冯远

全国工程勘察设计大师

“国家卓越工程师团队”——中建西南院高性能大跨度空间结构团队主持

中国建筑西南设计研究院有限公司总工程师

天人合一，自然之法，造物之道。结构与建筑，犹如天地间的和谐共存，既有力的支持，又有形的优雅。力流自然而然穿梭于空间之中，赋予结构以生命与灵魂，细致地编织人与建筑的互动，成就空间的和谐与圆融。

以仿生视角塑造建筑结构

返璞归真，使结构回归舒适本态

结构与建筑，犹如天地间的和谐共存

既有力的支持，又有形的优雅

源于自然，又融入自然

让空间结构探索化身为一场愉悦的美妙旅途

PART.1

自然而美

让建筑呈现舒适的本态

人类是大自然的产物，同时也是参与者。自然界蕴含着无尽的科学原理的奇妙现象，许多结构形式与形态，正源于自然的智慧，展现出坚固、合理与美丽。从小到大，自然给了我很多视觉的印记，带给我很多关于结构设计的启发。

自然的本态是合理的。比如蜘蛛网是一种受拉的结构，蜘蛛丝具有极高的强度和韧性，织出的网非常轻盈；贝壳常呈曲面或折面，作为受压壳体，具备优良的刚度，且由钙质构成，抗压能力极强；鸡蛋的曲面同样提供了刚度和抗压能力，形成薄而坚固的穹顶结构；鸟巢则通过大小不一的枝叶缠绕搭接而形成互承结构，搭建出温馨的小空间。因而当人们看到与自然相似的建筑形态时，就会感受到舒适。

自然界生物演化至今已有数十亿年，这一过程展现了其如何以最小能耗与代价抵御外界的挑战。因此，自然界中坚固或轻盈并且优雅的结构，若在建筑中得以反映，便是力与美的呈现。

PART.2

顺应自然

以仿生视角塑造有机结构体

对于建筑而言，结构是承重物，是支撑建筑物的关键元素。有机结构体顺应自然，在仿生视角下运用建筑技艺反应生物的结构特征。当结构的力流合理时，它能够以最小的代价和材料抵抗外部荷载，同时提供承载力，呈现建筑的自然形态。

蜘蛛网纤细而高强的特性给予我们启发，做出富有张力的“索”结构形式。露天音乐公园就是采用的双曲抛物面单层索网结构，屋盖跨度90m，仅两点落地的拱脚距离180m，为剧场提供了巨大的开敞空间，草坪由室内自由延伸至室外，形成广阔的广场空间。

△ 成都露天音乐公园

贝壳高抗压特性能给我们提供一个大空间的“壳”结构，对应我们的项目是成都现代五项赛事中心游泳击剑馆的铝合金单层网壳和青岛体育场跳水游泳馆的钢结构网壳。

△ 成都现代五项赛事中心

△ 青岛体育场跳水游泳馆

“索”和“壳”结构是两种完全不同的受力方式，一个受拉，一个受压。这两种方式结合的代表项目，就是常州奥体中心体育馆，采用的上部受压壳和下部受拉索构成的自平衡大跨度结构体系，这个结构的特点是集合了上部单层网壳刚度大和下部索拉力强的优势，结构的截面小。

△ 常州奥体中心体育馆

常州体育馆屋盖中部开个洞就成了郑州奥体中心体育场的大开口索承壳结构，这也是上刚下柔的杂交结构，索的布置发生了变化，对屋面覆盖材料的适应性强，可以用金属屋面，而且对边界依赖小，就是对下部结构作用小，从而下部构件截面小，整个体系优，节约了材料。

△ 郑州奥体中心体育场

把张拉索做成双层就成了四川雅安天全体育馆的索穹顶结构，这是一种结构效率极高，用材料很省的结构。

△ 四川雅安天全体育馆

雅安天全体育馆屋盖开个洞就成了成都凤凰山足球场的大开口索穹顶结构，索穹顶结构上下都采用拉索，其间有钢杆，视觉效果轻盈美观，可谓是“压杆的孤岛存在于拉索的海洋中”，看似薄如蝉翼，却能支撑一个屋盖。

△ 成都凤凰山足球场

此外，树木展现了树形结构，现在的桁架和网架结构，很多也是从树形原理优化而来。结构通过拉压杆分布力系作为承载体，成都东安湖体育场和成都高新商务广场转换体及重庆奥体游泳馆就是采用的桁架及网架结构。

△ 成都东安湖体育场

△ 成都高新商务广场

△ 重庆奥体游泳馆

当把索与桁架相结合就构成张弦桁架（梁）结构，比如镇江体育会展中心、川航活动中心和郑州奥体中心游泳馆。

△ 镇江体育会展中心

△ 川航活动中心

△ 郑州奥体中心游泳馆

所有这些结构形式，均基于“索”与“杆”这两种基本构件，“索”和“杆”通过各种组合能产生出若干种承力体，例如上部刚性杆与下部柔性索组合、上部柔性索与下部刚性杆组合、上下刚性杆、上下柔性索组合等等，变换一下杆件位置进行不同组合，结构力流就会随之变化，承力体的受力特征就会不一样，这是非常美妙的现象。这种变换是顺应力学原理的，结构随力而生，展示出不同的特征。由此可见，大千世界，奇妙无穷，了解探索其中的力学原理和构造原理，由此构筑的建筑既合理也丰富多样，这种探索从未知到确定，总让人有惊喜，美妙无比。

PART.3

恰如其分

力与形交融的建筑美学

结构和建筑的有机结合令人愉悦，它们彼此交织，密不可分。结构是力，建筑是形，此谓“力随形，形定力”，也就是说，不同建筑的“形”对应不同结构的“力”。结构和形式的统一一直是我们所追求的，合理的结构是形式和材料的综合体现，传递着理性的美感，力流的表达也清晰可见，这些建筑物令人愉悦。

每个建筑都可以用多种结构形式去实现，但最恰当的只有一种，这是由综合因素决定的。首先，满足功能需求是设计的前提，其次，结构的受力合理性是关键要素，占据较大比重。同时，美观性亦需重视，经济性、施工可行性和工期等因素同样需要全面考量。一定不要过分强求某一个因素，避免为创新而创新，要找到各因素的最佳平衡点，才能实现真正的恰如其分。通过结构来表现建筑美，应当实现力与美的共轭，以此呈现一种自然而然的美。这种美不应是强迫或做作的，而是适当、适宜地融入建筑之中，达到自然和谐的效果。

建筑承载着经济、科技、文化水平和社会价值观等多重属性。作为结构工程师，需要考虑力学、技术、规范，经济性、施工可操作性；作为建筑结构工程师还需要考虑建筑功能、空间美学和文化；作为现代设计师还应考虑更多的社会责任方面因素，比如说碳排放、节能、无障碍设计、社会友好性、可持续发展等等，以确保设计出高安全、强功能、美学出众的高品质建筑。

与此同时，我们应当更加关注人的行为与感受，做“有机建构”。结构的设计与构建会直接影响人们的体验，因此，理解人的需求至关重要。尽管结构是强技术性的，但将人放在中心，才能真正做好结构。

每一次假设都是一种通往不同可能的探索，是一次从未知到已知的收获，这些旅程能够愉悦地拓宽视野，同时其挑战与成果不断积累知识与经验，成为我持续前行的动力。

素材来源 / 中建西南院高性能大跨度空间结构团队 中心工作室管理部

编辑 / 何沅 陈周超

校对 / 陈序 向嫄 刘作卓

审核 / 冯远 乔晖 刘珂