建筑工房的 2019
2019年初，我们订下了一个貌似不可能完成的目标（ 工房这三年，以及下一个三年 ），「工作模型」收官的同时我们展开三个全新的课题：图像的凝视，实体建造，以及切实的结构设计。
在19年的暑假，程老师与十几位同学完成了「图像的凝视」课题，我们一起研讨了设计推演中「图像」的视知觉反馈。其中，图像中的深度信息，图像的生产与观看如何调动思维的推进，都是本次研究的课题；
设计：刘珊
在秋季学期，我们受广州美术学院沈康院长之邀，和吴佳维博士共同拟订了教纲，与美院的吴锦江、鲁鸿滨、李芃老师一起，和张皓星、黄俊杰两位助教与40多位广美的同学在大学城完成了「实体建造」的课题，待学校复课后完成最后的屋顶部分，将会在展览上和大家分享课程的成果；
左上：郝圆，黄彧文；左下：盛秀萌 陈梓洵；右：罗朝尹 王奕辰 缪景怡
模型及图解：黄俊杰、张皓星
而第三个课题「结构与图解静力学」，则受邀在深圳大学和广州美院与同学们做了两次简短的分享。接下来，这个课题将单独立题，在今年的春夏开始一次正式完整的探讨。我想，对建筑师们来说，「结构」其实个很让人心痒的话题。很多时候，我们会觉得好像懂一些，又不太确定到底懂多少。如果非要说会结构计算才算「懂」，似乎不太合理；但如果建筑师提出的的结构型在力学上不成立，那似乎也不能算「掌握」。这就使得「结构设计的能力」变得特别朦胧。也许有不少建筑师认为建筑设计中的结构不需作定量计算，只需对结构「找形」做定性设计即可。然而事实是，所谓「定性」的结构型经过结构师的一番适配之后，往往已经偏离建筑师原本想要抵达的状态，「定性」也就不成立了。可以试着回忆一下，在学校或是一注备考中的结构课，满眼的弯矩图和积分公式似乎并不能帮助建筑师直观地找形。在实际的工作中，我们也从未用过这些计算方法。为什么花费大量时间学习的结构知识，并不能指导实际的设计工作？
Le Corbusier 的 Dom-ino 板柱结构-空间原型图解静力学「X光」眼中的板柱结构，注意图中的红蓝线并非弯矩而是轴力模型，而两种颜色的线又应分别对应什么材料呢？
显然，解析计算的方法过于复杂了，高度抽象的代数解析法与建筑师日常的工作相去甚远，我们大多数的设计推演都是基于图形展开，面对一连串抽象的公式与弯矩图表，设计者很难做出直觉的反应，直观的形式操作也就无从谈起。所幸的是，「图解静力学」正是解决这一痛点的工具：它并不用复杂的微积分解析计算，只需学生们运用初中水平的几何作图便可得出定性的结构设计。甚至在有了 STM 这样的方法后，大体的定量计算也可以完成。
在此之前，你可能已经听说过「图解静力学」。它的思想史可以追溯到数百年前，而以 graphic statics 正式命名成为一门学科的1860年代算起，也有150年历史了。这并不是一门新鲜的知识。所谓的「图解」究竟比我们教科书中的解析计算有哪些优势呢？我们所学的解析计算的结构方法，往往是在确定了一个结构型之后去研究构件的尺寸和大小，但要更改结构型却往往很困难。举例而言，弯矩图可以算出一个梁的长宽高配筋以及不同的支点类型，但如果建筑师说，这里我想取消这根梁，或者在某个位置拿掉一根柱、一面墙，让某个拱或桁架做局部的变形，甚至为了建筑的姿态去对结构体系作出整体调整，又该如何修改呢？
《Louis I. Kahn: Unbuilt Masterworks》
从上至下：大舍的龙美术馆，康的 Hurva 礼拜堂二稿，Raphael Zuber 的 Grono 小学。三者共享着怎样的结构内核？
这种情况下，也许大多数建筑师会靠着感觉与经验提出一系列「可能」成立的设想，再与结构师商讨。只不过这些「可能」是否真的「可行」，建筑师并没有完全的把握，因为一旦对成熟的结构体系做出修改，就会产生不可确定的变量，离开了结构师的建筑师便无法独自为结构定性。而「图解静力学」则可以让建筑师具备结构定性的能力。简单而言，所谓「图解」，就像在为建筑拍X光片，将力的传递投影成直观的几何图形，一眼看去，骨肉分明。其中骨架的「轴力」定量为主，肌肉的「弯力」定性分析为辅。「拍X光片」的过程不用计算，建筑师只要拿起平行尺，在量量画画之间就可以推导出方案。这么一来，建筑师便得以回归到更直观的图形上来。以图解法来展开设计，建筑师不再是靠着经验和感觉提出不同的「形状」（shape） 来寻求结构师的实现，而是有能力提出结构的「形式」（form），「形式」中内化了定性的力学模型，也就不再是松动的猜想，而是能与结构师共同深入落地的切实方案。
