武漢工程大學(xué)藝術(shù)設(shè)計學(xué)院 劉慶秋 高英強(qiáng)（通信作者）

1 “榫卯”和“龐巴爾籠”的研究背景

1.1 “榫卯”和“龐巴爾籠”的誕生

1.1.1 “榫卯”的誕生

榫卯在古代被稱作柄鑿，明周祈《名義考》卷四載：“伊川語錄云：衲鑿者榫卯也……今俗猶云公母榫?！盵1]七千多年前新石器時代河姆渡文化遺址的發(fā)現(xiàn)，證實(shí)這一時期華夏先民就已經(jīng)設(shè)計并使用了“榫卯結(jié)構(gòu)”，并建造出了中國最古老的木質(zhì)干欄式建筑。這體現(xiàn)了中國傳統(tǒng)建筑的本質(zhì)，即將木頭作為主要的建筑材料，各建筑構(gòu)件之間利用其本身創(chuàng)造的榫卯進(jìn)行連接，充分利用木頭其本身的柔性彈力。因此，中國傳統(tǒng)的木質(zhì)建筑十分堅(jiān)固。

中國榫卯木結(jié)構(gòu)的發(fā)展模式是：簡支架到框架，再到桁架。簡架支撐結(jié)構(gòu)是一種結(jié)構(gòu)極其不穩(wěn)定的木質(zhì)結(jié)構(gòu)，當(dāng)其受外力作用時，會產(chǎn)生形變甚至倒塌，這時框架結(jié)構(gòu)運(yùn)應(yīng)而生。但此時的框架由于只是在原來簡架的基礎(chǔ)上加入了榫結(jié)，只能當(dāng)做鉸結(jié)，離穩(wěn)定形式還有一定的差距，在此基礎(chǔ)上又加入斜撐進(jìn)行加固。鉸結(jié)加入斜撐后，才正式形成木桁架，這時的木結(jié)構(gòu)才是穩(wěn)定的[2]。如薊縣獨(dú)樂寺的觀音閣、應(yīng)縣木塔等的結(jié)構(gòu)，也是添加了斜撐，屬于桁架結(jié)構(gòu)，歷經(jīng)千年，多次地震，仍然“屹然壁立”。作為中國木構(gòu)文化起源的榫卯，其不僅在中國古代建筑領(lǐng)域有著重大影響，更是對中國傳統(tǒng)家具的發(fā)展起到了重大作用。

1.1.2 “龐巴爾籠”的誕生

不同于中國在河姆渡文化時期就已經(jīng)應(yīng)用的木質(zhì)榫卯結(jié)構(gòu)，“龐巴爾籠”的產(chǎn)生更具有突發(fā)性。1755年11月1日葡萄牙發(fā)生了地震，震源地為距葡萄牙首都里斯本幾十公里處的大西洋海底，其破壞性極強(qiáng)，引起近30米高的海嘯，使鄰近的里斯本海岸和本城受到重大破壞。為了盡快恢復(fù)重建城市，葡萄牙國王任命才能出眾的龐巴爾侯爵擔(dān)任重建工作的總指揮。重建首都期間，龐巴爾侯爵發(fā)現(xiàn)了許多隱患，為此，聘請大量的專業(yè)工程師對城市進(jìn)行整體規(guī)劃和設(shè)計。為了市民有避難場所和減輕交通壓力興修了新的市中心、大量的廣場，以及寬闊的道路。新修建的建筑都有一個特點(diǎn)，即采用了“Gaiola Gombalina”（龐巴爾籠），這是一種對稱的木結(jié)構(gòu)框架，在整棟建筑中起到“骨骼”的作用。因其是龐巴爾侯爵主持設(shè)計的，且形似鳥籠，被人們稱之為“龐巴爾籠”。

