馮遠

全國工程勘察設(shè)計大師

國家卓越工程師團隊中建西南院高性能大跨度空間結(jié)構(gòu)團隊主持

中國建筑西南設(shè)計研究院有限公司總工程師

天人合一，自然之法，造物之道。結(jié)構(gòu)與建筑，猶如天地間的和諧共存，既有力的支持，又有形的優(yōu)雅。力流自然而然穿梭于空間之中，賦予結(jié)構(gòu)以生命與靈魂，細致地編織人與建筑的互動，成就空間的和諧與圓融。

以仿生視角塑造建筑結(jié)構(gòu)

返璞歸真，使結(jié)構(gòu)回歸舒適本態(tài)

結(jié)構(gòu)與建筑，猶如天地間的和諧共存

既有力的支持，又有形的優(yōu)雅

源于自然，又融入自然

讓空間結(jié)構(gòu)探索化身為一場愉悅的美妙旅途

PART.1

自然而美

讓建筑呈現(xiàn)舒適的本態(tài)

人類是大自然的產(chǎn)物，同時也是參與者。自然界蘊含著無盡的科學原理的奇妙現(xiàn)象，許多結(jié)構(gòu)形式與形態(tài)，正源于自然的智慧，展現(xiàn)出堅固、合理與美麗。從小到大，自然給了我很多視覺的印記，帶給我很多關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計的啟發(fā)。

自然的本態(tài)是合理的。比如蜘蛛網(wǎng)是一種受拉的結(jié)構(gòu)，蜘蛛絲具有極高的強度和韌性，織出的網(wǎng)非常輕盈；貝殼常呈曲面或折面，作為受壓殼體，具備優(yōu)良的剛度，且由鈣質(zhì)構(gòu)成，抗壓能力極強；雞蛋的曲面同樣提供了剛度和抗壓能力，形成薄而堅固的穹頂結(jié)構(gòu)；鳥巢則通過大小不一的枝葉纏繞搭接而形成互承結(jié)構(gòu)，搭建出溫馨的小空間。因而當人們看到與自然相似的建筑形態(tài)時，就會感受到舒適。

自然界生物演化至今已有數(shù)十億年，這一過程展現(xiàn)了其如何以最小能耗與代價抵御外界的挑戰(zhàn)。因此，自然界中堅固或輕盈并且優(yōu)雅的結(jié)構(gòu)，若在建筑中得以反映，便是力與美的呈現(xiàn)。

PART.2

順應(yīng)自然

以仿生視角塑造有機結(jié)構(gòu)體

對于建筑而言，結(jié)構(gòu)是承重物，是支撐建筑物的關(guān)鍵元素。有機結(jié)構(gòu)體順應(yīng)自然，在仿生視角下運用建筑技藝反應(yīng)生物的結(jié)構(gòu)特征。當結(jié)構(gòu)的力流合理時，它能夠以最小的代價和材料抵抗外部荷載，同時提供承載力，呈現(xiàn)建筑的自然形態(tài)。

蜘蛛網(wǎng)纖細而高強的特性給予我們啟發(fā)，做出富有張力的索結(jié)構(gòu)形式。露天音樂公園就是采用的雙曲拋物面單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，屋蓋跨度90m，僅兩點落地的拱腳距離180m，為劇場提供了巨大的開敞空間，草坪由室內(nèi)自由延伸至室外，形成廣闊的廣場空間。

△ 成都露天音樂公園

貝殼高抗壓特性能給我們提供一個大空間的殼結(jié)構(gòu)，對應(yīng)我們的項目是成都現(xiàn)代五項賽事中心游泳擊劍館的鋁合金單層網(wǎng)殼和青島體育場跳水游泳館的鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼。

△ 成都現(xiàn)代五項賽事中心

△ 青島體育場跳水游泳館

索和殼結(jié)構(gòu)是兩種完全不同的受力方式，一個受拉，一個受壓。這兩種方式結(jié)合的代表項目，就是常州奧體中心體育館，采用的上部受壓殼和下部受拉索構(gòu)成的自平衡大跨度結(jié)構(gòu)體系，這個結(jié)構(gòu)的特點是集合了上部單層網(wǎng)殼剛度大和下部索拉力強的優(yōu)勢，結(jié)構(gòu)的截面小。

△ 常州奧體中心體育館

常州體育館屋蓋中部開個洞就成了鄭州奧體中心體育場的大開口索承殼結(jié)構(gòu)，這也是上剛下柔的雜交結(jié)構(gòu)，索的布置發(fā)生了變化，對屋面覆蓋材料的適應(yīng)性強，可以用金屬屋面，而且對邊界依賴小，就是對下部結(jié)構(gòu)作用小，從而下部構(gòu)件截面小，整個體系優(yōu)，節(jié)約了材料。