MIT 及部分美国高校被采用的图解静力学教科书《Form & Forces》，书名描述的正是「形」与「力」的相互关系
形式图 form diagram 与 示力图 force diagram
自人类出现建造行为开始，「结构」与「建筑」便是共生的存在。如果说建筑学的本体有什么不可剥夺的内容，那「结构」必然位列前排。如果我们回到千年前李诫所处的东方，或是6个世纪前阿尔伯蒂所在的佛罗伦萨，当时的结构都仍是「经验」般的存在。而当人类文明进入下一个时代，「科学」的兴起则为「结构」赋予了划时代的全新意义。「结构」成为了显学，而不再是经验。从建筑工匠的诞生，到建筑师的职业专业化，再到前现代建筑师与结构师的职业分离，建筑与结构就像一对分分合合的恋人。一直来到维多利亚时代，随着工业革命带动着炼钢技术的成熟，钢铁在建筑尤其是大跨结构中开始扮演起最重要的角色。巨变的时代催生着新的知识，图解力学的计算方式开始广泛出现在理论和实践中。而在1860年代，Carl Culmann 对这些知识做了系统梳理，并将其命名为 Graphische Statik / graphic statics。
从左到右：Carl Culmann, Luigi Cremona, Maurice Koechlin
Culmann 在1855年从德国来到瑞士，并为刚刚创校的 ETH 建立了结构学院。在此后的数十年里，后继学者们如 Karl Wilhelm Ritter 和 Luigi Cremona 等，不断完善和丰富着这门学科。随着「图解静力学」的兴起，在接下来的一整个世代里，结构无论在工程还是学科上都迎来了爆发式的进步。在这套知识框架之下，ETH 所培养出来的结构师辐射到欧洲各国，并为那个时代创造了无数的奇迹。比如 Culmann 的学生 Maurice Koechlin，在日后加入了 Gustave Eiffel 的公司担任主持结构师的工作，而他领导设计的最著名作品就是「埃菲尔铁塔」。法国赠送美国的自由女神像也由 Maurice Koechlin 带领结构设计
可以说，图解静力学的系统化直接促进了埃菲尔铁塔的诞生。在2020年的今天，我们也许可以尝试着去想象埃菲尔铁塔在19世纪末的意义。不过，埃菲尔与 Koechlin 的八卦在此就不作展开了。而建筑师们从中可以看到的是，超强力的结构新知如何在释放建筑规模的同时，极大地丰富了建筑的形式类型。
一百多年过去了，因定量计算的效率问题，图解静力法早已不再是结构师的主流工具。但在地球上的某些地区，图解静力学却被继承下来，转职成为建筑师的结构设计工具。众所周知，当今世界范围内日本与瑞士是「建筑」与「结构」在行业内结合最紧密的两个国度。在日本大学教育的前两年，建筑师与结构师并不分科，这应该是主要原因。对瑞士乃至德语区国家而言，则是「图解静力学」在助推着建筑师在结构课题中持续发力。在 Carl Culmann 所在的 ETH，「图解静力学」至今仍是建筑师们的必修课。在众多校友中，无论是卡拉特拉瓦 Santiago Calatrava 或是康策特 Jürg Conzett，「图解静力学」都是我们去理解其作品的有力工具。而在更年轻一辈校友如 Valerio Olgiati 和 Christian Kerez 的作品中，你也能看到图解静力学展现出的巨大助推力。其中，Valerio Olgiati 的御用结构师 Patrick Gartmann 也是康策特曾经的合伙人，日后我们将找机会来专门介绍他的作品。
Christian Kerez 的 Leutschenbach 小学是轴力主导结构设计的典型结果（结构：Prof. Dr. Joseph Schwartz）Valerio Olgiati 的 Rolex Learning Center 竞赛方案，使用了 Patrick Gartmann 发明的一套全新结构体系这些优秀的作品和建筑师、结构师成批地出现，显然不能仅用个人的天分去解释。我想，正是「图解静力学」强力地将两个日趋渐远的专业重新粘合在了一起。在我求学期间有幸参加了 Prof. Dr. Joseph Schwartz 老师的结构设计课，他同时是 Christian Kerez 合作多年的结构师。路过学院的咖啡厅时，也偶尔能遇见二人埋头在餐巾纸上讨论设计。在回国工作的几年间，图解静力学的知识也在与结构师的合作中为我们提供了切实的帮助。像是高屋中的斜索，前文中刘珊与张秋砚方案中的张弦梁，都是典型的轴力结构对形式与空间的优化。
