自人类进入工业时代以来，随着钢铁冶炼技术的进步，钢铁开始应用于桥梁、建筑等领域，成为主流建筑材料。建筑机械化的发展与钢铁息息相关，其使用在建筑史上留下了浓墨重彩的一笔，让人们意识到建筑机械背后的工业美学，进而推动了建筑行业的发展。
在工业化程度越来越高的背景下，机器美学应运而生。机器美学的内涵有三：第一，建筑要像机器一样符合实际功能，强调功能与形式的逻辑关系，反对额外的装饰；第二，建筑可以像机器一样安放在任何地方，强调建筑风格的普遍适应性；第三，建筑要像机器一样高效，强调建筑与经济的关系。“机器”正是基于这样的理念而提出的。
建筑与机器的结合，值得探讨的是钢铁作为首选材料之一，在过去一个世纪中如何推动了建筑的美学发展。建筑机器是体现建筑理性控制与运作理念的概念，赋予建筑机器的属性，使建筑展现出形态与构件的可移动性，从而实现对环境的适应性和使用的灵活性。
钢铁对建筑业发展的贡献是不可磨灭的。在建筑师和结构工程师的大胆创新下，钢结构建筑向传统建筑“宣战”，挑战了人们对建筑和机器的认知。在这些先驱者的引领下，建筑在理论和实践上都取得了前所未有的突破。钢结构凭借自身的特点和优势，走出了一条充满希望的发展道路。
● 机械美学的出现
早在18世纪中叶，意大利版画大师皮拉内西就描绘过一幅巨型工厂场景（图1），其工业化的场景、机械化的空间完美预示了半个世纪后的工业场景，此时，机械美学的种子已经种在了建筑史、艺术史的土壤里。
图 1 皮拉内西的巨型工厂
1851年的伦敦世博会上钢结构楼板工字钢尺寸，水晶宫亮相，由钢铁和玻璃构建的巨大体量象征着工业文明的高度水平，在水晶宫中，钢铁既作为结构，又作为装饰，钢铁的线条、简单的几何形状，以及超出结构要求的优美构件，在当时引发了极大的争议：新时代的建筑应该是什么样子？当时很多人甚至不把水晶宫当成一座建筑，而只是一台巨型机器。但此后机械美学在争议中逐渐成长起来，从工艺美术运动到德国制造业联合会、包豪斯，人们逐渐接受了金属制品在生活中的广泛出现，机械美学成为现代主义不可或缺的一部分。
● 工业化背景下的建筑
随着工业的不断更新与理论的发展，机械美学在工业产品中已有体现，但离建筑还有很长一段距离。彼得·贝伦斯作为德国制造业工会的代表，贯彻了效率与经济的原则，摒弃了不必要的装饰，将建筑形态的简洁与通透作为美学。在这些建筑中，钢结构营造出清晰简练的秩序，提供灵活开放的室内空间，立面上大面积的玻璃提供有效的自然采光。由此我们可以看出，机器的严谨逻辑开始进入建筑领域，此后，钢铁作为新兴的建筑材料，开始从工业建筑拓展到各类建筑的应用，纯粹的形式得到了延续。
建筑机器的概念可以追溯到勒·柯布西耶的“房子是用来居住的机器”，他的《迈向新建筑》为建筑机器主义奠定了基础。世界大战后，大量灾民无家可归，被摧毁的城市也迫切需要通过快速高效的建造恢复昔日的活力，这为建筑机器主义带来了机遇，勒·柯布西耶提出的建筑机器概念追求功能性和经济性，精致的结构和简洁的外观给人们在面对新需求时带来了新的审美可能。在建造逻辑上，像工程师一样解决问题的逻辑也更加清晰，他的作品呈现出一种机械美和功能美。
作为现代主义大师，与勒·柯布西耶生活在同一时期的密斯，同样将机械主义的美学贯彻到建筑中。与勒·柯布西耶不同，勒·柯布西耶擅长使用钢筋混凝土，打造简洁的功能空间，而密斯则擅长使用钢材结构，营造出极其“空旷”的建筑空间。在他的代表作皇冠大厦（图2）中，我们可以清晰地看到密斯的建筑思维。在皇冠大厦中，密斯采用了他最为精通的工字钢作为结构构件，同时给建筑立面带来极为简洁的视觉效果。八根间距18m、高1.8m的工字钢梁组成四个巨大的门式刚架，支撑起2376㎡的教学空间。屋顶悬挂在钢梁之下。除了这八根巨大的工字钢梁，密斯还在这些大工字钢梁之间以3米为间隔设置了较小的工字钢柱，支撑起四面玻璃幕墙。最后，皇冠大厦实现了无柱的超大空间，室内可通过隔断墙灵活划分，其钢结构与玻璃幕墙亦体现出技术的精湛，传承了建筑机械化的美学。工字钢有着严格的模数规定，整栋建筑采用1.5m×1.5m的模数，工字钢被精准地排列在模数网格上，八根大工字钢与其它小工字钢有主次之分，在立面上呈现出清晰的秩序感，磨砂玻璃与透明玻璃的划分也十分清晰，保证了空间的通透感与室内的私密性，而自然光则将树影与工字钢的交错带入室内。
