“7号”研究报告与百年MIT剑桥校区建设 ——工程师视角下高效率大学校园的规划与建设
“7号”研究报告与百年MIT剑桥校区建设
——工程师视角下高效率大学校园的规划与建设
Study No.7 and MIT centennialcampus in Cambridge
—Planning and Construction of High Efficient Campusfrom Perspective of Engineer
邓巧明, 刘宇波, 罗伯特·西姆哈O. Robert Simha
摘要：
1912年约翰·弗里曼为麻省理工学院剑桥校区建设完成的“7号”研究报告，从工程师的视角特别强调了欧洲工业主义的成就，主张建筑的功能性、灵活性和效率，他将MIT不同院系部门至于一个单一的大规模建筑中，摒弃当时美国大学将不同部门设置在独立建筑中的固有模式。集中紧凑的校园布局不但满足了学校日后持续发展建设需求，更加强了各院系部门之间的跨学科交流合作与创新，这对我国高校今天的建设与发展仍然具有重要借鉴意义。
Abstracts：
In1912, the study No.7 was completed by John R. Freeman that is for newMIT’s campus construction in Cambridge site. From the perspective of engineers,he emphasized on the achievements of European industry particularly andadvocated strongly for functionality, flexibility and efficiency of the building.He put MIT’s various departments into a single building with a huge scale andbroken the American campus traditional pattern that different departments placein separated buildings. The compact campus layout not only meets the needs ofthe MIT's future development, also promotes the interdisciplinary cooperationand innovation between schools. The study No.7 has important significance forcampus construction and development in China.
关键词：“7号”研究报告、MIT校园、高效率、约翰·弗里曼
Keywords：Study No.7 \ MIT campus \ high efficiency \ John R.Freeman
注：原文发表于《建筑师》2019.03期，版权归《建筑师》期刊与作者所有。
2016年是美国麻省理工学院（Massachusetts Institute ofTechnology，MIT）从波士顿搬迁到剑桥校区100周年[1]。经过100年的建设，MIT今天的校园建筑密集、布局紧凑，校园空间独具特色，几乎所有的建筑都被“无尽长廊（infinite corridor[2]）”连为一体，且每栋建筑都混合设置了多个不同的院系部门,最终组成批次相连且体量异常庞大的建筑群，与美国、欧洲传统大学校园中注重轴线与构图的布局模式十分迥异。这种关注建筑内部功能，强调建筑的功能性与高效率的开创性大学校园设计思想，正是源自于著名土木工程师约翰·弗里曼（John R. Freeman）在1912年为MIT剑桥校区建设完成的“7号”研究报告，而由此带来的灵活实用、紧凑高效的校园空间，不但节约了用地，满足学校持续发展建设的需求，更有效提高了各学科之间知识与信息的传播效率，激发出大量的跨学科、跨学院的科研合作与创造性的科学探究，在一定程度上促成了MIT成为今天世界上最具创新能力的大学之一。
1 MIT剑桥校区的建设背景
