浅析悉尼歌剧院壳体结构与中国传统建筑渊源

浅析悉尼歌剧院壳体结构与中国传统建筑渊源
文／孙轶男郝晓赛
【摘要】ABSTRACT
【期刊名称】建筑与文化
【年(卷),期】2016(000)004
【总页数】2
【关键词】KEY WORDS
引言：
作为世界上最伟大的建筑之一，悉尼歌剧院因其原始、富有创造性的造型，成为最富争议的设计。

北欧的建筑评论家认为伍重巨大的空间想象力源于他深厚的几何知识，他用哲学的精神来解决技术的问题。

而伍重的哲学思想与中国木构建筑思想密不可分，本文从悉尼歌剧院壳体结构建造体系着手，分析悉尼歌剧院与中国传统木构建造体系的关系。

1.伍重的悉尼歌剧院
1.1 悉尼歌剧院背景
1957年1月，年仅38岁的丹麦建筑师约翰·伍重在来自全世界233份的建筑设计方案中脱颖而出，获得评委会主席老沙里宁的欣赏，一举拿下悉尼歌剧院的投标。

1959年3月悉尼歌剧院正式破土动工，1973年10月落成，整个建筑花费1.2亿美元，建造历时14年之久。

弗兰克·盖里认为伍重设计的悉尼歌剧院是“一幢超越了它的时代的建筑物，远远领先于可以运用的技术，并且他为设计一幢改变了整个国家形象的建筑，承受住了非同寻常的攻击和负面影响” 。

1.2 伍重与中国
伍重是少有的受中国传统文化影响的建筑师，从丹麦皇家建筑学院毕业后，伍重前往瑞士，在当时世界中国考古发掘研究中心，他度过了一段难忘的时光。

在拿下悉尼歌剧院投标不久的1958年春天，伍重在中国进行了长达4个月的旅程，通过悉尼歌剧院壳状屋顶，以及他当时所留下来的设计草图，可以看出《营造法式》中的建筑图例对他的启发。

2.悉尼歌剧院结构体系分析
2.1 壳体屋顶
1956年伍重与同为丹麦人的英国结构工程师阿若普开始进行歌剧院屋顶的设计，但三年都没有进展，也没有具体的图纸，因为直到1959年伍重还在进行建筑功能与平面的设计。

解决屋顶结构方案就是，构成歌剧院屋顶大大小小的三角形壳片是从相同球的壳面割取，这样就可以保证每片壳体具有相同曲率（如图1）。

最终，伍重与工程师们确定球的半径为76.3 m，在三角形的球面壳片上划分出许多细肋，这些肋类似于中国竹子折扇的扉骨，再用钢绳索将他们固结成一片，同时，每段肋条还可以分成小段。

用钢筋混凝土在地面上预制，再吊装拼合，组成歌剧院屋顶。

2.2 结构体系
首先，从壳形屋面的塑性结构形象来说，起初设计的悉尼歌剧院缺少力学的稳定性。

因为从力学角度讲，每个壳体需要四个支点，而伍重计的是两个支点，四对三角形壳体组成每个屋盖，通过三角形中的一个角作为每个壳体倚靠的支点，就像一对展开的扇子。

“这样每对壳体的两个支点形成的尖拱与侧向压力的方向并不一致，有可能导致即使是静荷载的情况下，结构产生剧烈晃动，面
临的一个悖论就是，强度应该最大的地方恰恰是壳体宽度最小的地方。

此外，每对壳体本身在纵向也缺少平衡，因此不得不将力传向下一对壳体。

”①于是，通过八个辅助壳体将四对壳体连接起来，将其作为一个整体考虑，连接的壳体类似巨型格栅，它们将壳体之间的开口闭合起来（如图2）。

接下来，将壳体变成一个个由预应力钢筋混凝土模块构成的组合体，由于壳体的造型从下而上逐渐张开，肋拱的断面从下至上分成数个Y型断面。

高大的拱顶，肋更长、段更多、张开越大，而矮小的拱顶，肋短、段少、张开小，只是重复大壳下面部分的结构，这样结构与施工的难题就得到了解决。

此外，悉尼歌剧院表面的陶瓷片有100万片之多，但以方形为主，共有8种规格，组成“飞镖形”盖板4253块，模具重复使用率高达276次，异性盖板358块仅用4种模具。

