尽管整个建筑给人一种不稳固，塔墩要向下坠落的感觉，但那如竖琴弦般的斜索如同一种无中生有的神力的化身，与桥面、塔墩形成一个巨大三角形，指向天空，成为充满力量和跃动姿态的组合。

因为种种原因，卡拉特拉瓦没有能够完成两座互成镜像的桥梁，最终只有这一座设计完成。而这个含着坠落趋势却又倔强地向往天空的桥梁，因其不对称而产生了一种未完成感。它为凝视桥梁的人带来一种哲学思虑：它的状态好像正处于筑造中，又仿佛即将解体，它“有效暗示了这些结构的状态、变化以及它们的存在和消亡”。也就是说，卡拉特拉瓦让人看到那些矗立在大地上的“凝固体”体内的力的血液。

为了研究运动形态，卡拉特拉瓦从杂技演员与舞蹈家的表演中总结运动的意义，这些人的每一次跃动，都是对地心引力的挑战，在变化的世界中捕捉动感的形态。亚历山大·佐尼斯在他的《圣地亚哥·卡拉特拉瓦——当代建筑艺术的诗篇》一文中说：“不容置疑，传统意义上的结构设计师都努力表达、强调及赞美稳定性。然而，在实际生活中建筑结构的运动是基本事实，建筑结构从来没有静止过，尽管它们表面看上去是不能动的。我们越观察越意识到建筑结构是在不停地运动，它们不仅自己会动，而且无疑地构成了人或事物运动的场所及通道，建筑物内无不充满着运动。”

卡拉特拉瓦笔记本上画的人体图案

人在建筑中的运动，也是卡拉特拉瓦的复杂结构要导向的另一个因素。建筑是以人为尺度的，真的要“活”起来，就必须考量人类使用建筑时的运动，否则，一切奇崛的形式都将是失败的。在描述德国的厄恩斯廷工厂仓库项目时，卡拉特拉瓦为我们描述了一副十分魔幻的场景：“从一开始，这栋建筑就好像天外来物，我们必须使它富于生机。西立面与东立面几乎完全一样，只是日落与日出的差别，这里同样用大面积的铝板解决了立面的形式，它们与三扇每日通行运货的卡车的大门结合在一起。这里有非常多的货车，许多停在门边等候，当大门开启时，货车开始穿梭，如果你在建筑或其他的尺度上瞭望大门时，建筑仿佛化作了一条巨鲸。

当车流攒动时，就仿佛约拿的故事或圣Exupery的巨蛇和大象一样，进行着吞咽的场面。”在设计的时候，卡拉特拉瓦真的在草图上画出一条鲸鱼来表示这种运动。

这正如维也纳应用艺术大学建筑历史与理论教授利安·勒法维尔（Liane Lefaivre）所说：卡拉特拉瓦用最工业化的语汇，在最严肃的场面中实现着超现实主义的想法。

在上文所说的斯塔德霍芬火车站中，我们介绍了卡拉特拉瓦如何将仿生应用于车站的柱子设计上。但实际上，卡拉特拉瓦也将整座车站看成血液在其中涌动的人体。想象一下，我们的血液在动脉、静脉以及数不清的毛细血管中奔涌的忙碌景象，从这座车站的剖面图看过去，你会发现它结合了多种运动与交通功能。火车在二层往来，而忙碌的人流通过楼梯与电梯穿梭在三层空间中，轨道之下，又有地下商场与上面基层的空间实现立交。火车站的最顶部，有三座步行桥，在那里，就像湍急的河水冲入小溪，变得缓慢，那些需要长时间等待列车的人们，可以在这里漫步，并可以由此进入通往山峦的道路，使整个火车站与环境融合起来。

回到文章最初说到的那座建在911恐怖袭击废墟上的巨鸟车站。

时间退回项目设计的2004年，《纽约时报》的建筑评论家说：“卡拉特拉瓦为世贸中心枢纽车站所做的设计，会令一些人满意，这些人相信，在遗址废墟上设计的建筑必须有一种对精神维度的渴求。多年以来，许多人在卡拉特拉瓦先生的建筑中领悟到了形而上学的元素。我希望纽约客们也能嗅到它的存在。我祝贺港务局指派卡拉特拉瓦先生——这位伟大的西班牙建筑师与工程师——去设计一座带有改变纽约未来力量的建筑。”