文/中國礦業(yè)大學（北京）力學與建筑工程學院 李曉丹 王 晶 李梓維 齊 琪 蔣東霖 郭子杭

0 引言

人類一直在探索建筑材料和結構技術，創(chuàng)造建筑空間，改善建筑環(huán)境，完善建筑形制。建筑史是建筑空間不斷拓展演變的歷史，隨著建筑結構技術的發(fā)展，建筑空間經歷豐富變換。建筑結構是建筑空間的實體體系，建筑空間是結構體系的內涵表達，兩者相互依存、制約又相互促進，在建筑歷史的長河中協同譜曲又完美碰撞。建筑空間研究是建筑歷史研究的重要組成部分，通過對西方建筑空間和結構形式的研究，人們可更客觀、準確地把握各歷史階段建筑空間形態(tài)的演變及內在，理解技術的邏輯序列。

本文著重分析建筑空間與結構技術的典型發(fā)展階段、轉折點，概述西方建筑空間和結構的演變史，探討建筑結構技術與空間的關聯，簡要總結西方建筑空間的內在演變序列進程，即一維序列、二維序列、三維序列、自由流動序列、大跨度多維序列、非線性序列。

1 一維序列空間

1.1 古埃及：空間序列組合的出現

古埃及建筑內部空間整體呈明顯的一維向前感。當時的結構技術為簡單的梁柱結構體系，有限的結構技術導致其柱密集、墻體厚重、內部空間昏暗狹窄。該時期的神廟建筑開創(chuàng)了建筑空間序列，建筑內部通過空間開合、明暗對比，構建強烈的一維向前感，完美演繹建筑性質。一維空間組合序列在當時具有很大進步意義，對現代的紀念類和展演類建筑設計仍有啟發(fā)價值，如卡納克孔斯神廟就是該時期的代表建筑之一，神廟的門、圍柱式院落、大殿、密室等沿一條縱軸排列，布局過程中頂棚逐層降低、地面升高、側墻內收，空間逐層縮小，序列逐層遞進，大殿、柱陣及其他幽暗空間共同營造原始自然崇拜的紀念色彩和宗教建筑的神秘氛圍，與現代建筑空間起承轉合的組織手法有異曲同工之妙。

1.2 古希臘：外部空間的塑造

在古埃及建筑空間結構發(fā)展的基礎上，古希臘開創(chuàng)了建筑外部空間的秩序。運用柱式構建建筑外部柱廊空間，使建筑空間領域范圍向外拓展延伸，而且外部柱廊空間注重光影運用和虛實關系表達，增加建筑的雕塑感、秩序感、領域感、層次感。建筑立面明確展現內部結構的梁柱體系，立面構件比例、尺度、形狀、紋理、組合關系被細致推敲，但該時期建筑內部空間相對簡單、原始、不發(fā)達。

2 二維序列空間

2.1 古羅馬：二維序列空間的誕生

古羅馬的建構技術促使建筑內部空間尺度、秩序的飛躍發(fā)展，拱券技術、圓拱體系及輕質結構的運用使建筑跨度大幅提高，建筑空間得以向縱橫二維方向延展。筒形拱、“十”字拱、穹窿結構的出現推動建筑平面及空間的解放和模數化。具體來講，筒形拱的產生使建筑內部空間具有連續(xù)的單向運動感，解放部分空間；“十”字拱結構技術促使承重墻全部取消，內部空間得到深層次解放，空間開闊通透又有明顯的中心；穹窿結構技術促使建筑內部形成具有強烈集中感的核心空間。如萬神廟是羅馬穹頂技術的最高代表，直徑跨度43.3m的萬神廟在結構技術、空間維度、建造規(guī)模等方面極具開創(chuàng)性和代表性。

筒形拱、“十”字拱、穹窿結構等組合形成的拱頂體系，促使建筑內部形成具有強烈軸線感的二維空間序列，擴大建筑內部空間的規(guī)模，豐富建筑空間的形式。例如卡拉卡拉浴場是二維序列建筑空間的代表，其核心結構體系是橫向的3間“十”字拱，外側連接筒形拱，結構體系在縱橫兩個維度上拓展空間。沿著兩維軸線，其建筑內部空間的大小、縱橫、高矮、開闔交替變化、流轉貫通。

