中华学生百科全书-第672部分
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像螺旋线那样呈现出无限宽广的图景。
“泡泡大楼”
气泡，在自然界里是很多的。蓝蜻蜒的翅膀由很细的薄膜肋构成，肋之
间就是一张极薄而柔软的薄膜，那是不封闭的“气泡”，叫做不封闭的充气
结构，类似的还有蝙蝠的翅膀。像青蛙的囊袋的“气泡”，叫做封闭的充气
结构，其他还有，如鱼肚中的“气泡”，动物身上贮存尿的囊袋等。现在，
封闭的充气结构在建筑上已广为应用。
充气的封闭薄膜有一个很好的受力性能，那就是各处的表面张力都相
同，由于用材少、重量轻，因而是一种很好的建筑结构。
最早设想把充气结构用来建造房屋的是英国工程师兰切斯特，他在 1918
年取得了关于此事的一项专利，并设计了直径为 650 米的充气结构，但遗憾
的是他过早地离开了人世，没有使理想成为现实。
1970 年日本大阪世界博览会上，博览会的游乐场采用在一根立柱上的充
气结构，在立柱顶端有向四周布置的缆索挂着四周布置的一个个充气结构，
充气结构的另一端支承在离顶端不远的立柱环上，当缆索收紧时，蘑茹状的
充气结构就收拢，撑开时就像一个大圆盘，其最大直径可达 35 米，博览会上
这种红黄相间、向不同角度撑开的一个个“蘑菇”，为游乐场增添了节日的
欢乐。
充气结构还可以用来作水坝。由英伯逊设计的水坝在 1957 年建成，水坝
高 1．5 米，长 40 米，充气薄膜用螺栓固定在水下的混凝土基础上，可以充气、
放气以调整水坝的高度。目前，充气水坝已经发展到高可 4 米，长可达 600
米。假如给充气水坝定期地涂以海普隆（高级涂料），寿命可达 20 年以上。
充气水坝造价便宜，比一般水坝可节省 75％的造价，而且施工简单。
充气的帐篷千姿百态，由英国 M．L．航空公司设计制造的一系列充气夹心
板可以构成大小不同、形状各异的任何多边形的帐篷。
英国的军事工程试验处，1965 年设计制造了军用充气桥，桥跨度 5．5 米，
桥本身很轻，只有 350 千克重，打仗时，遇到小河可随时充气让卡车通行，
用完则放气缩小成一小团让卡车运走。
充气结构打破了传统的建筑结构形式，在有压气体压力的调整下，只要
塑造出封闭的外形，任何形状都可以实现。它不存在梁、柱等构件，当充气
结构受力时，结构内受压气体把力传给整个结构，充气表面薄膜各处受力相
同。
1970 年日本大阪世界博览馆中，日本的富士馆因其体量宏大、造型新颖
而大出风头。它由 16 根直径为 4 米、长度为 78 米的充气管柱组成，把它们
两头分别安置接地，于是中间拱起形成一个个拱门，由于圆形平面，两头接
地的一个个拱门随着跨度的不同（最大的跨度为圆形平面的直径）拱起的高
度也不同，造成马鞍形的外形，充气管由聚乙醇薄膜制成，外涂海普隆，内
涂聚氯乙烯。
美国在 1959 年建造了波士顿艺术中心剧场，有 2000 多个座位，建筑平
面为圆形，直径 44 米，采用气垫屋顶，层顶的中央高 7 米，飞垫式屋顶铆固
在钢制多边形体的各个柱上。
气泡泡能盖成大楼，能盖成很大很大的“大楼”，甚至使你不敢想象。
德国充气结构专家奥托曾设计了充气薄膜与网壳相结合的巨大的罩，其
直径为 2000 米，高为 240 米，可以覆盖拥有 15000～45000 居民的城市。在
寒冷的北极，有了这样一个“罩”，就可以调节气候，就可以开发北极了。
