3.2 结构设计
3.2.1 何谓结构设计
科学与技术之间有着根本的区别。工程或技术是制作以前并不存在的东西，而科学是发现早已存在的东西。技术成果是根据人们的意向制成的形式，科学成果则是独立于人们意向之外的公式。技术研究的是人造物，科学研究的是大自然。18
很显然结构是属于技术的，是需要通过人类的意向建造的人造物，是制作以前并不存在的东西的全新创造。这也就意味着结构并非如想象中那样只有枯燥与机械的按部就班，而是有着与人们的意向密切相关的创造—设计的行为。设计将结构从计算的枷锁中解脱出来，进而成为与“意念”构思同等重要的，能够掌控建筑形态设计全方位的重要因素。同时，设计也将结构与建筑两者统合为一个整体，共同作为实现建筑形态的主导。因此，结构设计不同于结构选型、结构计算，它是将设计者的主观意识同客观规律相结合的创作过程。如果说建筑设计是将建筑师的个人“意念”同基地条件、业主欲求等客观条件相结合的产物的话，那么结构设计的客观条件就对应于来自外界自然抵抗的安全性与耐久性、经济性与便利性。在此之上的审美活动就是结构设计所创造的价值所在。
事实上，“结构设计”是当代日本建筑界中的一个专有名词，特指将结构受力与建筑形态相关联而进行创作的工作。它被用来区分纯粹的结构计算、解析等程式化的作业。斋藤公男对此进行了区分 ：
在我国的话，与结构技术者相对应的用语是什么呢？列举可以想到的无非就是结构计算员、结构技术者、结构技术士、结构设计者、结构设计家、结构家等。不仅它们之间的语义存在着差异，各自的定义也非常微妙。“结构计算员主要是依据确定的规范对建筑物的安全性进行研究的技术者；结构设计者不仅研究安全性，还作为同建筑师一起进行建筑设计的有机组织的一员，能够提出结构解决方案，以上的两者统称为结构技术者”，大概这样的定义是可以被接受的。19
佐佐木睦朗也就“结构设计”写道 ：
所谓结构设计是将（从自身意愿之中）构思而来的结构概念，通过自然法则或经济条件来实现结构的具体化。特别是，当这个概念不在标准系统之内的特殊场合时，就必须在以意向为基础的结构模型与其被定量化解析的模型之间进行来回反复的研究。进行这样严密的定量实证是有必要的。为了具体化不仅需要内含高度的技术，随着设计密度的提高对于劳动力的增加就成为必须，不过正因为这是为实现自身意愿的审美形式而进行的自我实证，因此它也是快乐的。20
结构设计不仅是定量化的解析，同时也是设计者根据自身的“审美意愿”进行形式创造的过程，后者正是结构中“设计”存在的重要原因。
空间的“跃动感”“紧张感”“动感”“变化”等等所有，都暗示了“结构设计”目标空间的品质。21
图3.10 “结构设计”成立的要因
图3.11 结构设计的定位
图3.12 日本相互银行 结构剖面
图3.13 藤泽市秋叶台文化体育馆 剖面（东西）
图3.14 东京巨蛋 屋面结构
渡边邦夫不仅将对空间的体验和感知作为“结构设计”的根本目标，还以图示的方式说明了“结构设计”成立的要因（图3.10）。在这张表中，“结构设计”被置于创造力和想象力之间，在渡边看来正是“结构设计”协调和统合了时代（人类）与原理（自然）之间的对立，是将人类的感性与理性、观念与结构、意念与解析统合、协调的作业。如果用我们所熟知的建筑设计、结构选型、结构计算的相互关系来定位“结构设计”的话，或许能够更好地来理解“结构设计”在建筑与结构之间的定位（图3.11）。这种通过对“结构设计”的理解来形成建筑形态的意识是一种有效地将原本分裂的观念与结构、感性与理性重新弥合，并由此创造出全新可能的途径。尽管“结构即意匠”的木构意识古已有之，但真正意识到结构对形态意义的还是1952年前川国男（Kunio MAEKAWA）在“日本相互银行”（图3.12）的设计中所提倡的“Technical Approach”。最早正式使用“结构设计”一词的是1961年《建筑文化》杂志的特辑《迈向结构设计之路》22。这跟当时结构表现之风的盛行不无关系。不过，随着这一股“结构表现”之风的式微，自1960年后半叶开始，“结构设计”一词的用法也顿时消失得无影无踪。