建筑设计依托于材料与结构的发展。自从钢结构诞生以来，建筑师对于大空间的渴求与自由形态的期望都获得了巨大的满足。同样是大与自由，结构工程师会强调工程的可行性、安全性、经济性等等，而建筑师可能会抛出很多与场景描绘相关的形容词。建筑师的诉求听起来总是更缥缈一些，这与其所受的教育更偏向人文哲理有关。因此当我们从结构工程师的角度去谈钢结构，我们谈的是支撑建筑的骨架，从细小的节点，到巨大的跨度；当我们从建筑设计的角度去谈钢结构，我们谈的是建筑的价值，从基本的功能，到深远的意义。

建筑师为了表达自身设计存在的合理性，同样重视在工程学和建筑学双重语境下的和谐统一，使得材料的固有属性、建造的必然性、空间的形式与建筑的功能联系在一起。钢结构的诞生所提供的机遇更是让建筑师除了自我实现以外，对社会的责任感得到了提升。两者结合以后，所产生的设计拥有最高的附加值。

每一次建筑材料的突破都极大地变革了之后出现的建筑形态，但在钢结构之前，建筑从未如此自由。钢结构是一种由金属材料组织而成的建筑结构形式。金属的可塑性赋予了钢结构脱离平面正交结构体系的可能，建筑的形态因此空前地得到解放。建筑师迎来了一个允许“奇奇怪怪”的建筑被建造出来的时代。

2.1 充满个人色彩的雕塑化建筑

图1 毕尔巴鄂古根海姆博物馆

早在20世纪70年代，前卫建筑师弗兰克·盖里就开启了运用金属表皮的历史先河。“其中最为著名的当数波浪般起伏扭曲的毕尔巴鄂古根海姆博物馆（见图1），其明亮闪烁的建筑表皮、扭曲蜿蜒的建筑形态成为盖里最具代表性的个性化标签。”[[i]]盖里的作品太有特色了，看过的人不论持好评还是差评态度，想要忘记它都是一件难事。在钢结构出现以前，这些锐利的棱角、扭曲的金属片即便是实现了也只会是实心、笨重、无法使用的。说是钢结构帮助盖里实现了他的设计理念一点也不为过。有人嘲笑盖里做设计就是揉纸团，虽然这一方面是讽刺了盖里的设计，但另一方面却体现了钢结构能够实现自由形态的本领，将个人色彩烙印在一座座雕塑般的建筑上。

需要注意的是，与其他结构相比，钢结构在预制化、装配化方面有着得天独厚的优势。预制化、装配化不代表千篇一律。盖里作品那雕塑般的建筑形体实际是通过大量的线性构件组装，不论是凹凸、扭曲还是折叠都被最简单经济的形状分解。因此钢结构不但拥有塑形能力，更有实现形体的经济性保障。建筑师应当充分理解钢结构的“预制”概念，避免错误地以为预制只能用于简单的、大规模的重复生产。否则在实现自身的同时，造价就要先一步支撑不住建筑师的梦想了。

2.2 对自然充满敬意的仿生建筑

其他如盖里这般利用金属进行建筑设计的建筑师，在金属的表现力上下足了功夫，各领风骚，但是随着钢结构技术的不断成熟，除了这种雕塑化建筑，另一种同样异形的建筑兴起并独树一帜——那就是仿生建筑。

自从钢结构诞生以来，人们在追求异形的同时，也在不断利用仿生原理设计出符合建筑力学特性的钢结构类型。让形态和功能进行仿生，更能体现钢结构的灵活性与可塑性。“北京运动会场馆的设计采用了仿鸟巢的建筑特性，利用鸟巢中的各个树枝有力支撑的特性，完美地实现了一个运动场馆的钢结构支撑构思。”[[ii]]通过仿生的原理进行设计，能够拉近建筑与自然的联系，营造出人与自然和谐相处的美好氛围。

虽然这座重在创意的鸟巢的仿生设计所造成的碳排放不太环保，但其实仿生学设计也非常重视经济性的考量。前不久澳大利亚工程院院士谢亿民在同济大学建筑与城市规划学院“结构性能化”的讲座中介绍了他的“渐进结构优化法”以及依据该理论所编制的BESO结构计算软件。只需要将现实所需的力学边界以及大小输入软件，电脑就可以自动生成最经济同时也非常可靠的仿生结构。这种软件辅助的设计方式，在许多工程中已经体现，例如同济大学戚广平设计的杭州东火车站（见图2）、矶崎新设计的上海喜马拉雅美术馆（见图3）都是结合仿生原理的产物。可以说仿生建筑虽然体现的是个人色彩，但是形形色色的仿生建筑却拥有一个共通点，那就是表达了对于自然的敬意。

图2 杭州东火车站

图3 上海喜马拉雅美术馆

3.1 设计的唯一性

在同济大学“结构性能化”的论坛上，有人提问谢亿民院士，既然有了结构计算软件去生成钢结构，那么建筑师负责做什么？这个问题很尖锐，直指建筑师与结构工程师的分工，谢院士笑着表示这已不是他第一次回答这个问题。他说，曾经有个建筑师特地询问他，他的这个“渐进结构优化法”软件能不能只做到百分之五六十、七八十，不要生成最后的形态，这样建筑师就有余地去将自己的设计和这个已有的弯曲非线性仿生钢结构结合在一起。谢院士觉得，这剩余的百分之二十确实是有必要的。建筑师对于城市的文脉、场地的梳理、环境的整合这些都包含计算机难以逾越的文化因素。在笔者看来，建筑设计之所以有高的附加价值也正是因为这些有温度的考量。