所以，奥托的设计又叫做“北极城设想”。
美国建筑师富勒，也是一位充满想象力的工程师，在 1962 年，他也设计
了用充气薄膜与网壳结合的圆穹，直径为 3200 米，想把纽约的整个曼哈顿地
区罩起来，这就是建筑中最著名的“乌托邦”充气结构。
树木参天高楼立
腹中空的竹子、麦杆，把材料尽可能分布在横截面的四周以增大抗弯、
抗断的能力。
树，肉眼所见是实心的，但在显微镜下却到处布满着细孔，它同样地把
有限的实体尽可能向四周扩展，也具有很大的抗弯、抗断的能力。
你去过泰山吗？你是否留意过泰山峡谷通风口的树长得怎么样？泰山峡
谷通风口的树与众不同，它的树干横截面不是圆的，而是椭圆的。由于通风
口风相当大，要生存必须提高迎风的抗弯能力，这种椭圆形树干是树木长期
适应自然优化的结果，这种椭圆形树干的树不是很美吗？！不是很科学吗？！
建筑师吉奥·庆蒂设计的意大利米兰的皮尔利大楼，其构思是 4 棵并排
的“树”。树与高楼之间，在具备抗弯、抗断能力方面是一致的，越是接近
地面，其受力越大。从树的外形可知，树干由树梢向树根越来越粗，从树的
外形联想高楼受力的核心部分，也必须从上到下越来越粗。把树干切片置于
显微镜下，研究树的水分、养料的输送，会发现它与城市道路立交网系统又
是何等的相似呀！
近几年来，出现了一批高技术建筑，这是一种表现技术美的建筑，正如
芬·里德所说：“……探求、研究并且为建筑带来诗意般充满信心的愿望。
在这种建筑中，科学——我们时代的‘上帝’——和技术也已富于人性。这
种建筑物能够塑造和表现。”
高技术建筑一方面从新技术的产物如高速赛车、航天飞机等形式中寻求
启示，一方面从自然界中寻求灵感。
伦佐·比阿诺在设计休斯顿曼尼尔博物馆时，集中精力研究屋面的形式
和构造，他从采光调节、阳光辐射的控制、结构、细部四个方面来构思，以
树叶为原型设计屋面档板，既轻柔又完美。
进入树林，成排的树干构成了“竖向线条”，显示出高洁、希望，给人
以紧张感、上升感。保罗·克利给线赋予了诗意，他说：“一条线就是一个
点在散步。”那末，像树林那样的竖向线条，则是众多点在向青天进军了。
日本建筑特色之一，就是有很多的竖向线条，如日本的法隆寺，它显示出像
树林那样日新月异，天天向上。
城市用地的紧张，促使城市的规划向空中发展，日本建筑师矶崎新在
1962 年设计了空中城市，设想把建筑集中在一棵棵人工大树上，好像一个个
果实，树干与树枝都是有效的交通系统，树与树之间也有交通之便。城市建
在空中，充分享受了阳光和空气，而且还土地于绿化，人类的生活再次上了
树，成了新的“有巢氏”，过着鸟儿般的生活了。
树，作为探索科学哲理的素材，具有着更宽更广的研究领域。树长得高，
枝叶繁茂而“招风”。但仍然屹立于大地之上，关键是扎根于地下，见缝插
针地深入、深入、再深入。再看看人类创造的房子地基，其中之一叫桩基，
是一根根桩打入地下，房子建在桩的顶部。与树根相比，弯弯曲曲的树根要
比直直的桩不知高明多少倍呢！
美的构想——对称建筑
在“天河夜转漂回星，银浦流云学水声”的茫茫宇宙有着奇妙的对称，
在微观世界里的细胞、分子、原子……也有着奇妙的对称，凯库勒的苯环结
构式，华森、克里克提出的 DNA 的螺旋结构，都显示出一种对称的科学美。
在自然界中，飞禽走兽、草木花卉都显示对称的美。
对称被视为“和谐与美”的定义。一般对称的物体具有对称轴，在对称
