结构决定形式|墨尔本大学MSD Studio拱壳结构教学实践

Original YK & WX TransAxis设计坐标 2022-04-21

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声明：本文部分文字图片来源为 www.albertopugnale.com/blog/，小编对其进行翻译和整理

嗨喽~又一次和大家见面了。上一次我们发布了同济本科毕设的文章，居然在两天内阅读量就破万了，真是震惊不已，大家的支持也给了小编充足的动力去完成新的推文！那么本期作为对比，为大家介绍墨尔本大学有趣且高技的建筑设计Studio。

MSD Studio教学成果展

关于建筑学教育课程，中外有着截然不同的思路方式：中国貌似更为传统与保守一些，大框架还是根据之前包豪斯等体系模式，从艺术空间装置到简单别墅、茶室设计，再到博物馆、展览馆、城市综合体、住区、城市设计等逐渐扩大项目规模尺寸，这些也恰好是当今社会一名全面的建筑师应掌握的基本功力，一言以蔽之就是“大而全，但是不够精”；国外建筑学教育貌似更注重对特定方向课题的研究实践，在提出某一研究课题后就以Studio或者Workshop形式来思考与探究，所得到的结果对课题所提出的问题有针对性的回应即可，不必面面俱到，因此更容易成为某些领域方向的“专家”，但是全能型与实践全面性有所减弱。

MSD Studio教学记录

而本期要介绍的Studio则是一个以Form-Resistant Structures（以形传力的结构）出发，主题为HOW VIRTUAL BECOMES REAL（如何将虚拟变成现实）的建筑设计小组。Studio的指导老师为Alberto Pugnale博士（现于墨尔本大学任教，墨尔本大学建筑与规划系的建筑师和建筑设计高级讲师，目前，他是“国际壳体和空间结构协会”（IASS），“建筑科学协会”（ASA）和“澳大利亚和新西兰建筑史学家协会”（SAHANZ）的成员。他还是国际期刊评论家，如“建造自动化”，“建筑科学评论”和“Nexus网络期刊”），他在个人网站里面分享了许多他任教过程中的学生课程作业。（本期文章素材也源于这个网址http://www.albertopugnale.com/blog/，有兴趣的同学可以点击深入研究一下）

Alberto Pugnale的个人网站主页

正如Greg Lynn的“BLOBs”和NOX的“free-forms”所展示的那样，“digital”的影响在建筑界中呈现指数级增长。这里的“free”这个形容词表明了在不考虑组成元素、结构性能以及建造原理的情况下建筑形式创造的自由性，并且在Marcos Novak（马科斯·诺瓦克）的纯虚拟“trans-architecture”中已经达到了顶端。在这个框架中，诸如壳体和网壳等以形传力的结构被置于“战略性”的位置上。一方面，它们属于以形传力结构类型学--Frei Otto和JörgSchlaich的标志性项目一直都是通过创造性生成过程得到的结果，将结构与形式紧密地关联在一起；另一方面，free-forms和BLOBs迫使这种经典方法不断发展并接近极限，为这一研究领域带来新的活力——法兰克福的MyZeil购物中心是这一趋势的最近例子。

法兰克福的MyZeil购物中心立面与室内实景

这就是“虚拟如何变得真实”的背景，这是一个基于以形传力结构体系研究的MSD设计工作室，学生们被要求通过物理找形与数字技术实现虚拟和现实的结合。

Alberto Pugnale

Studio导师：Alberto Pugnale为主，各届分别邀请了Louis Gadd（2013-2016），Alessandro Liuti（2017）和Atreuy De Lacy（2018）一起参与指导

MSD Studio教学成果展

Studio的课程设计分为两大部分：第一部分为案例学习研究，主要对一些先锋前沿以结构为主导设计的方案作出理论分析与研究，包括理论学习、软件模拟以及模型制作。在这里Alberto Pugnale着重强调了模型制作的重要性，他认为“这种“手工建造”并不只是为了激发学生对于模型制作发展出批判性的成果。同时，即使一定程度上模型制作和实际建造两者之间的矛盾是不可避免的，他们还在探索模型制作和真实的建造技术之间的潜在相似性。对壳体/网格壳体几何形式的研究能够很好的使得学生理解如何实现最后（建造）现实成果”；

第二部分则是提出相应课题学生在前期学习研究的基础上给出结构生形的建筑设计方案，同时也包括模型的加工与制作，所以整套流程完成后绝对收获颇多。

由于Alberto Pugnale在网页中只展示了2015、16、17三年的成果，因此小编按照“理论背景”、“案例研究”与“课程作品”三大板块为大家展示解读这个有趣又高技的课程。