②
2.3 小结
通过以上分析，悉尼歌剧院并非传统意义上的壳体结构。

在剖面上，可以清晰地看出，壳体的每个断面都是由一个个对称的Y型拱肋组成，通过后张法将每个Y型拱肋预制混凝土模块串联起来，就像儿童的折叠式玩具一样。

可以说，悉尼歌剧院的壳体是一种将整体结构转化为局部构件的建构方式，不难联想中国传统建筑正是一种木构件结构体系，这二者存在某种微妙的联系。

接下来将论述悉尼歌剧院与中国传统建筑的关系。

3.悉尼歌剧院与中国传统建筑
3.1 伍重与《营造法式》
2003年是宋代《营造法式》颁布900周年，同年3月，伍重获得普利兹克奖。

南京大学建筑学院赵辰教授认为：“伍重的得奖是可以和《营造法式》900周
年相联系的......伍重的中国建筑文化情结集中地反映在他与《营造法式》的关系上。

”③伍重学业的最后一年，第一次接触到《营造法式》，据他的校友、著名的女汉学家顾迩素④回忆，当时引起伍重注意的是1925年版的《营造法式》⑤的“卷三十一附”的黑红二色的插图（如图3）。

澳洲建筑师迈耶斯当年负责协助伍重进行悉尼歌剧院工程阶段设计，他回忆伍重在他的悉尼办公室里一直保存着一本《营造法式》，并经常翻阅。

从伍重在将悉尼歌剧院初步方案的壳体屋面转化成预制拱肋的决定中可以看出，《营造法式》的预制木构设计建造体系起到了重要的参考作用。

3.2 悉尼歌剧院建构体系与中国传统木构建筑体系
前面提到悉尼歌剧院将壳体转化为一个个由预应力钢筋混凝土模块构成的组合体，每个肋拱的断面从下至上分成数个Y型断面，矮小的拱肋其实就是大拱肋下面的部分。

这是伍重对于预制组装式建构体系的一个突破，使得现代建筑有更多自由的建筑设计，远离方盒子建筑。

1970年伍重在丹麦《建筑》杂志刊登了有关“单元复加原则”的思考：“工业化生产的建筑组件必须具备可添加的功能，同时又不必为适应不同情况改变组件的规格，只有这样，我们才能够一以贯之地使用这些组件。

新的建筑形式可以从这种纯粹的单元复加原则中诞生......以单元复加原则为基础，人们不仅可以满足设计和规划方面的要求，而且也可以满足扩建和调整的要求。

原因就在于建筑的特点来自组合构件的总和，而非构图或者立面造型。

......单元复加原则具有很强的灵活性。

”
与此对应，从中国传统木构建筑中可以找到伍重提出的“单元复加原则”。

因为“中国古典建筑的结构，无论方法、取材、形制、用料大小等问题大部分都是主要依照当时所用的‘法式’、‘做法’、‘定制’等来决定的。

”⑥传统
的木构建筑由基础、墙身、屋顶组成，木构体系集中表现在屋顶及屋顶与柱身衔接上。

古代匠人通过一套完整、严密的木构件组织起“第五立面”屋顶，屋顶自下而上简单分为：第一层由斗拱、枋、梁将力竖向传递给柱子；第二层有椽、檩分担水平荷载；第三层瓦等防水、装饰材料。

中国传统建筑正是按照一定的木构法则将标准构件连接起来，形成变化丰富的建筑类型。

吸引伍重的是该体系的屋架完全由横梁叠加而成。

毋庸置疑，该组合方式对伍重的“单元复加原则”影响巨大，更重要的影响是它帮助伍重认识到：即使中国各地的气候条件不同，但使用相同的组合元件也可以因地制宜地形成不同的屋面形式。