很遗憾，笔者未留下论坛中谢院士展示的方案。从国内外已建成的项目，到他正与几位建筑师合作中的黄浦江上的桥梁设计，两者的特征都让笔者记忆深刻。第一，都是仿生钢结构，通过软件计算，得出美观的重复单元作为桥梁的支撑物；第二，桥的平面差异，谢院士的独立项目多为笔直跨越，而合作项目中的桥梁却舒缓地画出一条弧线，弧线并不经济，但是这里的不经济却让笔者感受到了设计的差异。一边是用仿生的手段造了一座桥，另一边是用一条弧线联系了两岸。前者重技术，后者重概念，双方的出发点不同，并没有高低之分。但从建筑学的角度出发，作为技术的原型有一个就够了，而作为概念的原型采用何种技术是可以选择的。

笔者认为，从一定程度上来说，仿生建筑是雕塑建筑的升级，但它们在缺少足够的设计理念支撑时，同样成了没有新意的复制。如今雕塑建筑的名声不太好，盖里的建筑尺度怪异、不近人情，时常受到批判。谢院士的仿生结构是一种创新，正是需要大众认同的时候，在这一点上，仿生建筑亦是如此。但是当大众习惯了仿生这个概念之后，大家并不会因为多一个洞少一个洞、支撑柱的粗一点细一点感觉这些设计有何不同。就好比雕塑家摆了108个抽象泥塑，讲了同一个故事。除非108这个数字被赋予了意义，否则多1少1不会有什么影响。但是这108个泥塑要是被赋予水浒的108将的象征，那每一个泥塑都将别有意义。凑齐108个是有意义的；不满108时，连缺席也是有意义的。谢院士的仿生结构目前具有里程碑式的价值和意义，每一个进步都具有唯一性。

3.2 建筑师的责任感

现如今的建筑行业，建筑师往往是统领从设计到施工整个过程的领导者，并非只负责做概念、做方案，更要负责项目落地。同样在同济大学“结构性能化”论坛上，建筑师朱竞翔教授用他正探究并践行的“新芽”建筑系统，讲解了建筑师在当代所担负的社会责任。此处以基地位于肯尼亚内罗毕一个贫民窟内的MCEDO学校项目为例，介绍了为实现将“中国设计”带到世界上最“贫困”的地方，建筑师所进行的三阶段设计（见图4）。

3.2.1 建筑与环境的融合设计

“这座建筑低调地矗立在这片被常人看做‘贫民窟’的社区的边缘，亮眼但不突兀。”[[i]]朱竞翔教授从贫民窟的现有建成环境中提取元素，设计的轻型建筑与周边的建筑相似而又特别，但毫不刺眼。

图4 MCEDO学校（白色建筑）

作为一名建筑师，结合基地的坏境，使得建筑在体量、外观上和谐，是基础的设计本领。除去一些视觉感强烈的纪念碑式的建筑，大多数时候建筑设计偏向于与环境保持相对的融合。

3.2.2 现场条件下的安装设计

“团队基于过去的工作，构想了可折叠的轻型结构系统——它能够通过易于操作的机械变形来实现预制建筑的装箱、远程海运与现场组装，同时也在内部提供了别具一格的空间品质。”

图5 结构单元模组示意图

本身肯尼亚并不发达，加之该项目是援建项目，不得不考虑当地材料、工具、熟练工等条件的匮乏。复杂建筑构造所可能产生的麻烦在陌生的语言、文化环境中将被放大。因此朱竞翔教授团队最简化安装过程，将结构的搭建设计成安装折叠桌椅一样的模组（见图5），一张不用文字的说明图纸能使工人看懂。这些模组在中国进行生产，确定其工艺的可靠度，随后空运到现场。钢结构预制化的优点再次提供了如此施工的可能性。

3.2.3 全流程的大局设计

MCEDO学校项目的建设有着巨大的挑战，从造价控制、时间控制、施工技术到施工环境，每一个环境都是建筑师应该考虑的。图6是学校的外墙立面。

图6 MECDO学校外墙立面

图7 施工过程推演模型

由于依赖于跨国海运，集装箱的尺寸参数成为了建筑结构模组的决定性界限。这关系到运输成本控制。40ft.（12.19m）长的集装箱里，长度方向放两件模组，并多层叠放，几乎塞满净高。

由于结构安装需要依靠吊车，而在肯尼亚租用吊车的费用是国内的3倍，时间、成本成了不得不考虑的内容。为了在有限的现场工作空间中尽可能高效地使用吊车，从运输模组到现场堆积点，直至吊装过程的安排，建筑师都进行了精密规划。“这项工作通过模型推演的方式做了安排（见图7），并将流程记录，用于与吊装作业人员沟通。”

这3个环节在以往的建筑设计中，可能只有第1个环节被重视，但钢结构的预制装配特性使得后两个环节逐渐可视化。而这座学校的建设更因此拥有了深层次的社会意义。通过这个项目，建筑师演示了新的城市更新模式，将工作机会、技术培训带去了不同的地方。后两个环节的意义之深远，全然不比第1个环节的设计意义逊色。在当代这个大环境中，建筑师应当充分利用材料特性，考虑长远的大局设计，担起肩上应有的社会责任。

钢结构对建筑师而言是一种建筑结构，也是一个契机。在木、砖、石、混凝土时代，建筑师就已经注意到了自身对社会的影响。在当代，通过钢结构进行新的自我实现的同时，建筑师更应该有足够的社会意识，从方案概念到实地施工需要全方位地把控，不仅将钢的材料特性发挥在结构上，更要体现在社会责任上，这样所得到的优秀设计才有着最高的设计附加值，值得毫无保留地被称赞。