●  编 织

编织是一种古老的艺术，森佩尔在《编织艺术》中提到，编织艺术在建筑中的应用始于原始棚屋的建造，主要指的是使用树枝对于建筑进行横向与竖向穿插、打结、加固等。他指出，所有建造形式都能在编织产品中找到原型——如建筑中的卯榫、焊接、铰接等形式，都与传统编织工艺有关。如今，随着建造技术的发展，结构构件的受拉性能得到提升，加之社会经济对于建筑美感的更高要求，越来越多的现代建筑引入了复杂、自由的编织表皮系统。建筑表皮不再只是作为简单的空间围合构件存在，而是更多地作为传递信息与意义的载体，打造出别样的建筑造型和独特的空间体验。

 赫尔佐格与德梅隆均认为，建筑的形式与功能息息相关，建筑表皮作为一种图像呈现方式，在建筑表现中起着不可或缺的作用，因此他们的作品往往以简单的建筑形态为基础，将具象图案反复、整齐地运用在整个外立面上，极大地表现出了他们对编织表皮肌理与质感的追求。

建筑表皮的编织形式主要有三种：第一种是将表皮作为装饰性外立面，不参与结构体系，例如将外墙材料进行排列组合形成肌理图案；第二种是表皮被建造于建筑体系之外；第三种是表皮受力结构完全独立，这种编织结构既能够发挥结构受力的优势，又有利于摆脱传统结构形式的束缚，创造独特、自由的形式美感。

●  独立结构

勒斯巴热在《表皮建筑学》中提出：“建筑学中框架结构的美学与功能的发展使得墙体被重新定义。在去除附加包装以及承重功能以后，墙体变成了填充物，而像覆盖层、集装箱或包装纸那样悬挂在框架结构之上，墙体的图像也因此被重新定义了。”在以前的技术条件制约下建筑表皮往往必须与承重结构结合，现如今，框架结构的广泛运用与建筑构件的批量生产使得建筑表皮可以独立于主体结构存在，结构性表皮的应用，使得建筑内部构架被相对解放出来，有利于营造丰富的空间效果，同时有助于结构计算和施工的便利（图1）。

图1  普通框架结构与表皮围合结构简图

在传统设计中，建筑的结构受力主要被分解为水平和垂直受力，自上而下传递至基础。而在结构性表皮中，结构受力不再遵循传统正交网格的特征，表皮内相互支承的构件组成了一个统一的逻辑整体，共同参与受力，并且由于表皮一般只受到开口和立面的制约，该结构自重较轻，在刚性与强度等方面的自由度更大，加之运用编织的设计手法，可以使得结构的构件截面尺寸减小，弹性模量降低，整体刚度也降低。在其他网格形态的建筑形式中，由于考虑风荷载等活荷载的影响，构件需预留多余的厚度来避免结构局部失稳。而结构性编织表皮可以通过叠加小尺寸构件提升整体刚度，还可以通过杆件回弹和节点的微小形变调整形态，延长失稳极限，从而承受较大荷载。

下文将以赫尔佐格与德梅隆典型建筑作品为例，探讨结构性编织表皮的技术性与艺术性。

●  非完全结构性表皮案例分析——日本东京Prada旗舰店

▲  技术性分析

赫尔佐格与德梅隆设计的日本东京Prada旗舰店，其表皮结构体系与其余结构体系共同构成了建筑的整体结构系统，这属于非完全意义上的结构性表皮——即建筑的主体结构不全由表皮组成。该建筑的金属网格与垂直核心相结合，可以灵活地支承混凝楼土板与核心筒，在发生地震时允许金属构件之间有更大弹性，弱化了传统意义上的梁柱等构件的影响。

该建筑的支承结构由现场焊接的钢元件制成，尺寸为250mm×180mm，并被涂上防火硅酸钙和丙烯酸涂料。建筑立面是一个被数百块菱形玻璃镶嵌的网格框架（图2、图3），内表面附有铝型钢材制成的斜向立柱和横梁。菱形玻璃封闭元件的尺寸为3.20m×2.00m，表面或平坦或弯曲（或凹或凸），由UV滤光片和安全浮法玻璃板、特殊硅酮密封构件以及插入PVB薄膜制成。这些形态各异的玻璃被镶嵌在呈网状结构的铝框架上，由钢夹连接固定，这使得玻璃封闭元件从整体结构中分离出来，在降低立面复杂性的同时提升了材料的连续性和密封性，从而有利于减小地震发生时造成的损害。

图2  网格结构中多种玻璃组织

图3 建筑内部实景图1

在立面上，建筑钢制网格表皮不设有其他任何垂直或水平构件，因此建筑的所有模块都采用了相同材料且每层楼的高度正好是两个菱形面板（4m）的高度，这使得网格与网格的交叉点可以与每层楼外围的大梁相连从而形成传递垂直荷载的连接点。而大梁作为拉力构件连接外围梁和轴架，具有对网格垂直变形的约束，在大梁和网格构件之间可以建立起水平力的平衡，因此50%以上的楼面荷载都由外部网格和内部垂直竖井承担。此外，由于每层楼只有外围梁与直接承受垂直荷载的构件相连接，其他构件的端部均不与楼板梁直连，而是作为直接承载荷载构件的抗弯曲加固构件而存在，因此不能直接传递垂直荷载。

