结构 | 与全球最具雄心建筑背后的工程师对话
人们不会否认，如果没有工程师们的贡献，那些在全球塑造了天际线的摩天大楼就不可能存在。
不过，工程师的贡献其实远不止我们所看到的这些。即便是在当今世界第一高楼哈利法塔的身上，我们也无法看到工程师的全部工作。从室内翻新改造到城市总体规划，工程师与建筑设计团队在各种规模的项目上进行合作，他们用深厚的专业知识和严谨的设计手法解决问题。
William F. Baker 和 Mark Sarkisian 是 SOM 结构工程专业的负责人。最近，他们接受了美国建筑媒体 Architizer 的专访，谈到了建筑师与工程师如何共同协作。该专访的英文原版刊登于 Architizer。
▲Mark Sarkisian （左）, SOM 结构和抗震工程合伙人；William F. Baker （右）, SOM 结构与土木工程合伙人。图片版权 © Cody Pickens
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外
如果你近期恰在德国汉堡，并对建筑工程感兴趣，请不要错过正在汉堡 AIT-ArchitekturSalon 展出的“以天为界：建筑工程”的展览，该展览围绕着 20 座由 SOM 设计的摩天大楼，通过模型、视频、摄影、绘图、雕塑与互动动画形式，描述了它们背后的研究、设计与实现过程。展览将从 2017 年 6 月 9 日展出至 2017 年 7 月 7 日。
Q = Architizer
Baker = William F. Baker
Sarkisian = Mark Sarkisian
Q：在 SOM 的设计过程中，模型扮演了什么样的角色？
Baker：在 SOM 的设计过程中，模型一直是一个不可或缺的角色。模型能够帮助设计团队理解一个项目，这是建筑绘图甚至效果图都不能做到的。如果你到 SOM 的办公室参观，你会发现到处都是模型。模型不是一个设计构思的静态表达，而是团队为了改进设计而去调整和“把玩”的东西。
模型具备触觉和视觉的元素，能够启发我们以新的方式去观察并理解一个项目。模型能够帮助团队了解如何细化和建造建筑。在 SOM 的设计哲学中，一个重要的方面就是结构的清晰性。在丹麦奥尔堡 Utzøn 中心（Utzøn Center）的展览中，我们的建筑模型说明了我们追求建筑和结构之间达到一种“你中有我，我中有你”的关系。
Q：像 3D 打印这样新的建模技术，如何改变了 SOM 的设计过程？它们是否激励了什么以往难以说明或把握的新形式或新策略？
Baker：我们的模型制作室具备所有最新的工具。3D 打印等工具可以使模型制作更快、更精确。在 SOM，我们的目的是利用这些工具来促进对设计的探索，而不是去刻意地塑造某种造型。有些公司更注重造型，但这不适合我们。SOM崇尚简洁性与清晰性，模型对我们理解设计非常有帮助。我们也会使用一系列的材料来探索结构系统中大大小小的元素。我的办公室里墙上和地上到处都是结构构件样品。
▲天津周大福金融中心的四种设计方案的 3D 打印模型，图片版权 © SOM
Q：数字结构测试和 BIM 已经如此精专，实体模型在工程概念测试过程中是否仍扮演重要角色？
Baker：在 SOM 芝加哥办公室，我们有一个风洞来测试高层建筑的模型，它在概念设计阶段作用巨大。要知道，看似微小塔楼形状的变化，对塔楼的移动以及对作用力的反应都会产生重大的影响。在过去，我们只能依靠我们的经验来评估塔楼的竞赛设计概念。
我们曾因不具备评估一个新形状的依据而避免某个方案，因为我们无法承担由此带来的风险。但现在，我们把风洞测试运用到许多高层建筑设计的竞赛中，也运用到概念和方案设计阶段中塔楼的细化过程里。一座高层塔楼的风力表现，对塔楼的成本、材料本身释放出的碳以及结构构件的尺寸都会产生巨大的影响。
▲SOM 芝加哥办公室的风洞可以用以测试摩天大楼的设计，图片版权 © SOM
Q：有什么关于结构的陈腐观念是 SOM 尽量避免的？
Baker：我不喜欢看到那些假的、所谓“装饰”的结构元素。建筑物应该是真实的。一个适合的结构的清楚表现是最真实的。
Q：有什么标志性的结构创新是 SOM 尤为自豪的？
Sarkisian：我们为过去 50 多年来所实现的许多创新都感到骄傲。SOM 合伙人 Fazlur Khan 先生提出的筒体结构系统——框筒、束筒、支撑筒、筒中筒，如今已经无处不在：约翰·汉考克中心和威利斯大厦是我们芝加哥团队每天在通勤路上都会看到的具有开创性的例子。