理论背景

1995年Greg lynn（现于UCLA和Universityof Applied Arts Vienna任教）提出了“blobs（泡状物）”理论。泡状物概念是建立在莱布尼兹的单子理论和德勒兹的褶皱理论基础上的。简单来说，就是单子是终级的不可再分的单元；而任一复杂性都是由最初的单一性变化而来。因此，用数字技术来进行建筑设计时，借助计算机强大造型、拓扑变形与动画的作用，原型物体可以在特定基地、功能等的外力影响下可以不断发展为复杂的建筑体量。

Greg Lynn的书籍以及“胚胎”项目实践

1996年，Marcos Novak（UCLA教授）提出了“trans-architecture”，意为研究基于数字化建造，新型媒介技术，机器人建造等建模技术，使虚拟转变为现实。

从左到右为：Greg Lynn，Marcos Novak，Frei Otto

一方面，Greg lynn和Marcos Novak这样的先锋建筑师们不断在尝试超越经验式建造的极限，不断推动着新技术的发展；另一方面，在结构体系的发展上，Frei Otto 和Jörg Schlaich 两位大师已经给我们带来了许多具有标志性意义的一体化焊接结构的作品，最著名的就是1972年慕尼黑奥林匹克体育馆。基于以上两者，这个studio重点研究了自我稳定的结构体系，例如壳体和网格壳体。

慕尼黑奥林匹克体育馆

案例研究

在“虚拟是如何变成现实”的课程体系中，学生需要对Form-Resistant Structures（以形传力的结构）的应用进行了研究。通过物理形式的找形和数字技术，虚拟和现实被合成了一体。

一般来说，课程前4个星期学生需要做一些相关的案例研究，实验不同的数字化的找形技术。学生通过学习理解一些建筑案例，以及对选定项目进行解构和研究，寻找不同的结构形式，再制作物理模型，最后通过Kangaroo与Karamba等软件进行模拟建模与分析优化。在整个过程中技术和建造工艺是值得重点关注的，学生能够接触不同的制造方法。

2015年，前4周用于设计木制网格壳体以及一些案例研究。在第二周，学生们将通过充气来完成找形。我们的案例是FreiOtto和 Dante Bini的作品。我们在此过程中将物理模型和各种其他的工具结合，来探索形式的多样性。

木制网格壳体模型探究

充气薄膜找形探究

2016年在去年的基础上仍然做了网壳与充气薄膜找形的模型探究，并在此基础上对一些实际建筑项目案例也做出同样的结构模型研究。

CASE STUDY 1 – PALAZZETTO DELLO SPORT (Sport Hall) in Rome

案例研究1—罗马小体育宫

CASE STUDY 2 – SMITHSONIAN AMERICAN ART MUSEUM

案例研究2—史密森尼美国艺术博物馆

2017年在前两年的充气薄膜找形研究基础上增加了形态的自由度，从规则性的几何体演变为不规则泡状物，而且前两年的气囊仅仅是找形后起固定支撑物的作用，而本次采用透明薄膜即为找形结果。

值得一提的是，这种“手工建造”并不只是为了激发学生对于模型制作发展出批判性的成果。同时，即使一定程度上模型制作和实际建造两者之间的矛盾是不可避免的，他们还在探索模型制作和真实的建造技术之间的潜在相似性。对壳体/网格壳体几何形式的研究能够很好的使得学生理解如何实现最后（建造）现实成果，也就自然而然引出了下文的介绍。

CASE STUDY 1: KRESGE AUDITORIUM BY EERO SAARINEN

案例研究1：埃罗·沙里宁的克莱斯格体育馆

CASE STUDY 2: SERVICE STATION BY HEINZ ISLER

案例研究2：海因茨·伊斯勒的服务站项目

这里有趣的是学生们会用手绘制在Grasshopper中Kangaroo动态物理找形的逻辑思维电池图，有助于学习和理解

CNC雕刻机可以铣出模具形状轮廓

CASE STUDY 3: HIPPO HOUSE BY SBP

案例研究3：SBP的河马屋

CASE STUDY 4: HANGARS IN ORBETELLO BY PIER LUIGI NERVI

案例研究4：皮埃尔·奈尔维的奥尔贝泰洛机棚

CASE STUDY 5: LOS MANANTIALES RESTAURANT BY FÉLIX CANDELA

案例研究5：菲利克斯·坎德拉的霍奇米洛克餐厅

课程作品

2015年

经过四周的准备之后，学生们被要求设计一个位于博洛尼亚的健康中心（2015年青年建筑师竞赛的课题）。在设计的过程中，学生们学到了壳体结构的建造技术，优化策略和其他设计层面的知识。以下是一些最终成果和展览照片。

