从建筑发展史看科学技术与建筑的关系

1.1　从建筑发展史看科学技术与建筑的关系

古今中外的建筑史就是一部科学技术与社会文化发展史。

早在六七千年前的氏族社会，我国就出现了以“干阑式”和“窑洞式”为代表的建筑。

“干阑式”建筑的诞生主要依据长江流域多水地区的气候、地理、材料等条件，由柱、梁、枋、板等木构件组成。“浙江余姚河姆渡村发现的建筑遗址距今约六七千年，这是我国已知的最早采用榫卯技术构造木结构的干阑式建筑”(摘自《中国建筑史》.1993.中国建筑工业出版社)。

黄河流域的“窑洞式”和“木骨泥墙式”建筑的诞生，同样也是这一地域的地理、气候、土质和材料条件所决定的。

随着营建经验的积累和技术的提高，从原始的穴居，逐步发展到半穴居，最后创造出地上建筑，这是一个漫长的历史发展过程，也是一个漫长的利用自然材料与创造构建房屋技术的发展过程。

作为中国古代建筑特征的柱、梁、枋、斗拱和坡顶等基本形式，早在汉代(公元前206年—公元220年)已基本形成(如图1.1、图1.2所示)。

我国以木构为主的古建筑从有实物为证的汉代到发展成熟的清代(如图1.3、图1.4所示)历经了漫长的千余年，虽然其木构技术与艺术已发展到极其成熟的阶段，并且在世界建筑之林中独树一帜，有其辉煌成就，但是其梁、柱、斗拱和坡顶等的基本特征并没有发生根本性变革，究其原因就是主要材料与技术没有产生根本变革。由此可见，材料与技术对建筑具有决定性影响。

图1.1　中国古代建筑特征(一)

图1.2　中国古代建筑特征(二)

外国的建筑发展史和中国一样，主要也是随着其科学技术、建筑材料的发展而发展。

大约在公元前三千年，古埃及就建成了以宫殿、陵墓及庙宇为代表的建筑。“石头是埃及主要的自然资源。……公元前三千年之初，皇帝的陵墓和神庙就用石材建造了”(摘自《外国建筑史》.陈志华著.1990.中国建筑工业出版社)。

古希腊建筑主要是以石质梁柱结构构件及其组合为特征的建筑形式，对欧洲古建筑形式的形成具有重要影响。例如公元前6世纪以弗所的阿丹密斯庙(Temple of Artemis，Ephesus)就已经形成了古希腊建筑的典型代表形象(如图1.5所示)。其粗壮、密集的高大石柱和用石材浮雕构成的山花，充分显示了以石质材料做为梁柱结构构件的特点(天然石梁抗弯能力差，必然导致密柱)和希腊古建筑的特征。

古罗马人约在公元前2世纪发明了券拱技术和天然混凝土(火山灰、石灰、碎石混合后增强了凝结力)，从而促进了券拱技术的发展，创造了拱顶体系。如罗马万神庙(公元120—124年，如图1.6所示)。其穹顶直径及顶端高度均为43.3米，穹顶材料由混凝土与砖共同构成。

图1.3　太和殿外观

图1.4　天坛祈年殿外观

图1.5　以弗所的阿丹密斯庙

混凝土新材料的诞生和券拱结构技术的出现才诞生了大空间建筑，这有力地证明了材料与技术对建筑发展的作用。

历史走入18世纪，巴黎万神庙以其高大的形象出现在圣什内维埃芙山上(如图1.7所示)。平面为十字形(84米×110米)，穹顶尖端采光亭的最高点为83米。

图1.6　罗马万神庙

巴黎万神庙的重要成就之一是结构空前地轻(墙薄、柱细)，这一成果与材料及技术有关，但其建筑形式、风格与几千年前的建筑比，虽有所发展，但并没有发生根本变化。

图1.7　巴黎万神庙

工业革命促使社会的各个方面发生了巨大变革，也促使建筑发生了根本性的变化，创造出了与手工业时代完全不同的现代建筑。

1855年转炉炼钢法出现后，钢材在建筑中被普遍使用;1890年以后钢筋混凝土又被广泛地应用于建筑中;19世纪40年代平板玻璃开始工业化生产;19世纪80年代电灯开始用于建筑照明;1887年开始生产电梯。这一切都给一次新的建筑革命创造了物质条件，从而催生了现代建筑的诞生。

1883年建造的芝加哥家庭保险公司大厦是首次按钢框架结构计算的10层高层建筑。

1889年建造的328米高的埃菲尔铁塔，内部设置4部水力升降机，显示了当时的工业技术与结构计算技术的强大威力。

著名建筑师老沙里宁(1873—1950年)设计的赫尔辛基火车站(1906—1916年，如图1.8所示)根据当时社会的生活、文化、科技的新发展，明显地摆脱了古典建筑形式的章法，而以灵活的空间构成、简洁的形态为现代建筑开辟了新路。

图1.8　赫尔辛基火车站

对现代建筑的形式与发展起到重大影响并作出突出贡献的建筑师赖特(Frank Lioyd Wright，1869—1959年)创造了“有机建筑”理论，其代表作是1936年建造的“流水别墅”(如图1.9所示)。

流水别墅成功之处在于使建筑完全融合于其所处的自然环境之中，使建筑形象与自然景色互相映衬，相得益彰，并使这一新环境更加光彩动人。

这一实例生动地说明建筑师根据建筑所处的环境及其功能，并充分利用材料与技术，不墨守成规，创造性地进行设计的重要意义与作用。

图1.9　流水别墅

1958年落成的纽约西格拉姆大厦(如图1.10所示)主体38层，高158米。

图1.10　纽约西格拉姆大厦

建筑采用钢结构，为防火，其承重的钢构件外包混凝土。平面为规整的矩形，很好地满足了办公建筑的功能要求;简洁的外观充分发挥了钢结构的特性，完全符合钢结构的材料与结构技术要求;高耸的外观没有多余和虚假的装饰。这一切都反映了20世纪大工业时代社会、文化、生活方式的特征和科学技术的进步，从而也使现代建筑的理念与风格完整地形成。

中国的历史与社会也同样在发展中前进，尤其是自改革开放以来，加快了经济发展和城镇化建设，中国的现代建筑也得到了空前的发展。如1998年落成的上海金茂大厦(如图1.11(a)、(b)所示)有88层，总高421米。该建筑不仅反映了上海社会、科技、经济发展所取得的巨大进步，同时还对过去的现代建筑的单调外观有所改进。

图1.11(a)　上海金茂大厦鸟瞰

图1.11(b)　上海金茂大厦立面及剖面