△ 鄭州奧體中心體育場

把張拉索做成雙層就成了四川雅安天全體育館的索穹頂結(jié)構(gòu)，這是一種結(jié)構(gòu)效率極高，用材料很省的結(jié)構(gòu)。

△ 四川雅安天全體育館

雅安天全體育館屋蓋開個洞就成了成都鳳凰山足球場的大開口索穹頂結(jié)構(gòu)，索穹頂結(jié)構(gòu)上下都采用拉索，其間有鋼桿，視覺效果輕盈美觀，可謂是壓桿的孤島存在于拉索的海洋中，看似薄如蟬翼，卻能支撐一個屋蓋。

△ 成都鳳凰山足球場

此外，樹木展現(xiàn)了樹形結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在的桁架和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，很多也是從樹形原理優(yōu)化而來。結(jié)構(gòu)通過拉壓桿分布力系作為承載體，成都東安湖體育場和成都高新商務(wù)廣場轉(zhuǎn)換體及重慶奧體游泳館就是采用的桁架及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

△ 成都東安湖體育場

△ 成都高新商務(wù)廣場

△ 重慶奧體游泳館

當把索與桁架相結(jié)合就構(gòu)成張弦桁架（梁）結(jié)構(gòu)，比如鎮(zhèn)江體育會展中心、川航活動中心和鄭州奧體中心游泳館。

△ 鎮(zhèn)江體育會展中心

△ 川航活動中心

△ 鄭州奧體中心游泳館

所有這些結(jié)構(gòu)形式，均基于索與桿這兩種基本構(gòu)件，索和桿通過各種組合能產(chǎn)生出若干種承力體，例如上部剛性桿與下部柔性索組合、上部柔性索與下部剛性桿組合、上下剛性桿、上下柔性索組合等等，變換一下桿件位置進行不同組合，結(jié)構(gòu)力流就會隨之變化，承力體的受力特征就會不一樣，這是非常美妙的現(xiàn)象。這種變換是順應(yīng)力學原理的，結(jié)構(gòu)隨力而生，展示出不同的特征。由此可見，大千世界，奇妙無窮，了解探索其中的力學原理和構(gòu)造原理，由此構(gòu)筑的建筑既合理也豐富多樣，這種探索從未知到確定，總讓人有驚喜，美妙無比。

PART.3

恰如其分

力與形交融的建筑美學

結(jié)構(gòu)和建筑的有機結(jié)合令人愉悅，它們彼此交織，密不可分。結(jié)構(gòu)是力，建筑是形，此謂力隨形，形定力，也就是說，不同建筑的形對應(yīng)不同結(jié)構(gòu)的力。結(jié)構(gòu)和形式的統(tǒng)一一直是我們所追求的，合理的結(jié)構(gòu)是形式和材料的綜合體現(xiàn)，傳遞著理性的美感，力流的表達也清晰可見，這些建筑物令人愉悅。

每個建筑都可以用多種結(jié)構(gòu)形式去實現(xiàn)，但最恰當?shù)闹挥幸环N，這是由綜合因素決定的。首先，滿足功能需求是設(shè)計的前提，其次，結(jié)構(gòu)的受力合理性是關(guān)鍵要素，占據(jù)較大比重。同時，美觀性亦需重視，經(jīng)濟性、施工可行性和工期等因素同樣需要全面考量。一定不要過分強求某一個因素，避免為創(chuàng)新而創(chuàng)新，要找到各因素的最佳平衡點，才能實現(xiàn)真正的恰如其分。通過結(jié)構(gòu)來表現(xiàn)建筑美，應(yīng)當實現(xiàn)力與美的共軛，以此呈現(xiàn)一種自然而然的美。這種美不應(yīng)是強迫或做作的，而是適當、適宜地融入建筑之中，達到自然和諧的效果。

建筑承載著經(jīng)濟、科技、文化水平和社會價值觀等多重屬性。作為結(jié)構(gòu)工程師，需要考慮力學、技術(shù)、規(guī)范，經(jīng)濟性、施工可操作性；作為建筑結(jié)構(gòu)工程師還需要考慮建筑功能、空間美學和文化；作為現(xiàn)代設(shè)計師還應(yīng)考慮更多的社會責任方面因素，比如說碳排放、節(jié)能、無障礙設(shè)計、社會友好性、可持續(xù)發(fā)展等等，以確保設(shè)計出高安全、強功能、美學出眾的高品質(zhì)建筑。

與此同時，我們應(yīng)當更加關(guān)注人的行為與感受，做有機建構(gòu)。結(jié)構(gòu)的設(shè)計與構(gòu)建會直接影響人們的體驗，因此，理解人的需求至關(guān)重要。盡管結(jié)構(gòu)是強技術(shù)性的，但將人放在中心，才能真正做好結(jié)構(gòu)。

每一次假設(shè)都是一種通往不同可能的探索，是一次從未知到已知的收獲，這些旅程能夠愉悅地拓寬視野，同時其挑戰(zhàn)與成果不斷積累知識與經(jīng)驗，成為我持續(xù)前行的動力。

編審 / 中建西南院融媒體中心

素材來源 / 中建西南院高性能大跨度空間結(jié)構(gòu)團隊 中心工作室管理部

編輯 / 何沅 陳周超

校對 / 陳序 向嫄 劉作卓

審核 / 馮遠 喬暉 劉珂