第一组

第二组

第三组

第四组

第五组

这个模型让我想起了ETH 的Philippe Block教授团队进行的相关拱壳研究，找形后接下来的任务就是如何将完整的拱壳根据所采用材料细分，那么这个就是典型的采用砖石或混凝土块材料的切分方法

第六组

第七组

第八组

2016年

在第5周学生将在三个密斯的项目（the Farnsworth House, the Crown Hall at the IIT, the new National Gallery in Berlin）中挑选一个进行研究。课题任务是将密斯的方盒子替换成壳体/网格壳体结构。设计需要保持原有的建筑尺度且使用相同的基地，除此之外学生可以任意对之进行改变。（能在大师头上动刀，这种穿越时空的同台竞技想想就很刺激啊！）

从上至下分别为the Farnsworth House, the Crown Hall at the IIT, the new National Gallery in Berlin

我们认为基于密斯的盒子进行壳体/网格壳体研究，有以下潜在的关联性：

1.密斯的结构表达与我们在Studio研究的案例具有相似性

2.壳体/网格壳体也同样遵循极少主义

3.屋架和内部隔墙的连接对于壳体/网格壳体是一个挑战（密斯对这种关系处理的十分谨慎，并执迷于建筑的整体形态）

以下是一些最终成果展示，还有一些墨尔本设计学院MSD展览上的作品：

作品1:

作品2:

这种直纹曲面拱膜网架结构在扎哈事务所的实践中也有相关尝试

作品3:

这位小哥哥如此浓眉黑眼的不禁感觉也许是个日本人

作品4:

作品5:

作品6:

作品7:

作品8:

2017年

在第五周学生任务是重新设计1970年大阪世博会的其中一个标志性国家展馆，当年世博会的主题是“人类的进步与和谐”。这个项目由每组两人，一共9组的学生进行设计，目标是用包含壳体或网格壳体的新设计替换原有的建筑，但需要保持大致相同的尺度，并使用相同的基地。

为什么是大阪世博会？

第一世界集会——1851年的伦敦，1878年的巴黎，1915年旧金山和1928年的巴塞罗那，可以被称作是对文化理想的表达，水晶宫就是很明显的一个例子。日本世博会的展馆是年轻、工业生产、技术发展和繁荣的标志。壳体、气动和空间模型被用来表达这些思想，而且这些展馆都是杰出的建筑师和结构师设计的，比如丹下健三、川口卫和坪井善勝。

我们感觉有几个原因来使用大阪世博会作为案例和基地。首先，大多数国家展馆的结构关节和表达和我们所做的工作有清晰的平行关系。第二，这些展馆一致使用了大范围且轻质的结构原型。第三，色彩和光的设计也是建筑概念中的一部分。

下面是学生的设计作品

UK PAVILION:

从这张分析图可以看出学生在反复研究后采取了Circle Packing的算法原理得到一系列尺寸不同圆形互相相切，并延伸到球体的几何相切组合，裁剪优化并抬举到不同高度后形成大小伞状结构（相切算法都可以在Kangaroo中实现）

SWITZERLAND PAVILION:

CANADA PAVILION:

USSR PAVILION:

下面为当时展览的成果照片

小编整理完后最大的感受是：什么时候我们国家建筑学教育也能开始引入一些类似的专项Studio模式呀！MSD Studio真正将理论与实践、结构与形式、软件与建造等方向融为一体，相信学生能够受益匪浅。最让小编震撼的是Studio对于模型制作的严谨与高技，拥有如此多先进的设备可以支持研究，回想我们国家哪怕是最顶尖的建筑院校也不见得具有如此良好的条件，国内的建筑学基础教育还有漫漫长路需要走啊！不过看完这么多让人眼前一亮的作品后，大家敢不敢在自己的设计课或者项目中也尝试做一次结构找形的拱壳、网壳或张拉膜等相关探究呢？期待各位的精彩成果啊！

如果还有小伙伴对结构找形相关话题感兴趣的话，推荐小编参与过的两个项目的相关链接，可以点击阅读（第一个链接文章最后有相关拱壳找形资料书籍放送，可以免费领取）

1 流动的金属|超薄板材空间结构建造记

2 从砖石到纸拱|超薄纸板大跨建构成果展示

3 ZHACODE|扎哈背后的神秘部队开始亮相

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下期再见~再见~

部分文字图片来源：http://www.albertopugnale.com/blog/

文字图片：YK & WX

校稿润色：WX

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