2.2 拜占庭：平面形制束縛的擺脫

在拜占庭帝國時期，建筑界的主要成就是促使古希臘的柱廊技術與古羅馬的拱頂結合，實現在教堂“十”字形建筑平面的中央部位升起半球形穹頂，圓穹頂與方形平面完美結合，進而形成更廣闊、更延展、更明亮的室內空間。具體為運用帆拱、鼓座與穹頂結合，將圓穹頂覆蓋在方形建筑平面上，空間四面開敞，在4個柱墩上沿方形平面發(fā)券，4個券之間砌筑以方形平面對角線為直徑的穹頂，4個側面切口以半圓穹頂扣在其上抵擋側推力，擴大穹頂空間，豐盈穹頂形式。

3 三維序列空間

3.1 哥特時期：豎向空間的塑造

哥特時期，為凸顯建筑性質和營造神秘的宗教氛圍，建筑空間渴求向上（天空）的靠近，此種理念推進建筑結構技術進步，從而促發(fā)三維式空間的到來。該時期出現了骨架券、飛扶壁、尖券尖拱、集束柱等新興結構節(jié)點技術，在新技術和建筑性質的雙重推動下，建筑不斷向垂直方向延展。建筑平面多為“十”字形，建筑空間整體最終構成沿橫、縱、豎3個維度的立體空間（見圖1）。此外，框架式建筑結構技術節(jié)省建筑材料、減輕建筑自重、開拓建筑空間。整體結構所需側推力隨之減小，故建筑中庭上部可開很大的側高窗將光線引入，建筑內部的物理環(huán)境得以改善。

圖1 哥特式建筑結構

3.2 文藝復興時期：三維空間的數理秩序

文藝復興時期，三維建筑空間滲透著理性、秩序、邏輯，肯定人道主義，強調恢復“自然”，提倡建筑比例和人體比例。建筑空間里滲透著秩序、章法、規(guī)律的數理概念，建筑師在建筑空間創(chuàng)作和分析中，運用合理、秩序、人性化的表現方法，利用數學關系進行建筑構圖，貫穿數理規(guī)律把握建筑空間。該時期首屈一指的佛羅倫薩主教堂的穹頂就是由數理規(guī)律演化而來（見圖2），其穹頂結構的精致程度和空間規(guī)模相比之前有極大進步，其結構形式為雙圓心骨架券，穹面分里外2層，中間是空心，可見數理規(guī)律在建筑空間和結構中的應用和控制。

3.3 巴洛克時期：三維空間的動感與裝飾

巴洛克時期的建筑結構技術并無極大創(chuàng)新，僅在空間形式方面追求極致。16世紀末，隨著風格主義出現，傾斜線條和曲線等被大量運用于建筑設計，建筑室內空間呈現前所未有且繁多復雜的裝飾化形態(tài)。

17世紀末，隨著巴洛克藝術出現，設計重點由建筑室內裝飾轉向建筑實體空間。建筑師賦予建筑空間以動態(tài)自由、波折流轉、騷亂沖突，大量運用以橢圓形為基礎的“S”形、旋渦曲線形、波浪形的立面和平面，打破建筑、雕塑和繪畫的界限，不顧結構邏輯，采用非理性組合，以取得反常的幻覺和視覺效果（見圖3）。曲線柔美的內部空間不僅給人帶來奇特感受，同時也創(chuàng)造出許多聲環(huán)境極佳的內部空間，為展覽空間的光環(huán)境設計創(chuàng)造條件。例如建筑內部的光照因曲面空間被有意識地引導到適當地方，從而使建筑、人物、雕像等展品凸顯，達到局部照明的效果。

圖3 羅馬圣卡羅教堂

4 自由流動序列空間

4.1 建筑新材料和裝配式技術開辟建筑空間新紀元

隨著工業(yè)大生產的發(fā)展，科學技術進步巨大，鋼鐵、玻璃、混凝土等新材料的運用，模數制和裝配技術等新技術的出現，極大地提高了建筑的建造效率、跨度、性能，使建筑形式發(fā)生質的變化，開創(chuàng)建筑空間的新紀元，如1851年在英國倫敦所建的74400m2的水晶宮僅用8個月時間完成。建筑材料、結構、技術的發(fā)展是建筑空間重塑的先決條件。