1.2 “榫卯”和“龐巴爾籠”的抗震原理

1.2.1 “榫卯”的抗震原理

中國木結(jié)構(gòu)建筑又可稱為柔性建筑，因其具有柔性木質(zhì)結(jié)構(gòu)，這里的“柔”性指的是木構(gòu)件在使用過程中所呈現(xiàn)出來的彈性特征，這種彈性可以對能量進(jìn)行抵消。同時，木質(zhì)材料屬于一種質(zhì)地較輕且均勻的纖維質(zhì)感，還具有抗壓、耐拉的特征，因此造就了木構(gòu)件本身就能在形變的過程中對能量進(jìn)行散發(fā)釋放的巨大優(yōu)勢。榫卯是一種對木質(zhì)構(gòu)件進(jìn)行鑿補(bǔ)，使其呈現(xiàn)出凹凸的形態(tài)，并將其進(jìn)行連接的一種方式。其中凸為“榫”，凹為“卯”，榫卯相交，進(jìn)而連接。凸出的榫頭和凹進(jìn)去的卯眼通過凹凸扣合，緊緊咬合在一起[2]。為防止木頭在自然環(huán)境中受熱脹冷縮導(dǎo)致接口松動，工匠從多個角度讓一根木頭和其他木頭通過榫卯結(jié)構(gòu)相連接，從而使接口入木頭的膨脹和收縮產(chǎn)生的作用力相互抵消，通過相對位移，摩擦消耗能量，一層層傳遞到建筑底部承重結(jié)構(gòu)時動力就衰減了，從而起到抗震的效果。

1.2.2 “龐巴爾籠”的抗震原理

“龐巴爾籠”是一種防震木質(zhì)對稱結(jié)構(gòu)框架（如圖1），在里斯本大地震后，其廣泛運(yùn)用于建筑結(jié)構(gòu)中。在此之前，歐洲的主流建筑材料為大理石等石質(zhì)建材，但在地震面前，石質(zhì)材料的缺點(diǎn)暴露出來，石材質(zhì)地較脆，柔韌性、延展性較差，遇到重大外力時極易斷裂，因此抗震性能不強(qiáng)。工程師發(fā)現(xiàn)與石質(zhì)材料相比，木質(zhì)材料不僅易切割，質(zhì)地較輕且伸縮性大，能夠在地震中有效分散震能，進(jìn)而減輕地震破壞?！褒嫲蜖柣\”是先用木頭梁、木頭柱搭成整體形狀為立方體的木質(zhì)框架，再在框架對角處加入木頭斜撐，形成“鳥籠”之勢，最后在籠子的外圍填充磚頭，由此形成牢固的外墻，如圖2所示?！褒嫲蜖柣\”式木結(jié)構(gòu)將整棟建筑，即墻體、天花板連接成為一個整體，從而使其更加堅(jiān)固，其抗震的原理類似于現(xiàn)在建筑中的圈梁和構(gòu)造柱，提高砌體結(jié)構(gòu)的延性和抗側(cè)移能力，形成塑性鉸來消耗掉一部分地震能量[3]，將房屋墻體和構(gòu)造柱緊緊的“箍”在一起，對房屋的空間剛度和整體性起到增強(qiáng)的效果，從而保護(hù)框架柱這個豎向構(gòu)件不受外力的破壞，盡可能減少因地震導(dǎo)致的地基不均勻沉降引起的墻體開裂，從而達(dá)到建筑物在地震時不坍塌的目的。

圖1 “龐巴爾籠”結(jié)構(gòu)的3D建模

圖2 “龐巴爾籠”墻面填充

2 “榫卯”和“龐巴爾籠”的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 “榫卯”的發(fā)展現(xiàn)狀

“榫卯”從最開始應(yīng)用于建筑上到被廣泛地應(yīng)用于家具的結(jié)構(gòu)及造型上，自南北朝后經(jīng)歷了千余年的傳承與創(chuàng)新。比如，明清家具上的“牙角”就是由建筑結(jié)構(gòu)中的“雀替”演變而來。雀替在宋朝時被稱為“綽幕”記錄于《營造法式》，清式木構(gòu)中才被稱為“雀替”。雀替本來是用于立柱頂端與之共同承重的木構(gòu)，元代之前綽幕構(gòu)件多用于建筑的內(nèi)檐，元以后，特別是清代其普遍見于外間額枋下，造型上也越來越復(fù)雜。宋代時，夾頭榫桌案被廣泛地使用。在宋代和明代的繪畫作品中，也常常能見到這種結(jié)構(gòu)的桌案。如今，榫卯的結(jié)構(gòu)美學(xué)依然被中國人續(xù)寫。如上海世博會的中國館被譽(yù)為“東方之冠”，是中國文化與氣質(zhì)的體現(xiàn)，其采用“榫卯”工藝和斗拱這一結(jié)構(gòu)技藝作為造型特征。