图2 皇冠大厦结构示意图
整座建筑从外到内，从钢结构到玻璃，都体现着一种机器的建造逻辑，主次分明，控制严格。密斯将钢结构的表现运用到了极致，试想一下，如果他当时没有使用钢结构，建筑内部是无法达到如此通透的效果的，墙体和柱子又会破坏室内空间的通透性和灵活性。然而钢结构自重轻强度高，可以实现大跨度无柱结构，因此可以围合出2000多平米的大空间。高强度工字钢的体积比同时期的其他材料要小得多，在建筑立面上营造出轻盈的效果和美感，让建筑从外到内充分实现了密斯的追求。这样的校园建筑背后的逻辑是工业化的生产体系，密斯让人们看到了机器生产严谨思维下秩序感所营造出的机械美感。建筑机器不仅体现在影响建筑的外观，更是建筑自诞生之日起所遵循的逻辑。
● 钢铁制造的结构机械
钢材在建筑中的广泛应用与其优异的结构性能密不可分，正是在结构稳定性的基础上，建筑的力学美学才能得以体现，在钢结构的应用中，由结构机械向施工机械的转变也经历了漫长的过程，也经受了时间的考验。
钢结构的优势非常明显，钢材强度高，同时又具有灵活性，与传统的钢筋混凝土建筑相比，强度高、重量轻、刚度好、成型能力强，其重量比砖混结构低很多。这些优势保证了钢结构建筑可以在较短的时间内完工，并且具有良好的耐久性和灵活性，可以实现无柱大跨度结构。钢结构发展初期，主要是作为结构机械使用，使建筑实现结构稳定。
20世纪20年代，在钢结构尚未广泛用于建筑时，前卫艺术家、建筑师切尔尼科夫开始对机器与建筑进行想象，完成了许多构成主义的作品。这些作品主要由三种类型组成：元素构成：（1）由线、面构成的具体现代建筑元素。线条常常代表窗玻璃和建筑物的轮廓，以极简的形式表达现代建筑的抽象美，交错的造型和线条营造出强烈的旋律感，浓烈的色彩给人以强烈的视觉冲击；（2）工厂桁架和钢结构、天线、管道等工业元素钢结构楼板工字钢尺寸，这些元素由工厂常见的结构形式变形而来，创造了一定的空间感；（3）直接用抽象的造型作为建筑单元，表达大型建筑群体的空间构成（图3）。这些元素每一个都比较简单，有的甚至是单个的方块，以鸟瞰的视角来表达，空间更宽广，整体结构也更复杂。
图3 切尔尼科夫的作品
在他的作品中我们可以看到他对钢结构的想象，并通过构图的表现，营造出巨大的空间感，而且切尔尼科夫的创作也并非完全脱离现实，他意识到了钢结构带来的无限可能，人们可以看到钢结构的直接暴露，使得他的作品就像是一个可以“站立”又可以“行走”的结构机器。
继切尔尼科夫之后，英国建筑电讯工作室更进一步，开始想象“行走的城市”（图4）。在他们的想象中，“行走的城市”是一个没有建筑的巨大结构，人们生活在这个巨大的“框架”里，钢结构为这个行走的机器提供了可靠有效的支撑，建造出一个又一个庞大的结构机器。建筑电讯工作室以机器为出发点，构件、设备是硬件，人是软件，硬件按照软件的意图运行，最终建筑本身将被硬件取代，走向非建筑。他们提出的“去建筑化”观点在当时引发了争议，建筑成为了单纯的结构机器。但与此同时，他们的前卫观点也引发了人们的思考。如果钢结构作为结构机器能够满足人们的生活需求，那么建筑的存在与结构机器有什么区别？在此基础上，建筑师进一步探索和思考了建筑、机器与人的关系，为后来建筑机器的发展奠定了基础。
图 4 Archigram 的“步行城市”
● 从结构机械到工程机械