4.2 框架結構體系極大解放建筑空間

鋼筋混凝土框架結構體系的出現為現代建筑空間的發(fā)展提供了良好的基礎條件，空間逐步轉向自由和透明，承重墻逐漸轉變?yōu)楦魯嗷虮砥?，建筑平面布置靈活，建筑立面處理自由，建筑空間體量增大，促發(fā)了現代建筑的發(fā)展和建筑師系列創(chuàng)新空間的誕生。例如建筑師格羅皮烏斯強調建筑應走工業(yè)化道路，其著名作品如包豪斯校舍，采用靈活、不規(guī)則的構圖手法打破傳統建筑的對稱布局；勒·柯布西耶運用框架技術積極表達空間，其代表作品薩伏伊別墅和馬賽公寓均體現出框架結構的優(yōu)勢，即平面布局和立面形式不受約束，可自由靈活布置等特點；建筑師密斯·凡德羅運用鋼框架結構和玻璃，發(fā)展了一種具有古典式均衡、極端簡潔、自由流動的建筑空間風格。

5 現代大跨度多維序列空間

大跨度建筑的萌芽最早出現在古羅馬建筑的拱頂中，至19世紀末才有較大成就。如1889年巴黎世界博覽會的機械館，采用鋼制三鉸拱，跨度達115m（見圖4）。20世紀初，隨著金屬材料的進步和鋼筋混凝土技術的發(fā)展，大跨度建筑出現很多新的結構形式。如1913年波蘭的弗羅茨瓦夫百年廳，采用鋼筋混凝土穹窿頂，直徑達65m，覆蓋面積5300m2，被稱為現代大跨度建筑的先驅之作（見圖5）。20世紀50年代后，大跨度結構技術不斷成熟，材料技術迅速發(fā)展，多學科交叉綜合發(fā)展，形成多樣的大跨度多維空間，在結構空間、建筑形態(tài)上實現巨大的飛躍和創(chuàng)新，如網架網殼空間、薄殼空間、懸索空間、膜結構空間等。

圖4 巴黎世博會機械館

圖5 波蘭弗羅茨瓦夫百年廳

網架網殼結構構建建筑大跨度空間，豐富建筑外觀形式。該結構運用受拉或受壓桿件，并按一定的曲面或平面組成空間桿系，桿件多為鋼、鋁合金等輕質高強材料，該結構屬于高次超靜定的三維結構體系。薄殼結構促發(fā)了許多新穎、輕巧的大跨度建筑空間，其結構由空間幾何曲面構成，而且本身具有較高剛度和整體性，自重較輕。懸索體系的自由度無窮大，造型輕巧，可跨越更大的空間尺度及適用于各種建筑平面形式，故許多異形空間得以成型。懸索結構是由柔性受拉索及其邊緣構件組成的承重體系，自重小、省材料且側面可實現良好的采光通風。膜結構促發(fā)飄逸、明亮、自由的建筑空間，建筑學、材料科學、建筑力學以及建筑環(huán)境學等多學科交叉發(fā)展，出現建筑織物受力的膜結構，膜材料輕質高強且光學性較好，可為建筑室內營造均勻漫射光、無陰影、無眩光的光環(huán)境。

6 非線性序列空間

非線性序列建筑空間是指造型具有隨機性、內部具有流動性的非直線構形的空間，其思想來源于復雜性科學和復雜性哲學，是人類對世界更客觀、更細致、更全面認識的體現。

6.1 近代非線性建筑

文藝復興后期，資本主義追求自由思想的萌芽使建筑師追求非線性建筑設計。一些建筑師憑借自身對建筑結構的了解，將其奇特想象轉化為實際的非線性建筑設計作品，如高迪的米拉公寓、門德爾松的愛因斯坦天文臺等，這些設計作品象征最初的非線性建筑空間設計。

近代非線性建筑僅在外觀上以非線性形態(tài)展現，在設計過程中主要基于建筑師對非線性建筑的感性理解和認識，而非復雜性科學、哲學理論的指導，存在著一些技術上和思維上的局限性，形態(tài)的復雜性不深刻，多為單一影響因素下的非線性建筑實體。此時，非線性建筑設計思想的深度僅停留在建筑表現層面，未探尋更深層的含義。

6.2 當代非線性建筑

隨著各項科學技術飛速發(fā)展、數字化技術在建筑領域的運用和普及、非線性科學技術與理論的興起，建筑師群體的思維得到極大解放，故非線性建筑空間的創(chuàng)作得以不斷深化、進步和發(fā)展。與之前的非線性建筑空間相比，當代非線性建筑空間在理念和技術上均實現卓越發(fā)展。一方面，建筑師借助數字化技術逐步脫離幾何體系的限制，有效地模擬自然邏輯，將自然界中有機規(guī)律引入建筑之中；另一方面，計算機參與建筑設計及建造過程，建筑師們以自然規(guī)律為基礎，改變參量，編寫建筑的生成邏輯，通過運算得出超乎想象的建筑空間形式。

當今的非線性建筑空間序列呈以下特點。

1）建筑空間呈非標準、不規(guī)則、自由、柔和、連續(xù)流動等形態(tài)，有如生物機體或自然景觀般的特征，傳統建筑的軸線關系、等級秩序等格局被打破。

2）流體般的建筑塑性形態(tài)逐步消解傳統的建筑立面概念，建筑立面與屋頂糅合為大曲面或異形。

3）非線性建筑空間不再是平面的簡單升起和重復，而以一種更開放、復雜的“非線性連續(xù)”的連接方式，消解傳統“層”的概念，轉變以“層”的疊加組織空間的方式。

4）建筑內部豎向交通空間逐步模糊和消解，如樓電梯、坡道走道、出入口臺階等。傳統形式的交通核空間是上下對應、封閉獨立。而在非線性序列空間中，在不喪失基本連接功能的情況下，交通元素的平面位置、尺度、形態(tài)被不同程度地改變，在樓板之間被靈活布置，呈開放、動感的豎向交通體系。最終構建連續(xù)但非勻質的“非線性序列”空間，為使用者提供更多樣的空間感受和體驗，實現空間的開放性與復雜性。

扎哈·哈迪德建筑事務所的系列設計作品是當代非線性建筑空間的代表，多呈非線性、不規(guī)則、非標準、連續(xù)流動、隨機、柔美的自由形態(tài)，如蓋達爾·阿利耶夫文化中心，建筑整體呈現有機的流體外形，由自然地形延伸堆疊而出，并盤卷各個獨立功能區(qū)域。文化中心包括博物館、圖書館和會議中心，3個不同功能體被連續(xù)的有機組織網狀表皮覆蓋并連接，不同褶皺形狀賦予各功能區(qū)視覺識別性、流線引導性、空間分隔性。此外，室內空間延用非線性折疊的序列肌理，整個建筑邊界被完全消解，建筑室內外與城市空間及周邊景觀有機結合（見圖6）。

圖6 蓋達爾·阿利耶夫文化中心

7 結語

本文主要敘述從古埃及至現代的西方建筑空間演變歷程，其建筑結構依次為梁柱結構、拱券結構、鋼筋混凝土框架結構、多維線性建筑結構、非線性建筑結構以及穹頂體系、飛扶壁等框架體系。建筑空間序列隨之呈現為一維空間、二維空間、三維空間、自由流動空間、多維線性空間、非線性序列空間的演變過程。

縱觀西方建筑史，任何成熟的建筑體系均為建筑空間形態(tài)、建筑結構技術、藝術審美風格相互依存、相互促進、相互制約的發(fā)展演變。建筑結構體系的發(fā)展對建筑空間組構的轉變起到根本推動作用；藝術風格反映當時的社會審美，并不斷對建筑空間提出新要求，反作用于建筑結構體系，使其日益完善，作用與反作用共同推進建筑業(yè)發(fā)展。通過對歷史建筑空間的分析，從中獲取前人建構空間的經驗、了解建筑空間演變的內在邏輯，以指導當下的建筑實踐。