SOM 也曾是许多其他创新的发明者或早期采纳者，这些创新使包括迪拜的超高层哈利法塔在内的各种规模的建筑得以实现。其中包括核心筒与伸臂桁架、束筒、扶壁筒、张拉桅杆结构、巨型筒、Michell 桁架斜撑、Pin-Fuse 抗震系统、预制核心筒等等。我们最近在木建筑方面的研究也引起了很多关注。
▲以上三个模型分别展示了 100 Mount Street、约翰·汉考克中心和 111 Main Street 的结构系统，图片版权 © SOM
我们公司的文化是推动这类创新向前发展的重要组成部分，它鼓励创新成为被广泛接受的新的结构概念。在我们内部，有一个叫作“Research Gang”的工作小组，成员们经常召集到一起，构思新的解决方案并对它们进行测试。通过与公司内多个专业的同事合作，我们能够测试并很快地把这些想法呈现到设计上。这种协作以及对于推进严谨实验的意愿，是 SOM 长久以来的实践，我们为此感到非常自豪。
▲在最近的一项测试中，SOM 创新的木材-混凝土组合系统支撑了 80,000 磅（约 37,000 公斤）的荷载。这一测试结果对于在高层建筑中使用木材这一可循环资源来说意义重大。图片版权 © SOM
Q：能否谈谈 SOM 为创造独特、一次性完成的建筑物，以及可广泛再利用的创新建筑类型和技术所作的努力？
Sarkisian：每一种结构都是独特的，因为它背后是不同的物理和文化背景，场地与客户的需求也各有差异。一个概念可以由多种形式表现出来。我们创造了不同形状的筒体结构、支撑结构，和各种不同的几何拓扑。这些创新还在延续。我们从不重复同一幢建筑，这是一定的。
Q：在超高层项目里，工程师们什么时候进入设计流程？工程对设计有多少推动？
Baker：SOM 一直是一个多专业的设计事务所，所以工程和设计之间的关系是共生的。当我们开始一个项目时，我们所有人都聚在一起分析我们面临的局限与机会。在整个过程中，不是一个专业去告诉另一个专业该怎么做，而是在整个团队中进行开放、积极的沟通和对话。
这种过程适用于所有项目，不仅仅是超高层。我们所做的一些最重要的项目不都是超高层建筑：比如伦敦的交易大楼、美国空军学院学员礼拜堂和哈吉航站楼。当我们接到一个新的项目并且在没有任何方案之前，我们会把所有专业的团队都集中到一起召开一个初期会议。这些初期集思广益会议的参加者来自规划、室内设计、设备工程、可持续工程、土木工程、结构工程和建筑设计专业。正是这种程序使公司在创造新的和真正的建筑方面不断前进。
▲伦敦交易所建立在轨道之上方的平台上。由于建筑的结构设计如同一座桥梁，列车得以在施工期间继续运行。图片版权 © John Davies
▲竣工建筑的外露钢结构直观表现了其工程建造方案。图片版权 © John Davies
Q：在推动一个高层项目的工程进展时，地理位置和地理环境有多重要？有没有什么例子能够表现结构概念对独特的地区局限作出了回应？
Sarkisian：设计就是在寻找局限。地理的局限应当在设计中体现出来，这可以是当地施工技术、地基条件、风力条件、地震条件、温度、日照与空气质量等气候问题，这些问题都可以从结构和建筑中体现出来。其实一个更有趣的问题在于，当一个地方既有大风也有高地震危险的时候——为了抗风，你需要刚度高的结构；为了抗震，你则需要较为柔韧和延展性高的结构。那么，怎么才能两者兼得呢？我们在这个领域做了很多研究，包括针对抗震的结构拓扑及类似 Pin-Fuse 节点的装置。
▲SOM设计的 Pin-Fuse 抗震系统旨在保护那些地震带的建筑。这些装置在地震时机械地运转，使建筑物在遭受极端地面运动时能够灵活地做出反应。图片版权 © SOM
Q：你如何看待一个具有创新的结构概念的价值，并将这个价值传达给客户?
Sarkisian：正确的结构概念可能介于实际向前推进的设计与从未实现的设计这两者之间。在商业方面，成功的客户理解并倾听，一切也都会体现在成本和建造速度上。在设计方面，结构创新推动了建筑的发展。它们创造出新的设计机会，引领新建筑的诞生。我们许多最著名的建筑的设计都是基于结构的创新。
Q：结构工程师是超高层建筑的无名英雄吗?
Baker：我曾听说数学家是最知足的人之一，因为一个优雅的公式的美是深奥的。我想，结构工程师往往对一种优美的结构感到非常满意，这种满意不需要外界的称赞。不专注于成为被公众所知的人，这件事的缺点在于，许多学生因此不知道作为一名结构工程师，他们能实现什么。出于这个原因，结构工程师需要更多的努力来展示他们对建筑的贡献。
▲保利国际广场大胆的结构设计，使它得到了来自它所在的北京大望京商务区以外的广泛关注：该项目在 2017 年（美国）建筑工程学院(AEI)会议上获得了五项大奖。
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