2.2 “龐巴爾籠”的發(fā)展現(xiàn)狀

“龐巴爾籠”是一種混合木材磚石結(jié)構(gòu)，最初的建造目標(biāo)是用于承受水平地震荷載，由木地板組成及改進(jìn)的混合木砌體剪力墻。盡管其結(jié)構(gòu)質(zhì)量優(yōu)良，但是隨著時間的推移，其結(jié)構(gòu)會發(fā)生有害的改變，除了木材的自然老化，還有一個重大的缺點(diǎn)就是不防火。根據(jù)實(shí)例記載，初期確實(shí)對抵御地震侵襲起到了積極的作用，但在此后一段時間后，龐巴爾籠式建筑因經(jīng)常發(fā)生火災(zāi)后逐漸被整改演變成為一種龐巴林風(fēng)格。龐巴林式風(fēng)格建筑物之間的隔墻為中墻（如圖3），從一樓到閣樓的更高部分沒有任何開口，在整個墻面的平均厚度0.5米，其不僅具有分隔建筑物的功能，而且主要用于構(gòu)成阻燃元件。龐巴林式風(fēng)格建筑在當(dāng)時是一項(xiàng)偉大的創(chuàng)新，因?yàn)闆]有其他歐洲城市能如此，即便是最容易發(fā)生自然災(zāi)害的城市，如果實(shí)施了標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)，也可以改善之前“龐巴爾籠”結(jié)構(gòu)的弊端。

圖3 隔墻

3 “榫卯”和“龐巴爾籠”的美學(xué)價值

3.1 “榫卯”的美學(xué)價值

中國古代的榫卯結(jié)構(gòu)種類繁多，在實(shí)踐發(fā)展的過程中越來越豐富，創(chuàng)造了很多奇特的形式。根據(jù)固定的作用大致可分為三個大的類型：固定垂直構(gòu)件，如用于固定柱腳的管腳榫，用于增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的瓜柱柱腳半榫等；固定水平構(gòu)件，如用于方形構(gòu)件的十字搭腳的十字刻半榫，用于保護(hù)柱頭的箍頭榫等；連接水平和垂直構(gòu)件，如用于排山梁與山柱相交處的半榫。多種多樣的榫卯構(gòu)件通過不同的拼接為中國古代建筑形態(tài)美學(xué)的發(fā)展起到了舉足輕重的作用。

3.1.1 對稱之美

回看中國建筑的發(fā)展史，南北對稱分布是其主要的形態(tài)特征，如故宮的三大殿，同時建筑內(nèi)部的擺設(shè)和結(jié)構(gòu)也呈現(xiàn)出南北對稱排列的特點(diǎn)[5]。榫卯結(jié)構(gòu)中成對出現(xiàn)的軸對稱結(jié)構(gòu)同樣沿襲了中國建筑帶給人的嚴(yán)謹(jǐn)莊重之感，在建筑本身的對稱結(jié)構(gòu)下，呈現(xiàn)出小結(jié)構(gòu)的對稱延續(xù)，更是與建筑本體形成和諧統(tǒng)一的整體效果，給人以沉穩(wěn)舒適之感，也體現(xiàn)出了中國傳統(tǒng)的規(guī)矩之美。從著名建筑家梁思成和林徽因等人找到的中國現(xiàn)存的唐代建筑―佛光寺就可以看出（如圖4），不論是從建筑的整體性出發(fā)，還是就斗拱這一榫卯木質(zhì)結(jié)構(gòu)而言，都體現(xiàn)了中國人對于對稱美學(xué)的追求與品味。