受欧洲启蒙运动与科学技术教育理念的影响，在美国莫雷尔法案（Morrill Act）的推动下，威廉·巴顿·罗杰斯（William Barton Rogers）于1861年创办了麻省理工学院，波士顿的后湾（Back Bay）地区是校园最初所在地。到了19世纪末20世纪初，美国工业化加速发展，MIT陆续增加了许多新课程，而此时学校仅有的几处校舍分散在科普利广场（Copley Square）附近，给师生使用带来不便，且教室空间拥挤，迫切需要为校园发展寻求新的空间。
历经数次调研比较与谈判后，1912年3月，MIT终于成功购买了位于剑桥市查尔斯河边刚被填充出来的46英亩土地。用地的西面紧靠马萨诸塞大道，南邻查尔斯河滨路，周围仍是一片杂乱而繁忙的工业区景象，与当时其他美国大学多选址在优美如画的风景区十分不同（图2、图3）。MIT时任校长理查德·麦克劳林（Richard C. Maclaurin）认为新校区的建设，不仅仅是为麻省理工学院提供充足的发展空间，更重要的是要向世界传达科学与技术教育的重要性。他在1912年3月20日给校友们的信中写到“正在努力为这块用地树立起一组建筑，它们是便捷的典范，这将是世界上最好的科学设计实例……我已经邀请了1876届校友约翰·弗里曼先生，他将用他极其丰富的工程经验无偿地为母校服务。”[3]
图1 MIT1902年波士顿校区总平面图； 图2 MIT剑桥新校区用地
图3 从波士顿望向剑桥用地
2 约翰·弗里曼与工业工程师的立场
约翰·弗里曼（图4）毕业于MIT土木工程学院，是当时国际顶尖的水利工程师，曾担任美国机械工程师协会会长，并于1918年当选国家科学院院士。他曾参与设计建造多项重要的水利堤坝工程，还曾经担任中国大运河和黄河有关工程项目的政府顾问，为著名的巴拿马运河工程（Panama Canal）做出重要贡献。此外，他对火灾、地震预防研究也很感兴趣，是早期的喷水灭火系统与烟雾通风口的倡导者，国家消防协会创始人。
图4 约翰·弗里曼
从一开始，弗里曼就对MIT新校园设计项目有着浓厚的兴趣。1912年3月，当他得知“史密斯先生”[4]的捐款后，立刻写信给学校执行委员会，建议首先要对麻省理工学院的需求进行彻底的研究，并愿意免费为此工作。因为弗里曼在工程领域的辉煌成就，校长很自然接受了他的建议。而此前，弗里曼也曾担任查尔斯河堤坝的首席设计师，对查尔斯河流域和周围的土地进行过大量研究工作，这也为剑桥新校园的建设提供了许多重要的信息。
长期的从业实践经历使弗里曼对工业领域建筑特别熟悉。他曾在波士顿的工厂互联火灾保险公司担任工程师和检查部门主任，接触到许多工厂建设问题，在各种重要的工业建筑结构修复工程中担任咨询工程师，并与当时一些著名的工业工程师建立了紧密的联系。不仅如此，他还曾批判性的研究和比较了美国与英国的纺织厂、机械加工厂、造纸厂的最新建筑类型与发展演变趋势。因此，弗里曼完全是站在一位工业工程师的视角去审视和思考新校区的建设问题，他在1912年3月21日给米尔斯的信中已经表达出对未来MIT校园的效率与经济性的关注：
“我看到许多伟大的工厂基于效率与科学管理原则进行的规划与重建，执行委员会的任何研究都应该考虑从这个观点出发将会有很大帮助……例如，学习、办公和教工与部门主任的私人工作空间应该尽量接近他们各自的实验室，他们的演讲厅可以布置在实验室的对面，通过各种方式努力创造一种有利于促进持续密切的个人接触，和最自由融洽的交流环境。”[5]
弗里曼为了新校区的建设投入了他全部的热情与精力。1912年秋天，他将所有的调研资料与各部门空间需求评估资料进行整理，最终形成“7号”研究报告，并于1913年1月提交给MIT执行委员会。
3 “7号”研究报告的几个核心特点：
“7号”研究报告（图5）是弗里曼于基于前期对MIT各个部门空间需求的调研成果完成的，实际上是一份非常详尽完整的新校园总体规划方案报告，包括文字与图纸共126页（图纸部分由MIT1912级的哈罗德Harold E. Kebbo协助绘制）。
图5 “7号”研究报告封面
报告开篇，弗里曼便指出了现代化工厂建筑中对高效率与经济性的诉求，以及欧洲与美国大学在校园群体布局方面的显著差异，随后提出只有效率才是大学校园设计中的关键因素，围绕这一核心思想分别从平面布置、结构设计、设备、材料、使用等各个方面进行详细论述，主要包含以下几个核心观点：
3.1 强调对使用功能的深入研究