从20世纪初到20世纪中叶，钢结构一直扮演着结构机器的角色，要从结构机器走向建筑机器，建筑师需要不断探索和发现钢材在建筑结构之外的更为广泛的用途。
在这一改造过程中，蓬皮杜中心（图5）扮演着重要角色。蓬皮杜中心建筑面积十余万平方米，6层的艺术中心四周都是裸露的钢管和各种金属构件。建筑中心净跨度44.8米，加上两边6米的服务空间，总跨度56.8米。为保证室内空间无柱，建筑外侧使用了28根柱子。同时，桁架主梁采用短悬臂梁支撑，短端支撑主跨的桁架梁，受压提升的细长端由固定在建筑底部的拉杆紧紧握住。结构自重轻、强度高，使超大跨度的建设成为可能。
图5：蓬皮杜艺术中心结构示意图
蓬皮杜中心对钢结构的表达不仅仅是结构性的，已经体现出了结构机器的特点，精准、精密、极度工业化，此外，它进一步实现了艺术中心外观虽然裸露，但并不让人感觉像一台工业机器那么冰冷、严肃，大小不一的钢构件保留了一台机器的严谨秩序。此外，最吸引眼球的是建筑立面通过鲜艳的油漆装饰展现出活泼的个性，而这些缤纷的色彩之下又蕴含着一定的规律，比如空调管道是蓝色的，水管是蓝色的，主管道是绿色的，电力管道是黄色的，扶梯是红色的，这些管道的粗细和大小也各不相同，因此建筑向人们展现出了丰富多彩的一面，而不像传统工业建筑那样枯燥无味。
可以说，蓬皮杜中心在传承结构机器的基础上，将建筑美学融入到了表现中，让钢结构在建筑本身的结构功能之外有了更丰富的表现形式，成为建筑美学的一部分。
进入21世纪，钢结构在建造机器方面获得了更多的可能性，法国事务所Bruse Architecture在保留传统建筑机械化的同时，对其进行了进一步的拓展和研究。建筑机器依然是简单、醒目的建筑形态，但Bruiser Studio将机器的概念纳入了时间的维度，关注建筑中构件的运动过程，将建筑机器的概念融入结构之中，并在此基础上开发出气候机器、功能机器。
在安格雷萨拉展馆，布鲁塞尔设计了可开启的立面（图6），轻质的钢构件和玻璃构件让立面可以像机器一样移动，体现了新时代的机械主义。
图6 安格雷萨拉展馆的可开启立面
布鲁塞尔还对功能机器做出了独特的回应，充分利用了钢结构内部空间的灵活性和适应性。传统的建筑机器按照楼层和隔断来划分空间，而布鲁塞尔让室内空间在时间的流动中保持了灵活性。在用钢结构建造的超级L住宅项目中，通过放置“预期楼板”，可以满足不同适用群体对于空间大小的需求，改变建筑容量，同时调整建筑内部的面积，使其在“运动”中（图7）。钢架带来的透明玻璃界面创造了开放的公共空间，同时保证了通风和采光，让自然光的运动也参与到了建筑机器的构成中。
图7 超级L住宅预期楼层系统
布鲁塞尔的建筑设计完美契合了他们以“时间”介入的建筑机器新时代理念，将人与建筑空间的流动视为整台机器运转的一部分，创造出独特的理论并付诸实践。钢结构所创造的灵活空间带来诸多可能性，同时，除了结构之外，钢材还可以在建筑中挖掘更多潜力。
● 结论
纵观建筑机械理论从诞生到如今的发展，其内涵已经极其丰富，而钢结构的运用也作为其发展的见证者延续至今，向人们展现机械美学。这是一个打破传统，不断完善的过程，建筑的美学与发展发生了重大的变化，钢铁最初只是作为建筑中的结构材料，随着理论与实践的发展，我们可以看到建筑机械已经不再仅仅体现在建筑的外观上，更体现在机械的核心，也就是严谨的逻辑与科学的逻辑下的运动，钢铁的特性，尤其是其强度高、重量轻，为建筑师实现机械梦想提供了强有力的保障。
建筑机械的未来还有很多可能性，机械性体现在使用者与建筑的互动中，这是人与建筑的对话，随着科技的发展，建筑材料也在不断更新，而钢材一直以干净简洁的形式向人们展现着建筑机械的机械之美。
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