另一方面，由于竖井的水平刚度很小，大部分水平荷载如地震和风荷载都由网格承担。而网格不含竖向构件，网格构架的竖向刚度会低于内轴的竖向刚度，在地震等长期（或许也有短期的）竖向荷载作用下，其变形会比普通构件大。资料表明，网格构架最高层的垂直位移约为3cm，而对于风力、地震力和其他水平力，网格构架可以提供约100%的阻力，拉伸和压缩侧的轴向力最大波动分别为1,300kN和1,100kN，整体结构可以形成一个箱形阻力系统（图4、图5）。

图4  构架节点与受力分析图

图5  建筑结构分析图

▲  艺术性分析

建筑表皮分割了内部空间与公共领域，是内与外、公与私的“交汇点”。而结构性表皮由于具有外立面与结构的双重属性，可以使空间结构一体化，加上编织的设计手法，建筑内各个要素可以形成变换的连续整体，从而模糊传统建筑墙体、楼板、梁柱等构件影响，打造“蒙太奇式”的空间感，创造内、外空间更多渗透、交错的可能性。

东京Prada旗舰店采用了曲面网状编织手法，其结构、空间和立面都是独立单元：垂直核心、水平构件、楼板和立面网格划分了空间，同时它们也是结构和立面的组成部分。建筑外表皮的菱形格中镶嵌着数以百计的凹凸玻璃，这些玻璃可以改善室内的光环境；通过玻璃，人们既可以在店外看见店内陈列的商品，也可以在店内看见店外的风景，在这个过程中，建筑、商店橱窗和展览之间的传统差别被消除了，透明与实体，锐利与模糊有机地交织于一体，展现出了一幅新颖的城市图景。

图6  建筑内部实景图2

●  完全结构性表皮案例分析——北京国家体育场

▲  技术性分析

东京Prada旗舰店体现了表皮与结构一体化的特征，在后续设计中，赫尔佐格与德梅隆将结构性表皮的理念继续延展。他们设计的北京国家体育场主体结构即为表皮系统，因此属于完全意义上的结构性编织表皮。由于要求体育馆招标方必须具有可开启的屋顶，建筑必须有两条平行梁在顶部作为导轨，同时考虑到圆形形态与导轨之间存在外观上的矛盾（图7），赫尔佐格与德梅隆采取了将导轨编织进交错结构中、直线与曲线相互交织的策略：建筑表皮由48根规则的门式刚架编织（焊接）而成，交叉布置的钢条环绕屋顶旋转、相切并相互支承，呈现辐射状的编织效果。整个建筑内没有一根立柱，钢结构体系分为主结构与次结构，主结构由看台上方的椭圆平面网架构成，两条平行导轨被隐藏入其中，网架下隐藏着铝合金板材，起到遮挡与围护的作用（图8）；次结构由搭接在网架上的一系列杆件构成，主、次结构以看似随意的方式交织，实际上又遵循了严谨的结构逻辑。

图7  平行的梁与原型结构会产生形态上的冲突

图8  旋转编织结构将平行梁很好地隐藏了

在整个网格结构中，所有构件尺寸一致，均为1.2x1.2m，且建筑中所有钢构件的外侧面均与屋面重合，这使得设计师必须在屋面与立面的连接处设置许多弯扭构件并在建筑内加设13根腹杆，加大了施工难度。因此也有部分专家提出：这种交叉受力体系必须采用昂贵的厚钢板来承重，整个工程设计和建造的复杂性太大，造价过高（约人民币40亿元），造成许多人力、物力上的浪费，不符合当下绿色建筑的发展趋势。

▲  艺术性分析

建筑内镂空的结构构件相互支承，整体构架犹如树枝编织成的鸟巢，在造型上具有独特的动感与活力。于“无序”之中见“有序”是鸟巢设计的最大亮点：在建筑的入口处，巨大连续的钢结构网格为观众们编织出了宽阔的集散空间，建筑内的楼梯、走廊也均被纳入这一庞大的结构体系中（图9~11），人们在观赛前后的各种活动都在这个灰色空间内发生着，人群的活动也成为了立面的一部分，呈现出开放、包容的现代都市感。建筑外部的编织网格看似纷杂无序，但是从外部集散空间进入看台区域，建筑空间逐渐由繁变简——鸟巢的看台被设计成了均匀、连续的环状，空间简洁有序，为观众提供了舒适的视野和环境。看完比赛后自内而外走出，又可以感受到集中精力看比赛后回到纷繁都市中的独特体验；这种“有序”与“无序”交织的手法为观众们打造出独一无二的富有张力的审美感受。

图9  鸟巢局部立面

图10  鸟巢内部楼梯

图11  鸟巢内部走廊

●  结  语

建筑的结构性编织表皮实现了技术与艺术的统一，使建筑呈现出表皮多元化、结构体系多样化的发展趋势。赫尔佐格与德梅隆的建筑作品在继承传统编织理念及形式的基础上探究了建筑表皮的独立结构特征，他们多样的设计手法将建筑从机械、呆板中释放出来，给人以充满韵律感、节奏感的独特的建筑体验，值得我们在设计中学习、借鉴。