弗里曼非常赞赏工厂建筑中体现的效率与经济性。工业建筑师很少为工厂设计寻找灵感，他们更热衷于研究采光、通风，为了降低成本和提高产品质量，往往需要“对一个细节进行成百上千次的研究”[6]。工业建筑的设计是从内部功能角度出发，逐渐完善成一个建筑群的过程。与之相反，在对一些国内外大学建筑的考察过程中，他看到许多著名大学的建筑虽然拥有纪念碑式的美丽外观，但却完全忽视了内部的使用需求。用于化学教学的建筑设计时没有考虑通风问题，或者因为建筑师对一些特定外观的偏爱，导致个别教室十分昏暗。弗里曼认为建筑师们往往花太多的时间在建筑外观形式上，而忽略建筑的实用性与功能性，而纪念碑式的建筑并不适合于研究和教学工作。因此，弗里曼在“7号”研究报告中指出应该向现代化工业建筑学习，关注建筑内部的使用功能，他坚信应该首先是一个高效率的内部，然后才是一个美丽的外观，而且“问题必须由内而外得到解决。”[7]
弗里曼首先代领MIT的一组毕业生对使用功能进行了非常详细的调查。不但研究了各学院的实验室、演讲厅、学习空间的实际需求，还进一步考察了诸如演讲厅的讲台、座椅摆放、空间设备以及电力、水、煤气、气压的连接位置等各种细节。这些功能的布置既要便于管理，又要能为学生提供便利条件。与此同时，弗里曼也开始整理近些年去欧洲旅行的资料和照片，巴黎的艺术博物馆，柏林、慕尼黑最新建成的工业技术学校与实验室都给他留下了深刻印象。为此，他制定了详尽的案例调研与研究计划，对这些近期建设的大学校园与技术院校的建筑与设施，以及最新建成的酒店结构与通风系统都进行了详细研究与系统分析，总共研究了超过2000栋建筑。MIT特藏档案馆完整的保留了这些研究报告、调研计划和往来书信，其对大学校园建筑相关案例研究的系统性和完整性，直到今天读起来仍然令人印象深刻。
图6 主楼剖面图
图7 太阳与阴影位置图表； 图8 主楼通风系统设计
与此同时，弗里曼也特别关注建筑内部的采光和通风条件，他认为每个房间都应该有充足的自然光线和大量的新鲜空气。“7号”报告中提出的设计方案从建筑结构的选择、平面的布局到建筑剖面的设计都对采光与通风都进行了综合考虑。从主楼剖面图（图6）可以看出，除去窗下墙布置采暖设备外，窗户几乎达到整层的高度，开窗的宽度也充满整个柱间。这样的采光条件甚至已经优于当时最新，也是对采光要求最严苛的纺织工厂。弗里曼还建议在建筑顶层全部采用当时工业建筑中常用的北向锯齿形天窗，以获得更好的自然采光条件，锯齿形天窗可以隐藏在建筑檐口后面，不会对建筑外观带来影响。此外，为了研究建筑开窗以及运动场地的位置，弗里曼还绘制了一份太阳与阴影位置图表，可以方便的查找和计算每个学期中的每一天、每一个小时的阴影情况（图7）。弗里曼对整个建筑的通风也进行了系统设计（图8、图9）。首先结合结构单元的四角设置垂直通风管道，靠近外墙的垂直风道用于排气，并在顶层相应位置设置电动吸风器，而靠近建筑内侧的通风管道则直接与底层走廊下面的通风主管道相连通。此外，弗里曼也建议设置空心楼板为实验室设备提供足够支撑强度，结合空心楼板可以布置水平向的通风管道，再与垂直通风管道相连，形成完整的通风系统。
3.2 强调平面灵活使用的适应性
为了提高平面使用的灵活性与适应性，弗里曼认为应该首先研究制定一个由窗户、柱子和屋顶组成的标准空间单元，两侧的轻质隔墙可以灵活变化，以适应新的使用需求。为此，弗里曼提出使用钢筋混凝土框架结构，一方面可以获得更灵活的内部空间与更开阔的开窗，另一方面这种结构的重量较之当时常用的砖石结构更轻便、耐火，更适合于剑桥用地填海而成的地质条件。
图9、图10 主楼平面空间单元布置图
钢筋混凝土结构单元尺寸是精心设计的（图9、图10），宽约4.6米，长11米，结合两侧非承重的中空隔墙，可以组成一间尺寸最经济的24人教室，也可以为一位教授、或者两位副教授提供足够的研究空间。移动轻质隔墙，两个或者三个空间单元可以组合成更大的教室，用于大规模的讲座或集会。内廊宽度也是经过对各种类型建筑走廊的详细研究而确定，两侧墙面之间净宽达到6.4米，即使是柱间最狭窄处也有将近5米，既可以提供通行功能，也可以满足师生课间讨论与交流的需求。此外，每个靠走廊的柱子表面都布置了一整套包含水管、电线导管、真空除尘管和排水管的设备管道，即使未来教室规模改变，只需要移动隔墙，每个教室或实验室总会有设备管道口方便连接。
图11 主楼平面图