3.3 悉尼歌剧院与祈年殿
除了悉尼歌剧院屋顶构件体系与中国传统建筑木构体系有联系，其实悉尼歌剧院“将屋顶直接作用于地面平台”的空间意象出自于我们所熟知的“大屋顶”。

瑞典汉文家喜仁龙这样描述中国建筑：“木柱从台基上升起，经常达到可观的高度，就像是在土堆和岩石上长满了高高的树木。

曲线形的屋顶犹如飘动的柳杉树枝，它们之间若有墙体的话，常常由于巨大的出檐而导致的光影以及开敞的廊道、花格窗、栏杆等的作用而几乎消失。

”伍重在亲自体验了中国建筑后将其诠释为：“在西方，重力是朝向墙体；而在东方，重力是直接朝向地面的。

”通过伍重的草图清晰地看出，这一空间意象正是悉尼歌剧院的基本创作思想的根源（如图4）。

“从造型的基本要素来分析，悉尼歌剧院的空间意象正是强化了的巨大‘平台’上的‘屋顶’。

”⑦再将“悉尼湾帆影”这一造型与祈年殿对比不难发现二者的相似之处，伍重巧妙地将天坛“基座与重檐”这一概念应用到悉尼歌剧院的设计中。

首先，从场地来看，悉尼歌剧院主要演出大厅的顶部高达54.6米，比悉尼海港
大桥桥面还要高出近9米；白色造型在海天为背景的映衬下，显得格外突出。

祈年殿位于天坛公园北侧，四周环境空旷，且整个天坛内的建筑高度没有超过祈年殿的。

其次，祈年殿为三层基座，而悉尼歌剧院屋顶下的大基座也有三层。

最后，对比祈年殿的三重檐发现，伍重也为悉尼歌剧院设计了主要三组壳体。

4.结语
虽然国内建筑界对与悉尼歌剧院功能迁就形式的评价颇有微词，实际上，悉尼歌剧院是在追求形式与功能并重下，努力解决种种矛盾与冲突。

伍重设计的悉尼歌剧院说明，建构观念与结构理性并非一回事，在结构手段与建筑结果之间，永远不可避免地存在着差异。

但从结构构件体系可见，伍重从中国传统木建筑构件体系吸取的“单元复加原则”，通过使用标准构件连接组成三组薄壳屋顶，在结构形式与建筑形式之间构建良好关系，成功地解决了悉尼歌剧院复杂的形体设计问题。

注释：
① 用肯尼思·弗兰姆普敦《建构文化研究》
② 见Michael P.Smith Sydney Opera House P.48,1997年重印本
③ 赵辰《“立面”的误会》
④ 注：顾迩素是中国建筑尤其是《营造法式》的研究专家
⑤ 注：《营造法式》1919年被朱启钤先生发现，1925年由陶湘先生第一次正式出版
⑥ 引用李允鉌《华夏意匠》
⑦ 引用赵辰《“立面”的误会》
参考文献：
[1].肯尼思·弗兰姆普敦.建构文化研究.[M].中国建筑工业出版社.2007
[2].赵辰.“立面”的误会.[M].生活·读书·新知三联书店，2007
[3].李允鉌.华夏意匠.[M].天津大学出版社，2014
[4].陈建斌.悉尼歌剧院解读[J].北京建筑工程学院学报，2008（12）
[5].孙凤岐.悉尼歌剧院——20世纪伟大又浪漫的建筑[J].世界建筑，2003（08）
[6].张良皋.从悉尼歌剧院论到北京国家大剧院[J].新建筑，2001（02）
[7].梁鸿文.一代名作——悉尼歌剧院[J].世界建筑导报,1994(2)
[8].裘振宇.伍重的中国——中国传统艺术与建筑对尤恩·伍重建筑创作的启示[J].中华读书报,2010(06)。