轴的两边等距离处具有大小、方向相同的物件，如常见互相垂直的十字轴线
的对称形式：正方形，正圆形，正六边形，正八边形等；另外如“十”字，
“田”字，“井”字，“亚”字等。这一类称为具有两个对称轴的对承称物
体。更普遍的是具有一个对称轴的对称物体，如人、虎、蝴蝶、鸽子……
在科学上，科学理论也有美与不美的问题，它决定于和谐、对称、简洁、
新奇。和谐，即逻辑的正确性和构造的严密性。对称，即反映出自然形态和
运动的广泛对称性。简洁，即丰富的多样统一。新奇，即科学思想的独创性
和科学方法的新颖性。对称，作为决定科学理论美与不美的四大要素之一，
含义是很广泛的，科学家维尔写了一本专著《对称》，书中说：“对称，无
论广义或狭义，我们都不理解这个词。对称是一种思想。多少世纪来，人们
希望借助它来解释和创造秩序、美和完善。”
对称，表现出一个整体的各部分和成分的配置的匀称和协调，给人带来
优美和精确的感觉。对称的理论帮助了德国化学家凯库勒发现了芳香化合物
分子结构，分子中的原子以对称形式组成闭合的环形联接的链，分子模型完
美、漂亮。自然现象的对称原则启迪了狄拉克，使他预见了粒子的电性能能
够转变。1979 年美籍华人物理学家杨振宁谈道：爱因斯坦开辟的“对称性支
配着相互作用”的原理，有力地促进了“规范场的对称性”、“超对称性”
新理论的出现；对称性可以说是理论物理学的一个重要观点。
自然界的对称现象是如此强烈地影响着建筑，以致于所有的建筑和建筑
群都包含着对称的原则。
1403 年，我国明朝永乐皇帝下令迁都北京，在元朝大都的基础上建立了
北京城。1557 年，明朝嘉靖皇帝在城南外加筑外城，形成了今天的“凸”字
形平面的北京城，从南端的永定门向北经皇宫、景山到钟鼓楼，直到北城墙
结束，形成了一条 7．5 公里长的中轴线，这就是北京城的对称轴，它可谓世
界上最长的对称轴了，宫殿建筑就在这轴线左、右对称的位置上。皇宫层层
殿宇，错落有致，以太和殿、中和殿、保和殿为核心，由对称形成庄重、整
齐、稳定的格局，充分显示皇权的精神作用。
我国古都西安，隋朝统一后模仿汉魏的洛阳城，南北长 8651 米，东西长
9721 米，唐朝定都后改名长安，和北京城一样以中轴线规划建筑，体现出对
称的特色。
雨果的小说《巴黎圣母院》轰动了全世界，哥特式建筑（欧洲古典建筑
风格之一）的巴黎圣母院也因此蜚声世界。经历了 72 年才建成的巴黎圣母院
教堂是中世纪欧州哥特式教堂的“元老”和典范，教堂西立面是典型的左右、
上下三段式划分的建筑，底部是深深内凹的三座券门，券内侧的层层线脚中
布满了雕像，教堂的东立面是一圈环形的圣坛和小礼拜堂。对称布局在其中
处处可见。
对称往往与均衡联在一起。在视觉艺术中，以均衡中心作为中心点，就
能感到均衡中心的左右两侧的吸引力相当，在均衡中心给予某种强调，当眼
睛能满意地停留在均衡中心的瞬间，就能产生健康与平静的均衡感。对称是
均衡的天然格局，在对称的情况下，在对称轴的两侧，彼此相当的对称必然
导致均衡。
在建筑上还经常采用不对称但又均衡的做法，有人说是广义的对称。那
是采用了杠杆平衡原理，当一侧小体量安排在离中心轴远距离处，与另一侧
大体量安排在离中心轴近距离处，造成两侧对中心轴的均衡感。我国承德避
暑山庄的烟雨楼就是采用这种做法使园林建筑灵活多变而更具有诗意的。
从视觉心理的角度看，实的建筑具有重的质感，虚的建筑（光明透亮玻
璃组成的建筑�
