馮遠

全國工程勘察設計大師

國家卓越工程師團隊中建西南院高性能大跨度空間結構團隊主持

中國建筑西南設計研究院有限公司總工程師

天人合一，自然之法，造物之道。結構與建筑，猶如天地間的和諧共存，既有力的支持，又有形的優雅。力流自然而然穿梭于空間之中，賦予結構以生命與靈魂，細致地編織人與建筑的互動，成就空間的和諧與圓融。

以仿生視角塑造建筑結構

返璞歸真，使結構回歸舒適本態

結構與建筑，猶如天地間的和諧共存

既有力的支持，又有形的優雅

源于自然，又融入自然

讓空間結構探索化身為一場愉悅的美妙旅途

PART.1

自然而美

讓建筑呈現舒適的本態

人類是大自然的產物，同時也是參與者。自然界蘊含著無盡的科學原理的奇妙現象，許多結構形式與形態，正源于自然的智慧，展現出堅固、合理與美麗。從小到大，自然給了我很多視覺的印記，帶給我很多關于結構設計的啟發。

自然的本態是合理的。比如蜘蛛網是一種受拉的結構，蜘蛛絲具有極高的強度和韌性，織出的網非常輕盈；貝殼常呈曲面或折面，作為受壓殼體，具備優良的剛度，且由鈣質構成，抗壓能力極強；雞蛋的曲面同樣提供了剛度和抗壓能力，形成薄而堅固的穹頂結構；鳥巢則通過大小不一的枝葉纏繞搭接而形成互承結構，搭建出溫馨的小空間。因而當人們看到與自然相似的建筑形態時，就會感受到舒適。

自然界生物演化至今已有數十億年，這一過程展現了其如何以最小能耗與代價抵御外界的挑戰。因此，自然界中堅固或輕盈并且優雅的結構，若在建筑中得以反映，便是力與美的呈現。

PART.2

順應自然

以仿生視角塑造有機結構體

對于建筑而言，結構是承重物，是支撐建筑物的關鍵元素。有機結構體順應自然，在仿生視角下運用建筑技藝反應生物的結構特征。當結構的力流合理時，它能夠以最小的代價和材料抵抗外部荷載，同時提供承載力，呈現建筑的自然形態。

蜘蛛網纖細而高強的特性給予我們啟發，做出富有張力的索結構形式。露天音樂公園就是采用的雙曲拋物面單層索網結構，屋蓋跨度90m，僅兩點落地的拱腳距離180m，為劇場提供了巨大的開敞空間，草坪由室內自由延伸至室外，形成廣闊的廣場空間。

△ 成都露天音樂公園

貝殼高抗壓特性能給我們提供一個大空間的殼結構，對應我們的項目是成都現代五項賽事中心游泳擊劍館的鋁合金單層網殼和青島體育場跳水游泳館的鋼結構網殼。

△ 成都現代五項賽事中心

△ 青島體育場跳水游泳館

索和殼結構是兩種完全不同的受力方式，一個受拉，一個受壓。這兩種方式結合的代表項目，就是常州奧體中心體育館，采用的上部受壓殼和下部受拉索構成的自平衡大跨度結構體系，這個結構的特點是集合了上部單層網殼剛度大和下部索拉力強的優勢，結構的截面小。

△ 常州奧體中心體育館

常州體育館屋蓋中部開個洞就成了鄭州奧體中心體育場的大開口索承殼結構，這也是上剛下柔的雜交結構，索的布置發生了變化，對屋面覆蓋材料的適應性強，可以用金屬屋面，而且對邊界依賴小，就是對下部結構作用小，從而下部構件截面小，整個體系優，節約了材料。

△ 鄭州奧體中心體育場

把張拉索做成雙層就成了四川雅安天全體育館的索穹頂結構，這是一種結構效率極高，用材料很省的結構。

△ 四川雅安天全體育館

雅安天全體育館屋蓋開個洞就成了成都鳳凰山足球場的大開口索穹頂結構，索穹頂結構上下都采用拉索，其間有鋼桿，視覺效果輕盈美觀，可謂是壓桿的孤島存在于拉索的海洋中，看似薄如蟬翼，卻能支撐一個屋蓋。

△ 成都鳳凰山足球場

此外，樹木展現了樹形結構，現在的桁架和網架結構，很多也是從樹形原理優化而來。結構通過拉壓桿分布力系作為承載體，成都東安湖體育場和成都高新商務廣場轉換體及重慶奧體游泳館就是采用的桁架及網架結構。

△ 成都東安湖體育場

△ 成都高新商務廣場

△ 重慶奧體游泳館

當把索與桁架相結合就構成張弦桁架（梁）結構，比如鎮江體育會展中心、川航活動中心和鄭州奧體中心游泳館。

△ 鎮江體育會展中心

△ 川航活動中心

△ 鄭州奧體中心游泳館

所有這些結構形式，均基于索與桿這兩種基本構件，索和桿通過各種組合能產生出若干種承力體，例如上部剛性桿與下部柔性索組合、上部柔性索與下部剛性桿組合、上下剛性桿、上下柔性索組合等等，變換一下桿件位置進行不同組合，結構力流就會隨之變化，承力體的受力特征就會不一樣，這是非常美妙的現象。這種變換是順應力學原理的，結構隨力而生，展示出不同的特征。由此可見，大千世界，奇妙無窮，了解探索其中的力學原理和構造原理，由此構筑的建筑既合理也豐富多樣，這種探索從未知到確定，總讓人有驚喜，美妙無比。

PART.3

恰如其分

力與形交融的建筑美學

結構和建筑的有機結合令人愉悅，它們彼此交織，密不可分。結構是力，建筑是形，此謂力隨形，形定力，也就是說，不同建筑的形對應不同結構的力。結構和形式的統一一直是我們所追求的，合理的結構是形式和材料的綜合體現，傳遞著理性的美感，力流的表達也清晰可見，這些建筑物令人愉悅。

每個建筑都可以用多種結構形式去實現，但最恰當的只有一種，這是由綜合因素決定的。首先，滿足功能需求是設計的前提，其次，結構的受力合理性是關鍵要素，占據較大比重。同時，美觀性亦需重視，經濟性、施工可行性和工期等因素同樣需要全面考量。一定不要過分強求某一個因素，避免為創新而創新，要找到各因素的最佳平衡點，才能實現真正的恰如其分。通過結構來表現建筑美，應當實現力與美的共軛，以此呈現一種自然而然的美。這種美不應是強迫或做作的，而是適當、適宜地融入建筑之中，達到自然和諧的效果。

建筑承載著經濟、科技、文化水平和社會價值觀等多重屬性。作為結構工程師，需要考慮力學、技術、規范，經濟性、施工可操作性；作為建筑結構工程師還需要考慮建筑功能、空間美學和文化；作為現代設計師還應考慮更多的社會責任方面因素，比如說碳排放、節能、無障礙設計、社會友好性、可持續發展等等，以確保設計出高安全、強功能、美學出眾的高品質建筑。

與此同時，我們應當更加關注人的行為與感受，做有機建構。結構的設計與構建會直接影響人們的體驗，因此，理解人的需求至關重要。盡管結構是強技術性的，但將人放在中心，才能真正做好結構。

每一次假設都是一種通往不同可能的探索，是一次從未知到已知的收獲，這些旅程能夠愉悅地拓寬視野，同時其挑戰與成果不斷積累知識與經驗，成為我持續前行的動力。

編審 / 中建西南院融媒體中心

素材來源 / 中建西南院高性能大跨度空間結構團隊 中心工作室管理部

編輯 / 何沅 陳周超

校對 / 陳序 向嫄 劉作卓

審核 / 馮遠 喬暉 劉珂