高屋 ©丘 结构咨询：竹内徹教授（东京工业大学）
深圳福田梅林全球智能芯片创新中心 ©第伍建筑 & 丘经 SOM 结构师 Bill Baker 改良后的 Michell Trusses 结构原型
©SOM Exhibition in Chicago
过去三年，我在工作中与同处深圳的「第伍建筑」事务所合作过数个项目。因为项目的特殊性，我们一起展开过不少结构上的讨论。不过我们觉得这还不够过瘾，去年底我们决定将「建筑工房」的结构课题合办成一场研讨课程。我们认为对于建筑师而言，结构型决定着方案的骨架和整体廓形。对于重要的公建方案来说，除了「室外装修」式的设计，地标建筑的认知往往更多地由骨架和廓形所决定的。而图解静力学就像是建筑师的锦囊，总是在形式最需要的时候出现。这场从去年开始筹备的研讨课程，我们也欢迎对结构感兴趣的同行建筑师、结构师加入研习。除了我之外的两位助教，都分别于日本和西班牙求学期间深入学习过图解静力学，并在工作中有过具体的应用。在备课的最后阶段，我们还有幸邀请到结构师张准作为的特邀嘉宾。| 单元 | 单元内容 | 上半场 | 下半场 |
|---|
1
| 图解原理 | 习题 及 讲解 | 讲座 及 讨论 |
| 2 | 结构类型图 |
| 3 | 结构性能与找形设计 |
| 4 | 钢混/钢/木结构的结构图解 |
bonus
| 个人案例专题设计
|
在这16个星期里，我们会从图解法的基础讲起，亲自动手做题，分析经典案例，甚至可以和同行们聚在一起讨论各自工作中的结构方案。相信从一注考试结构科目，到竞标方案的找形，图解静力学都能给我们带来全新的思路。一注考试中关于桁架的题目，若用图解法的眼光来看，答案一目了然，即使计算出图中所有杆件的受力情况也非常容易OMA 的伦敦 Elms 步行桥竞赛方案，空腹桁架的结构意味着什么？如果在空腹桁架中加入优化斜杆，又如何在视觉上最接近提案的状态？康在孟加拉达卡的 Ayub 医院，形式与结构互为前提。连续的拱为何在两端和中间设置了横向的构件？图解静力学能够给出直观的答案
如果因时间或成本原因无法加入，也欢迎旁观工房后续的文章分享。只不过，若希望切实的掌握图解方法而不止于隔岸观火，我们仍然期待着你的亲身参与。半个多世纪前 Kahn 说：「砖，你想成为什么」。除了建筑文学性的一面，这句话实则包含了丰富的结构涵义。2020年的今天，当很多建筑师说「混凝土是最诚实的材料」，言语中似乎只剩下了视觉上浅薄而乏味的感受。剥离了结构，建筑学将不可避免地变得无力。要知道，结构意义上的「混凝土」恰恰是最最伪装而非诚实的一种结构，因为它将力学中最重要的另一组受拉材料「钢筋」彻底地隐藏了起来。而类似这样的原理，我们将会在这16周里以「图解」的方法去深入讨论。这是「建筑工房」2020年的第一个计划，我们这就开始。
THE LAST OF US 模型中的桥，结构的问题你看出来了吗？
课程信息
【教研领队】
李博 课程导师
毕业于华南理工大学(BA)，苏黎世瑞士联邦理工学院 ETH Zürich (BA/MA)；现为「丘」建筑事务所主持建筑师
梁隐元 课程助教
毕业于日本法政大学（BA/MA），曾师从佐佐木睦朗；曾工作于时代地产， 绿城中国，「丘」建筑事务所
黄俊杰 课程助教
毕业于毕业于西安建筑科技大学（BE），西班牙加泰罗尼亚理工EtsaB（MA）；具有图解静力学于建筑修复方面经验
【特邀嘉宾】
张准
和作结构建筑研究所联合创始人
【场地】
深圳市南山区打石二路与创科路路口设计公社A206
第伍建筑
【时间】
2020年4月23日-8月6日 每周四晚19:00
【费用】
在职建筑师：11999 RMB/人
在校学生或待业建筑师：5999 RMB/人（名额有限）
课程名额 15 人;
包含教具及学具文具，无需自备
「建筑工房」是什么
建筑设计教研机构「建筑工房」成立于2016年，专注于对设计工具与工作方法的研习。
围绕「设计能力如何被训练」的课题，我们以「工作模型」和「图像工具」为教具完成了四年的教学实验。「刻意练习」为理论，限定时间和工具为方法，「推敲迭代」式地推进设计，以模型去探讨城市与建筑在各个层级的问题，渐进式地抵达有质量的设计。
「好的设计是整合而信息致密的，
它的实现需要反复打磨推敲。」