由此可见，弗里曼提出的标准单元概念，实际上是一种集合了适宜的平面尺寸、结构与各种设备支持的完整的空间单元，最大限度的提供了适应未来变化的灵活性。同时“7号”报告中提出的主楼平面图（图11）也显示出这种灵活多变的特点，图纸上只明确表达了混凝土框架结构柱、外墙、垂直交通和防火墙等，各个院系部门的名称被斜向标注在平面的一些区域，但彼此之间并没有明确的空间分隔，这也预示了所有的空间都可以随时扩大或缩小，根据院系的发展需求不断调整。
事实上，在20世纪初期钢筋混凝土结构仍然主要应用于桥梁、堤坝和工厂建筑中，在教育建筑中应用钢筋混凝土结构是一个具有开创性的建议，由此带来的开阔、灵活的内部空间最适于教室、实验室和演讲厅使用。内部使用轻型材料分隔空间，可以依据需要快速建造或拆除，“院系发展与变化的灵活性必须是建筑类型设计与布置中的重要考虑部分，没有人能够在今天就告诉你这个机构的某个部分未来最大的变化是什么。”[8]
3.3 强调集中式布局带来的高效率
弗里曼认为欧洲一些著名教育机构里的建筑组织和院系分布的做法非常值得关注（图12）。例如在柏林郊区的工程学校，慕尼黑理工学院，以及英国伯明翰大学应用科学学院最新一组建筑中，“都是尽量把不同的学院、部门安排在一个单一的、彼此相连的建筑群中，这与最好的现代化工厂的布局非常相似。”[9]与之相反，在多数典型的美国校园中，每个院系都布置在不同的建筑物里，校园建筑以零散的方式发展着，教授们呆在彼此独立的院系大楼里，为了上课或听讲座，学生不得不花费大量宝贵时间往返于各栋建筑之间，失去很多与教师面对面接触或探讨问题的机会。
图12 德国柏林工业大学与奥地利维也纳工业大学的群体布局
图13 MIT校园轴测图
因此，弗里曼主张采用集中式布局。他将所有的院系都集中放置在一栋庞大的“E”字形建筑中，中间围合出两个内院，其中一个内院设有海军工程实验室，而另外一个是被架空柱廊、座椅围绕的庭院（图13）。这种将所有院系集中在一栋建筑的布局策略与美国当时的大学校园有着本质的不同，例如约翰·加伦·霍华德（John Galen Howard）1901年为加州大学伯克利分校设计的校园总体规划（图14），以及著名建筑师查尔斯·麦金（Charles McKim[10]）1925年设计的哈佛商学院（图15），它们都延续了弗吉尼亚大学校园的传统，用彼此独立的矩形体量组合出充满轴线与层次的校园空间。而弗里曼提出的集中式布局一方面节约了用地，为学校未来发展预留空间，另一方面，所有的院系都被一条内廊串联在一起，更适应波士顿地区寒冷的天气，避免无谓的交通时间，提高了交通的效率。而更重要的是，这种布局策略可以最大限度的打破各院系部门之间的物理界限，鼓励各部门之间更高效的沟通与合作。宽敞的“无限走廊”（图16、图17）不但提供了更多彼此相遇的机会，还提供了更多看到其他院系正在进行的最新研究的机会，不同学科背景的人们在这里轻松地分享知识、信息与新的想法，有效提高了各学科之间知识与信息的传播效率，提升了MIT跨学科合作的潜力与知识创新的效率。
图14 1908年加州理工伯克利分校总平面图
图15 1925年哈佛商学院设计图
图16 “7号”报告中走廊透视； 图17 MIT主楼内的“无限走廊”
4 结语
弗里曼为MIT新校园建设完成的“7号”研究报告，其成果远远超过了原计划对各院系功能与空间需求的研究，非常详细地阐述了弗里曼对设计和建造高效率大学校园的思想。他特别强调了欧洲工业主义的效率和科学管理成就，将麻省理工学院置于一个单一的大规模结构中，并将这种设计中高效率的功能组织与当时最成功的现代化工厂进行比较，摒弃了传统大学校园的图案式布局与不同院系部门相互独立设置的固有模式，这种开创性的大学设计新模式最大限度的打破了不同学院之间的物理界线与学科壁垒，在教育建筑设计领域具有重要的开创性的意义。同时，他积极主张大学校园建筑应该向现代化的工业建筑学习，由内而外，关注功能，并为新校园建设提出一整套包括运用当时还较少用于建筑中的钢筋混凝土框架结构体系，结合设备管道、结构与平面功能的空间单元，以及完整的建筑通风系统与高效的内部自然采光环境等各个方面的具体设计策略。这种从建筑内部功能出发，强调建筑的功能性与实用性的观点，其实与多年后沃尔特·格罗皮乌斯（Walter Gropius）和勒·柯布西耶（Le Corbusier）主张适应工业化社会、强调建筑实用功能与经济性、努力摆脱传统建筑样式束缚的出发点是一致的。而此时的1912年，格罗皮乌斯刚刚成立了事务所，与阿道夫·梅耶（Adolf Meyer）合作设计了法古斯工厂（Fagus Factory[11]）的立面并建成，而柯布西耶刚刚结束了在欧洲的学习和旅行，开始接受钢筋混凝土是未来建筑材料的观念。两位欧洲现代主义建筑运动的先驱还处在对新材料、新建筑与新形式的积极探索阶段，还没有像弗里曼一样提出如此鲜明、完整的现代主义建筑观点。
遗憾的是，校长和执行委员会担心工厂式的校园缺乏庄重的美感，1913年2月委任校友威廉·威尔斯·博斯沃斯（William Welles Bosworth[12]）为最终的设计师。此后，弗里曼向朋友抱怨他的工作和努力被忽视了，他担心他对MIT剑桥校区的设想不会成真，并计划未来把这些研究写成一本书来论述他对于高效率大学设计的观点和理论。但事实上，直到1932年去世，弗里曼再也没有提到过他为MIT剑桥校区所完成的“7号”研究报告，也没有写过那本计划的书。而最终得以实施的博斯沃思方案（图18，19），将优雅、永恒的古典建筑外观与弗里曼的前沿设计思想结合在了一起。古典的外观与优雅的圆顶满足了校方对麻省理工学院建筑美感的常规要求，而校园中许多最重要的创新设计思想，如集中高效的布局、强调平面组织的灵活性与适应性，以及由此带来的最大限度减少学科之间物理界限、促进跨学科合作创新的大学设计模式正是源自于弗里曼“7号”报告的开创性研究，并且被作为日后MIT校园规划建设的主要原则，直到今天，仍然以各种建筑风格、形式延续着。
图19 1913年博斯沃斯设计的MIT剑桥校区主楼沿河立面图
注释：
[1] 1916年MIT搬迁到剑桥校区，只有建筑学院继续留在波士顿的罗杰斯大楼。1937年，罗杰斯大楼被新英格兰共同生活保险公司收购，建筑学院搬到剑桥新建成的7号楼。罗杰斯大楼是MIT第一栋建筑，1865年建成，1939年被拆毁。
[2] MIT主楼一条长825英尺（约251米）的直走廊，是连接东、西校区重要通道，走廊两侧透明玻璃后是各个学院的实验室、研讨室，各种新知识、新想法在这里自由传播，启发了无限的创新性科学探索，因此被称为“无限走廊”。
[3] MC0051 (Papers of John Ripley Freeman), Box 41c, MIT Archives
[4] 1912年3月5日，乔治·伊斯曼George Eastman为麻省理工学院慷慨捐赠250万美元，并坚持要求匿名，麦克劳林校长只能对外称其为“史密斯先生”。后来因为涉及到柯达股票的转让，直到1920年1月，伊士曼先生才授予麦克劳伦校长透漏他的真实身份。伊士曼先生并不是MIT的校友，但他的两位顶尖助手均毕业于麻省理工学院，他认为MIT的教育代表着未来。他一生多次向麻省理工学院捐赠共约2200万美元的现金和柯达股票。6号楼的伊士曼实验室墙上挂着伊士曼先生的荣誉牌匾，直到今天，MIT的学生在期末考试前还保留摸伊士曼牌匾鼻子祈求好运的传统。
[5] MC0051 (Papers of John Ripley Freeman), Box 41c, MIT Archives
[6]‘Study No.7’p5. MC0051 (Papersof John Ripley Freeman), Box 42c, MIT Archives
[7]‘Study No.7’p13. MC0051(Papers of John Ripley Freeman), Box 42c, MIT Archives
[8]‘Study No.7’p17. MC0051 (Papersof John Ripley Freeman), Box 42c, MIT Archives
[9]‘Study No.7’p9. MC0051 (Papersof John Ripley Freeman), Box 42c, MIT Archives
[10]查尔斯·麦金（Charles McKim1847-1909），曾在美国哈佛大学和法国巴黎高等美术学院学习，是19世纪晚期美国著名的学院派建筑师，代表作品包括意大利文艺复兴风格的波士顿公共图书馆（1887-1895），哈佛大学约翰斯顿门（Johnston Gate 1889）等。他与合伙人的公司“McKim, Mead＆White”1925年赢得位于查尔斯河对岸的哈佛商学院校园设计竞赛。
[11]法古斯工厂（Fagus Factory）是现代建筑早期的重要建筑之一。格罗皮乌斯与合作者梅耶在工业建筑师爱德华·维尔纳（EduardWerner）设计的平面基础上，完成了建筑的外立面与内部设计。
[12]威廉·威尔斯·博斯沃斯（William Welles Bosworth, 1869-1966），1889年毕业于MIT建筑系，是洛克菲勒家族建筑师。1911年，经洛克菲勒介绍，西奥多·维尔（Theodore Vail）选择博斯沃斯设计位于纽约的美国电话电报公司总部大楼。维尔后来建议MIT执行委员会委托博斯沃斯设计剑桥新校园。
参考文献：
[1] Mark Jarzombek. Designing MIT Bosworth’sNew Tech [M]. Cambridge: MIT press. 2004.
[2] O. Robert Simha. MIT Campus Planning 1960-2000: An AnnotatedChronology [M]. Cambridge:MIT press.2001.
[3] William J. Mitchell，Imagining MIT:Designing a Campus for the Twenty-First Century [M].The MIT Press,2007.
[4] Richard P.Dober. Campus Planning[M]. John Wiley & Sons, Inc.1992
[5] Frederick Winslow Taylor, M.E.,Sc.D.The Principles of Scientific Management [M].Harper& Brothers Publishers,New York and London, 1919
[6] Thomas J. Allen, Managing the Flow ofTechnology [M]. Cambridge: MIT press.2001.
图片来源：
图1 MIT Museum
图2 ‘Study No. 7’p21. MC0051, Box 42c, MIT Archives
图3 MIT Archives
图4 MIT Museum
图5 ‘Study No. 7’封面. MC0051, Box 42c, MIT Archives
图6 ‘Study No. 7’p32. MC0051, Box 42c, MIT Archives
图7 ‘Study No. 7’p80. MC0051, Box 42c, MIT Archives
图8 ‘Study No. 7’p88. MC0051, Box 42c, MIT Archives
图9 ‘Study No. 7’p30. MC0051, Box 42c, MIT Archives
图10 ‘Study No. 7’p40. MC0051, Box 42c, MIT Archives
图11 ‘Study No. 7’p108. MC0051, Box 42c, MIT Archives
图12 ‘Study No. 7’p8. MC0051, Box 42c, MIT Archives
图13 ‘Study No. 7’p25. MC0051, Box 42c, MIT Archives
图14 MIT Archives
图15 Harvard University, Baker Library
图16 ‘Study No. 7’p44. MC0051, Box 42c, MIT Archives
图17 作者自摄
图18 MIT Museum
图19 MIT Museum
作者单位：
邓巧明：华南理工大学建筑学院，亚热带建筑科学国家重点实验室；
刘宇波：华南理工大学建筑学院，亚热带建筑科学国家重点实验室；
罗伯特·西姆哈（O. Robert Simha），美国麻省理工学院建筑与规划学院。
基金项目：
国家自然科学基金资助（51508193）
中央高校基本科研业务费重点项目资助（2017ZD037）
亚热带建筑科学国家重点实验室国际合作研究项目（2019ZA01）