科普-中华学生百科全书-第484章
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我国是最早应用悬索结构的国家，我国利用竹索造的桥在《前汉书》中
已有记载。北宋时期，四川灌县安澜竹索桥横跨岷江之上，长达 344 米，共
分 8 跨，最大一跨为 65．6 米，用 10 根 16．5 厘米直径的竹索组成。我国云南
景东附近兰津桥，建于公元 58～75 年，用铁链造成，横跨澜沧江，跨度达到
82 米，而西方最早出现的悬索桥是公元 1515 年，比我国落后 1000 多年哩！
悬索结构广泛应用于体育建筑。美国的阿拉美达体育馆，就是一张像蜘
蛛网那样的圆形的钢索网，直径为 128 米，外环设置了 32 根钢筋混凝土支柱，
内环直径为 13．8米，内、外环设置了96根钢绞线的辐线，体育馆可容纳15000
多人观看体育表演。北京工人体育馆的双层辐射式悬索结构，外形似平放的
自行车的车轮，有上、下两张网，两张网之间有杆件相联，人类创造的“网”
到底比蜘蛛网要高明，由蜘蛛的一张网变成两张网，承载能力也比一张网要
大得多。
悬索结构，目前有单层的、双层的，有圆形平面的、椭圆形平面的、长
方形的、六边形的，有马鞍形的、双曲面形的、抛物线形的，真是五花八门，
千姿百态。
人们在建筑时，总是自觉地追求美，按照美的规律来建造，随着社会生
产力的发展和人类智能水平的提高，对美的追求和创造更丰富、更凝炼、更
富有哲理、更强调美的综合效果，在认识自然、改善自然中，科学、技术和
艺术的综合的趋势已经形成，正如加拿大学者米克教授指出：“现在，有了
一种新的创造精神，开始重建一个包括艺术、科学和技术都在内的完整而统
一的世界。”在这一方面，美籍华人林同炎成功地设计了一座曲线斜拉桥，
它如众多的“蜘蛛丝”拉着一片细长的树叶一样，构思之独特、工程之巧妙、
造型之优美受到全世界工程技术人员的好评，获得了全国第 26 届优秀建筑比
赛一等奖，被誉为“结构工程与美的理想相结合”的典范。
林同炎设计的曲线斜拉桥位于美国加利福尼亚州的一条狭谷河流上，两
岸山高陡峭，谷深流急，若是采用一般直线形桥，则两岸引桥要挖去大量山
崖，假如采用抬高桥面的方案，虽然避免开挖山崖，但引桥很长，两者都会
使工程造价昂贵。而林同炎先生设计的曲线形桥，很自然地与两岸线路联接，
达到桥与路的有机结合，正如长虹卧波，复道行空，天堑变通途。这桥另一
个特点是采用很多斜拉的索，直接固结于两岸山崖上，一根根斜拉索交叉网
胜似蜘蛛网，奏出一曲美妙的“蜘蛛网”畅想曲。
奇异的螺旋形建筑
你知道江河湖海里有多少螺吗？它们有滇螺、骆驼螺、天狗螺、万宝螺、
马蹄螺、笔螺、凤凰螺……真是数不胜数。
你知道哪里有螺旋线吗？自然界中到处都有螺旋线：所有有回旋形贝壳
的软体运动——螺，都有螺旋线；蜘蛛以螺旋形结网；牛角按螺旋形生长；
向日葵的花子按螺旋形排列；人的内耳耳轮也是螺旋形的。
螺旋形往往是建筑造型的母体，而螺的外形也是建筑师构思的素材。海
滩上各种各样的海螺、贝壳，在波涛汹涌的大海中为生存而搏击，自然的优
化形成了它们优美的螺旋线。当前，“回归自然，崇尚自然”已成热门话题，
所以，一批直接模仿螺的外形的建筑也应运而生了。
我国北国海滨旅游胜地北戴河，有一座可以登高观海的“碧螺塔”，塔
的上部三层模仿海螺壳的十二瓣螺旋，形成层层起翘的挑檐，在海滩的“碧
螺塔”上观看碧螺的家，不是更具有诗情画意吗？我国东南大学齐康教授设
计的福建省长乐度假村小岛上的海蚌塔和大厅，虽然并非直接模仿海蚌，但
却体现出艺术的“神似”，内涵之中蕴藏着海蚌、海螺的螺旋美。印度尼西
亚雅加达泰曼公园有一座金蜗牛电影院，其外形像一只蜗牛，在“蜗牛壳”
中看电影情趣盎然。
世界建筑大师赖特设计的美国古根海姆博物馆，它是倒置的圆锥螺旋线
的外形，参观的人流由中央电梯直送至顶层，然后让他们由螺旋形的楼梯到
各层参观，博物馆由上至下层层缩进，造成既连续又有变化的空间；参观过
程中，博物馆建筑的本身就使参观者产生动态的韵律感。新加坡圣淘沙海上
旅馆高 15 层，采用涡旋螺线的海螺形，整个旅馆像一个雕塑品，而且具有动
态感，真是美极了。
1920 年，前苏联建筑师塔特林曾设计了“第三国际纪念塔”，采用螺旋
形，曾轰动一时。80 年代，美国建筑师海蒙特设计了“太平洋之塔”，高达
548．6 米。高塔由螺旋形结构和中央桅杆组成，像一棵大树爬满了螺旋形上
升的藤，象征着太平洋沿岸国家欣欣向荣、蒸蒸日上的气象。“太平洋之塔”
是作为卫星通讯的地面接收站，意味着太平洋沿岸各国信息的交流、文化的
交流。
随着高层建筑的崛起，在高层建筑中采用螺旋形也日益增多。在 1968～
1972 年，意大利建筑师尼柯莱特和马斯曼塞设计了由三个涡旋螺丝组成的涡
形螺旋摩天大楼，高达 540 米，其核心是由三个桅杆组成的筒状体，具有力
度感和时代感，美学造型精美绝伦。
螺旋线，奇妙的曲线，优美的曲线，“生命的曲线”。它像对数螺旋线
那样，盘旋扩大而上升至远方、更远方，以至无穷，向下盘旋而缩小，又无
法找出其出发点。自然界的一切，都像螺旋线那样的美；自然界的一切，都
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
