仙台媒体中心的形与力：伊东丰雄的创作宝藏下

管状柱
管状柱是smt重要的构成要素——无论是空间感受还是结构理性。

伊东和佐佐木都将其称为tube或者チューブ。

从功能的角度，它在smt作为楼梯间、电梯间、通风井、采光井等等（图16）。

16
从力流的角度，它作为柱子，其实就是将原本我们理解的集中传力方式分解到管壁上——一点也好，三角也罢，圆形亦可（图17）。

关于圆形空心柱子，自然界的例子很多——秸杆或者竹竿。

这些都为理解smt的管状柱提供了直观依据。

17
Smt的13根管状柱分为两类——A类只用来传递重力（可简化为竖向力），B类除了用来传递重力还要抵抗水平地震力（可简化为水平力）。

B类共4根分布于smt的四角，而余下的9根分布其间。

二者在形式上大同——都是管状的柱子结构，小异——A类只有竖向平行（准确地说是同层没有交接的）杆件，而B类则由类似斜撑的杆件交织而成（图18）。

18
仅作为重力荷载的受力构件时，管状柱形式的自由度源于力流路径自上而下时，管环作为柱子的一部分，提供了力流所需的压力或者拉力。

如图19a中，腰部收缩的三角管壁柱子，其竖向杆件都承受压力传递重力，但顶部的管环则通过受拉的方式，使上部的竖向杆件在顶端获得水平向的力，导致此竖向杆件能以受力平衡的方式向下向心地传递。

而中部的管环则以受压的方式使向心的上部竖向杆件与向外的下部竖向杆件在交接处平衡。

最后底部的管环与底部一样以受拉方式平衡力流的竖向传递。

如果拿出一个上部的倒梯形部位作为静力学分析时，我们完全可以用图解静力学的方式，利用节点求解个杆件受力状态（拉力或者压力）和大小（图19d）。

而图19b则是圆柱腰部收缩的竖向受力力流状态，19c则是进一步移动中部壁环位置的管状柱形态——当然力流路径则更为复杂。

19
图20则是中间管环扩大时形与力的大致关系——与中部管环收缩的管状柱相比较，上中下管环的受力状态相反。

同时，管环一定范围内的位移也能保证其自身的稳定状态，只是内部的受力状态更加复杂。

20
以上两种管状柱同属于A类，它们能轻松完成重力荷载的任务，却难以将水平力传递到地上——也就是常被讨论的“抵抗水平荷载”。

B类管状柱交织的斜杆就发挥此重要效用。

图21中所示的就是由斜杆组成的管状柱如何能抵抗竖向力（a和b）以及水平力（c和d）。

21
同样，B类管状柱也可以通过在一定范围内对管环进行收缩、扩大、位移等操作，使其获得形式上的自由度（图22）。

22
伊东丰雄和佐佐木对管状柱在smt的尝试是初次的，但不是最后一次。

在1997年间的两次竞赛——瑞士巴塞尔国际清算银行（Bank for International Settlements，图23左）和日本广岛展览会议中心（Hiroshima Messe convention center，图23右）和1999年罗马现代美术中心（center for contemporary art in Rome，图23中）,他们联合进行了多次管状柱变体的尝试[1]。

23
而2002年的奥斯陆项目（Oslo Vestbanen Project），则对于管状柱多样形态的另一次大胆的尝试（图24）——相比之前的方案斜杆形式更自由管环位置偏移更大，但从力流概念来看，它依旧是管状柱的一种变形，并且斜杆同时提供了竖向力和水平力的传递路径。

24
在smt及之后讨论的这几个方案，我们都将管状柱当作柱子对待，但从力流概念的角度，“管”和“筒”的概念在拓扑关系上是一致的，因此，将“管”的形状由圆形变形为矩形或者其他形，将其尺度由柱子放大到楼层平面，将其承受楼板荷载的方式由管状柱间支撑变换为管状柱内部支撑（图25），我们就会发现管状柱与筒体结构（英文就叫tube structure，高层建筑中使用的核心筒也是其中一种）是同样的力流概念。

25
因此，当我们看到福斯特（Norman Foster）设计的纽约赫斯特大楼（Hearst Tower，2006，图26左）时，当我们看到赫尔佐格和德莫隆（Herzog & de Meuron）设计的东京Prada旗舰店（Prada Tokyo，2003，图26中）时，或者当我们看到蓝天组（Coop Himmelb(l)au）设计的慕尼黑BMW世界（BMW Welt，2007，图26右）时，借助力流概念我们能理解它们与smt或者奥斯陆项目在力学本质上的共通性。

26
上述讨论的管状柱力流概念是集中于杆件体系的。

在结构理论里，建筑结构主要分为两大类——杆件结构（elementary structure）和整体结构（monolithic structure）。

以梁形式作为代表，钢桁架就是典型的杆件体系，而混凝土梁则是典型的整体体系。

在上篇里，已经提及，利用力流概念，混凝土梁的受力力流路径可以被简化为桁架的力流分布。

同样，管状柱的形式，依然可以借用力流概念，从杆件体系发展为整体结构体系——需要提醒的是，虽然这种简化在概念阶段是约等的，但实际整体结构内部的力流路径较之杆见结构更为复杂。

回到伊东的设计。

从局部看，冥想之森（"Meiso no Mori" Municipal Funeral Hall，2006）支撑曲面的柱子便利用“管状柱”中空的性质，巧妙设计为排水之用（图27）。

27
涩谷Tod's表参道大厦（Tod's，2004）则是借用树状自上而下的倒三角力流组成了不规则网格状（玫瑰红色）的筒体结构作为外筒，与内部一个核心筒共同发挥作用，但表现出来的形式却打破我们对多层旗舰店的常规印象（图28）。

28
东京银座的MIKIMOTO旗舰店（MIKIMOTO Ginza 2, 2006）同样出自这种力流概念。

类似珠宝的多尺度多样式的洞口分布于不规则网状的外筒非力流路径，而外筒的力流网格则提供承受竖向重力和水平向地震力的力流传递路径（图29）。

但与Tod's旗舰店不同之处在于，如果说Tod'S是“外筒+核心筒”的结构类型，那么MIKIMOTO则完全是“外筒”结构。

29
而SANAA做的矿业联盟管理设计学校（Zollverein School of Management and Design，
2006）与TOD's和MIKIMOTO的外筒所采用的力流概念是类似的，只是管理设计学院是“外筒+核心筒+柱”的复杂复合体系（图30）
30
再次回到伊东的设计。

2005年的台中歌剧院（Taichung Metropolitan Opera House）中鼓形空间的运用，实质上是对管状柱的发展和重组（图31）。

管状柱不再限于上下直通，而相互错位堆叠，最终借助钢筋混凝土的塑性完成了纵横的“流动空间”。

31
2007年伯克利美术馆（Berkely Art Museum）实际上是对台中歌剧院管状柱体系的一次简炼运用（图32）。

32
而2009年伊东丰雄建筑博物馆（Toyo Ito Architecture Museum）则是对管状柱极致的几何提炼（图33）。

33
在smt中，伊东与结构师们探索了蜂窝板与管状柱对形式/空间的惊叹效用——作为smt竞赛评委的矶崎新称之为对新建筑类型的探索，但更关键的是：这种探索不是一次性的，而是持续发展的。

我想，这种探索方式，不是简单意义上的结构选型的思维方式所能做到的——虽然结构选型思维是大量生产建设的基础。

通常意义上的结构选型，是结构专业提出了以结构公式和代数计算为基础的形式选项，它不负责或者并无义务向建筑师解释力的传递路径，甚至很多精于计算的结构师自己也尚不知力流的分布——因为很多被选项化或者说“标准化”的结构类型其可行性是基于对公式的计算和验算。

这种方式对向往标准化产出的结构师或者建筑师来说，当然是有利的——对此，我并不完全反对，因为它一方面能应对发展中国家快速城镇化的需求，一方面也尝试在贫困地区推广省材节能建造的建筑模式提供支持。

或许还应该感谢它，对建筑创新的迫切需求很大程度得益于它所带来的大量同质化建设。

但，它，对于探索建筑形式/空间创新的建筑师来说，始终难以在结构类型与建筑形式的深层关系上给予直观而非数值的支持。

而最直接的支持，或许源于对形与力关系的认知。

伊东丰雄与结构师的合作应该与图解静力学无关[2]，但我却相信至少他们对建筑形式的理解是超越代数计算直接与形式相关的——佐佐木睦朗结构设计事务所发展的结构进化法是讨论形式与力流关系的重要手段。

而基于图解静力学的力流概念研究，正尝试为建筑师呈现形式与力流更的本质关系，这种关系试图打破结构和构造的尺度界限，试图弥合杆件体系和整体体系的疆界，试图从形式上褪去圆
形、矩形、三角形甚至不规则形的差异。

或许这种试图是重要的设计创造方法之一。

[1] 具体可参阅《建筑的非线性设计》。

[2] 其依据在于很多日本建筑的结构设计还依靠弯矩图，无论是伊东和佐佐木的合作，还是石上纯也和小西泰孝的合作。

而图解静力学系统里，弯矩和剪力被转化为拉力和压力（弯矩就是力偶，力偶就是同一平面内大小相等、方向相反、不共线的一对平衡力）。

以此推测，但尚缺更多考据。

图片来源：
图23，27来源于ELcroquis；
图29部分照片来源于网络；
图26来源于网络；
图17、18、19、20、21、22、25为笔者自绘；
余图图中分析图线图为笔者自绘，其余为ELcroquis（包括图32右下线图）。