斋藤公男认为，重新唤起日本建筑界的“结构设计”意识是缘于1980年前后的两组项目：一组是1984年的“藤泽市秋叶台文化体育馆”（图3.13）和1988年的“东京巨蛋”（图3.14），这两个大跨体育设施都彰显出结构在建筑形态表现的可能性上的新潜力；另一组是1984年的“神户世界纪念会堂”和1978年的“法拉第会堂”（图3.15），它们成功地将作为结构方式的既有技术遗产转译成时代的表现语言，对适用性和普遍性的创造价值进行了有益的探索。这些努力使得1980年代末基于结构表现的建筑形态开始摆脱早先60年代的痕迹，揭开了重新探索新的“结构设计”可能性的帷幕。1990年《建筑文化》在经过了将近30年后再次刊出以“建筑的结构设计”23为题的特集，从而标志着“结构设计”又一次回归了建筑的舞台。面临着以计算机为代表的IT技术时代的降临，材料、力学、加工、建造和文化与社会的各个方面，都必须和已经发生巨大的变革。从2009年4月起，由日本建筑学会主办的“ARCHI-NEERING DESIGN”（AND）巡展以历史、20世纪的建筑与技术、意念与技术的交叉点、空间结构的诸相、防震与高度的挑战、身旁的AND与居住的AND、都市与环境的AND八项主题向人们展示了结构对于建筑形态的贡献和意义24。“Archi-neering”这个造词的使用本身就说明了“建筑与技术”一体化的意味。
图3.15日本大学法拉第会堂屋面结构
P.奈尔维和E.特罗哈都曾说过“结构设计是计算之前工程师已经在头脑中完成的内容，计算只不过是对其进行确认的工序而已”。……今后的工程师或许都会在i-Pad的画面上通过电子草图来进行工作。然而，构思而来的结构在头脑中表现以及与建筑师一同商讨的能力，对于具有创造性的结构工程师而言也是今后所必须具备的最重要的能力。25
竹内徹26在“作为武器的结构技术”一文中把结构设计的“武器”归纳为草图与手算、模型、数值解析和结构实验四项27，其中前两项在竹内看来是为了避免数值解析的抽象将身体对于结构直观的“尺度”感觉剥离的有效武器，也是结构设计与建筑设计达成共通的沟通途径。
3.2.2 结构设计师
新建筑社（Shinkenchiku-Sha）1996年6月刊行的新建筑别册《日本当代建筑家系列17》是结构设计师木村俊彦28的专辑29（图3.16），在此之前的16册清一色的都是建筑师或建筑设计公司的专辑30。“新建筑别册日本建筑家系列”是一个介绍日本最为著名建筑家的专辑系列，都是以新建筑别册的形式刊行的。木村俊彦以一位建筑结构设计师的身份出现的意义不仅在于日本当代建筑界对“结构设计”重要性的确认，也使得对建筑设计师的身份与价值判断发生了转变。木村俊彦的确可以被视为日本从现代到当代杰出的建筑结构设计师。甚至在某种意义上而言，“结构设计”的重要性正是从木村俊彦开始被日本建筑界所认识到的。在和矶崎新、大谷幸夫31、桢文彦、谷口吉生（Yoshio TANIGUCHI）、筱原一男、原广司（Hiroshi HARA）、伊东丰雄、安藤忠雄（Tadao ANDO）、山本理显（Rikken YAMAMOTO）、长谷川逸子（Itsuko HASAGAWA）、高桥晶子32等建筑家的合作中，他成就了当代建筑的诸多名作。不仅如此，出身于木村俊彦门下的渡边邦夫、梅沢良三33、新谷真人34、佐佐木睦朗、池田昌弘以及佐藤淳35等也都是当代日本结构设计的中坚力量，因此木村俊彦结构设计事务所也被称为“木村俊彦塾”（Kimura School，图3.17）。木村俊彦1950年建筑学科毕业后进入前川国男建筑设计事务所，在工作中目睹了当时前川国男与结构设计师横山不学（Fugaku YOKOYAMA）36在设计中的协同，深感结构设计重要性的木村于是两年后转投横山不学门下，开始了他的结构设计师成长之路。事实上，日本的建筑师与结构设计师之间这种相对固定的协同合作的模式是比较普遍的，这也在客观上保证了观念与结构能够更好地相互统合和协调，保证了建筑作品的设计质量。结构设计家在某种意义上更被认为是建筑工程师（Architecture Engineering），从而将原来建筑与结构的分割打破。