圖4 佛光寺門匾

3.1.2 結(jié)構(gòu)之美

榫卯結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于古代建筑和古典家具中，呈現(xiàn)出多種多樣的特點(diǎn)，種類不同、結(jié)構(gòu)不同，具體的用途也不盡相同。如夾頭榫，顧名思義是因?yàn)椴捎脢A頭作為連接構(gòu)件（如圖5），是案形家具中常用的一種榫卯結(jié)構(gòu)。四條案腿的頂部為突出的榫狀，與案面下方預(yù)留的卯眼嚴(yán)絲合縫地結(jié)合在一起。案腿的上端設(shè)有開口，用于將牙條和牙頭銜接起來，因此從其外觀上來看腿足相較于牙條和牙頭略高一層。這種簡單的結(jié)構(gòu)往往隱藏著深邃的美感，通過四足將牙條夾住形成矩形之勢，與通過案面的卯眼將腿足固定起來，使得案面的重量均勻分布到每一根腿足，將結(jié)構(gòu)隱藏于外表之中，僅留少量片面地裸露在外表面體現(xiàn)出榫卯的結(jié)構(gòu)之美。

圖5 夾頭榫構(gòu)造

3.1.3 創(chuàng)新之美

榫卯結(jié)構(gòu)在發(fā)展過程中不斷革新，同時將各種創(chuàng)新元素融入其中，從而適應(yīng)不斷更新的審美需求。在明清家具設(shè)計的發(fā)展進(jìn)程中體現(xiàn)的尤為顯著。這一時期，榫卯結(jié)構(gòu)的作用不僅是木構(gòu)節(jié)點(diǎn)，而且是一種塑造造型的手段。通過楔釘榫把木材連結(jié)為優(yōu)雅的圓弧形圈椅造型，或是將抱肩榫衍生出更多類型，使得高束腰、束腰的造型形成多種多樣的變化。因此，在造型上不再嚴(yán)謹(jǐn)莊重，也開始充滿了活力與青春的氣息。與此同時，在設(shè)計上，將復(fù)雜的榫卯結(jié)構(gòu)變得簡單化，力求簡單又不失樂趣。

3.1.4 生產(chǎn)之美

榫卯結(jié)構(gòu)作為一種技術(shù)與藝術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)品。在古代，它需要工匠師傅有著縝密的心思、獨(dú)具一格的視野、較高的審美能力，以及高超的手頭功夫，將各個部件通過榫卯組合在一起形成一件完整的構(gòu)件或者是精美的家具。隨著科技的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代較為昂貴的木質(zhì)家具，如紅木家具的生產(chǎn)除了個別需要人工精巧的雕刻與鑲嵌外，幾乎全部使用現(xiàn)代化機(jī)械進(jìn)行生產(chǎn)。加之操作者都經(jīng)過嚴(yán)格的專業(yè)培訓(xùn)，匠師們能熟練地掌控機(jī)床操作，因此開出的榫卯更加精準(zhǔn)，各部件組合后更加嚴(yán)絲合縫，使得木結(jié)構(gòu)更加美觀、牢固、耐用。通過創(chuàng)新生產(chǎn)過程所需的機(jī)械模具，提高生產(chǎn)效率，智造更多的榫卯結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，以生產(chǎn)之美帶動榫卯的結(jié)構(gòu)之美。

3.1.5 趣味之美

由于榫卯結(jié)構(gòu)的特殊性，其很早就被應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計中，以中國傳統(tǒng)文化符號融入玩具的設(shè)計中，從而極大地豐富了玩具的種類和造型。由此發(fā)展而來流傳于漢族民間的益智類玩具，如魯班鎖又叫“孔明鎖”或“八卦鎖”。一般是由若干個木條相互拼接而成，外層為立體十字形，且不同方向的木箱之間相互錯層，不存在正好相對或者相頂?shù)那闆r。不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部形態(tài)，最終呈現(xiàn)的形態(tài)也是各異的。總而言之，魯班鎖是一種三維空間組合結(jié)構(gòu)，不用釘子和繩子，完全靠自身結(jié)構(gòu)的連接支撐，從外觀來看嚴(yán)絲合縫，渾然一體，其特點(diǎn)為易拆、難裝，極具三維空間智慧，看似簡單，實(shí)則凝結(jié)了人們非凡的智慧，體現(xiàn)了榫卯結(jié)構(gòu)的趣味美，如圖6所示。

圖6 孔明鎖

3.2 “龐巴爾籠”的美學(xué)價值

3.2.1 秩序之美

“龐巴爾籠”從整體來看，宛如一個由多組間距相同的垂直線條、水平線條整齊排列，并通過對角斜線的支撐形成穩(wěn)固的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。“龐巴爾籠”的結(jié)構(gòu)美學(xué)逐漸演變?yōu)辇嫲土诛L(fēng)格，延續(xù)了早期的抗震設(shè)計特點(diǎn)和早期的預(yù)制建筑方法。先將靈活的木質(zhì)結(jié)構(gòu)植入墻壁、地板和屋頂，然后再用預(yù)先制造的建筑材料將其覆蓋，產(chǎn)生“震動但不會掉落”的作用。在保證其使用功能的前提下，使其結(jié)構(gòu)形態(tài)具有一種縝密與秩序之美。

3.2.2 理性之美

“龐巴爾籠”設(shè)計的初衷是應(yīng)對地震的侵襲，因此其主要用途并非是用于裝飾，而是它的實(shí)用功能，演變而來的龐巴林風(fēng)格也沿襲了這種功能精神，即消除所有外來的裝飾，并在整個過程中強(qiáng)加一種理性的清醒。

3.2.3 簡潔之美

“龐巴爾籠”木結(jié)構(gòu)在最初設(shè)計的過程中龐巴爾侯爵拒絕了貴族們喜愛的紛繁復(fù)雜的裝飾，并只允許在門、窗進(jìn)行簡單的裝飾，因此“龐巴爾籠”式建筑具有一種簡潔大方的美感。在現(xiàn)代，“龐巴爾籠”轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N設(shè)計風(fēng)格多被用于室內(nèi)裝飾，一般不起結(jié)構(gòu)上的作用?！褒嫲蜖柣\”風(fēng)格通常是在原本鋼筋混凝土搭建的建筑內(nèi)部使用木質(zhì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)加玻璃材料還原其外觀特征，或者直接轉(zhuǎn)化為裝飾元素，將其從墻壁上解放出來，依舊使用木材作為裝飾材料，通過水平或傾斜形成簡單的幾何圖形，使室內(nèi)的設(shè)計呈現(xiàn)出大方簡約的特點(diǎn)，因此其還具有一種簡潔之美，如圖7所示。

圖7 “龐巴爾籠”的設(shè)計風(fēng)格延續(xù)

4 總結(jié)

不論是中國的“榫卯”，還是葡萄牙的“龐巴爾籠”式，都是人類對抗自然災(zāi)害智慧的結(jié)晶，以其兼具實(shí)用性和審美性而得以發(fā)展。榫卯結(jié)構(gòu)經(jīng)過漫長歲月的洗禮沉淀，以其精簡的凹凸結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)了中國人對于實(shí)用主義的追求，又因其美學(xué)價值的不同方面，體現(xiàn)了中國人對于美的多角度追求。榫卯結(jié)構(gòu)在構(gòu)合、楔入、分離的過程，同樣也是傳統(tǒng)與現(xiàn)代、傳承與創(chuàng)新的過程，其承載了中國工匠、設(shè)計師們深刻的設(shè)計意匠與文化內(nèi)涵。不同的是，“龐巴爾籠”結(jié)構(gòu)后期轉(zhuǎn)化為一種建筑風(fēng)格，但龐貝林風(fēng)格由于受到巴洛克、洛可可風(fēng)格的席卷而逐漸淡出歷史舞臺。中國的“榫卯”工藝以對稱、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)、創(chuàng)新和趣味之美在數(shù)千年的傳承中延續(xù)了下來。從抗震性能的視角下，分析中外古建筑中的木質(zhì)構(gòu)件之美，希望對今后的設(shè)計能起到指引作用。