丹下健三与坪井善胜1953年完成的“爱媛县民馆”（图3.18）被认为是建筑师与结构设计师协同设计的最早作品。它既是对战前样式与结构二分的终结，又是战后建筑与结构携手的开端。木村俊彦正是这其中承前启后的重要人物之一，他对“结构设计”理念和方法的探索和坚持成为日本当代建筑与结构最为宝贵的财富之一。因此，即便认为正是木村俊彦将“设计”带入到了当代已然高度技术化的结构领域，其实也并不为过。在日本当代建筑中，结构设计师的存在意义也许可以在1970年后年轻一代的结构设计师大野博史37的这段话中可见端倪 ：
图3.16 新建筑木村俊彦特辑封面
图3.17 木村俊彦塾
图3.18 爱媛县民馆 剖面
建筑整体上的合理性是最重要的。因为柱子配置不够所以把它拔掉当然不是问题，取而代之的是梁确保有足够的强度即可。如果在意匠的空间中不想表现结构，那么就必须和建筑家一起对意匠与结构的统合进行磋商。38
没有纯粹意义上所谓的结构合理性，那样只会疏远建筑与结构，最终导致二选一式的两分化。结构的合理性是需要建立在“建筑整体上的”。或者说，结构同样也是需要置于建筑学整体考虑中的意识，正是日本当代建筑中“结构设计”的重要本质。2006年“日本建筑学会”（A.I.J）将终生贡献大奖颁予木村俊彦，身份为“建筑结构家”，理由是“毕生通过结构设计对建筑界作出贡献”39，这真是名至实归啊！
图3.19 日本结构工程师—设计师谱系
如果说横山不学、坪井善胜等奠定了结构设计师在日本建筑界的存在的话，那么无疑木村俊彦从真正意义上确立了结构设计师的地位。结构设计师不同于以结构解析作为使命的结构工程师，而是以设计作为沟通的语言，在建筑设计与架构形态之间架设起观念与技术的桥梁。以“木村俊彦塾”为起点的结构设计师经历了一代又一代，他们在日本现代和当代的建筑实践中已经扮演了非常重要的角色（图3.19）。
尽管结构设计师都是以“设计先行、解析确认”来作为区别建筑师或结构工程师的基本方法。但意味深长的是，随着年龄分布的不同，相近年龄段的结构设计师或多或少地会带有区别于其他年龄段的一些共通性特征。如果将结构设计师按其出生年代划分成（19）30代、40代、50代、60代、70代五个不同年龄代的话，那么我们可以看到 ：
（1）在结构形态的表现上：30代的作品对结构表现的形态，尤其是通过混合结构来进行表现相对较多。40代结构的建筑形态比表现方式更加丰富和多样，各种类型比较平均。他们对于新技术、新方式的运用最为成熟，也是结构设计师中参与建筑形态最为积极和活跃的群体之一。50代与60代有些类似，作品也是主要集中在通过建筑形态对结构进行表现上。70代相对而言呈现以建筑形态直白地表现结构的方式，转而对消解结构表现的形态更有兴趣。
（2）在结构设计的类型上：30代较多集中于大跨度的结构设计。40代与70代则是以高度方向的结构设计为主。50代与60代在大跨与高度两方面设计上更加均衡一些。
（3）在结构形态的表现类型上：30代更倾向于在内部空间中表现结构形态。40代与70代以外部空间来表现结构形态。50代与60代介于前两者之间，更加平均。
（4）在架构布置的几何上：30代主要以单方向轴线分布为主。40代与70代很少采用规整的几何轴线布置，代之以非对位的、有机的和外周式的几何分布为主 ；50代与60代兼具有前两者的特点。
（5）在结构的构件方面：30代与50代多采用线性构件。40代与70代以面构件为多。60代线与面两种构件使用比较均衡。此外，30代、50代与70代会较多采用直构件，而40代与60代对曲构件的使用更多一些。
（6）在结构材料方面：采用木材与钢材比较普遍。其中，40代与70代相对采用钢筋混凝土材料会更多一些。
从上述这些结构设计方法特征与年龄分布的关系（表3.1）中可以看出：40代与70代是日本当代建筑设计领域中最为活跃的结构设计师的两个年龄群体。30代行将退出实践第一线，其活跃程度随时间而呈现下降的趋势。同时他们也会更多地保有曾经经历过的、现代主义时代的痕迹。50代与60代更加均衡，一方面保有着30代的结构表现意图，另一方面他们也在尝试一些具有当代特征的、消解结构的形态表现。
表3.1 结构设计师各年龄段结构设计方法比较
为什么会出现上述这些年龄代间的差异，究其原因或许在于这些不同年龄段的结构设计师，除了各自实践经验上的阅历不同之外，他们所受教育背景也同样存在着差异。日本从近代到现代观念与结构的关系经历过非常大的起伏，观念与结构分分合合（详见本章3.4）。当代计算机技术的横空出世，更加重了对结构设计师创作方法上直接或间接的影响。20世纪60年代曾经风靡一时的结构表现，无疑对求学时期的40代结构设计师们产生了莫大的影响。同理，90年代后期出现的建筑与结构的重逢，自然也影响到了70代的结构设计师们。结构技术的彰显化与信息技术的表层化，或许都使40代与70代会不约而同地站在建筑与结构相结合的前线。当然，机器与信息的时代差异也同样鲜明地表露在这两个年龄代的设计方法上。50代与60代这两个结构设计师群体人数相对较少，在设计方法上也不如前面的40代与70代更加易于接受当代的表现方式，这些特点应该是受到20世纪70年代观念与结构截然分离状态下出现的后现代主义的影响。而作为尚在实践第一线的30代，他们是结构表现主义时代的亲历者和见证者，因此其结构设计中所表现出的那一个时代的印记也是理所当然的。
另一方面，从日本的结构设计师谱系可以看出，院校以及师承脉络是日本结构设计师呈现出非常多样化的重要原因。东京大学、东京工业大学、日本大学、京都大学以及早稻田大学等建筑名校基本上构成结构设计师的主要师出。其次，除了木村俊彦之外，斋藤公男、佐佐木睦朗、渡边邦夫等“木村塾”生也为之后结构设计师的辈出做出了非常重要的贡献。在谱系分布中，这三位都是重要的节点人物。在不同的院校以及事务所师承关系浸染下的结构设计师，在其自身实践的积累中逐渐形成了不同的个性标签。并由此与相契合的建筑师建立起稳定的合作关系。
这其中，最为活跃的两位结构设计师当属40代的佐佐木睦朗和70代的佐藤淳。同样是师出木村俊彦门下，二者都惯用以消解结构形态为特征的结构设计方法。这使得他们之间在设计上的差异性要远远小于实际年龄上的差距。与佐佐木睦朗关系密切的建筑师主要是伊东丰雄、妹岛和世（Kazuyo SEJIMA）等。与佐藤淳密切的建筑师则相对较为分散。执着于结构形态表现的建筑师内藤广40其作品主要是与30代的川口卫、渡边邦夫及其弟子60代的冈村仁41合作采用混合结构的方法来实现的。而同样偏向于用结构作为表层肌理来形成装饰表现的隈研吾，更多地是与40代的中田捷夫42、新谷真人以及70代的佐藤淳等有着较多的合作。伊东丰雄与40代的新谷真人的合作更多的是对竖向的结构表皮的形态表现，其同佐佐木睦朗的合作则更偏向于自由曲面在跨度上的创新。在这一点上，矶崎新也有着相类似的选择。妹岛和世与西泽立卫（Ryue NISHIZAWA）一直保持着与佐佐木睦朗稳定的合作，其作品也几乎都是以抽象的形式消解结构的存在作为表现的。手塚贵晴与手塚由比43的结构表现作品是通过与30代的今川宪英44、60代的池田昌弘和70代的大野博史之间的合作来实现的。由于选择结构设计师的范围很大，也在某种程度上成就了手塚作品表现上的丰富性。远藤秀平45与50代清贞信一46合作实现了一系列压型钢板的结构形态实践。山本理显、藤本壮介（Sosuke FUJIMOTO）、小岛一浩47相对地与佐藤淳合作较多（图3.20）。
图3.20 结构设计师与建筑师的组合关系
当五十岚太郎以“跨越焦土风景”的30代、“从封闭箱体迈向开放空间”的40代、“透明轻盈建筑出现”的50代、“柔软解读环境与状况”的60代以及“全球化抑或是加拉帕哥斯（Galapagos）”的70代来对当代日本建筑师的各个年龄代给予归纳时48，同样对于日本的结构设计师，也可以有着区分年龄代的这般特征描述 ：奠定结构设计与表现的30后 ；寻求结构与形态创新的40后 ；寻求从结构视觉到知觉的50、60后，以及反物质表现的70后。正是在建筑师与结构设计师的多样性背后，日本当代建筑才呈现出如此多姿多彩的丰富性来。