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建筑學(xué)的科學(xué)：空間及其形式語言 發(fā)布時(shí)間：2008-11-19 張毓峰 摘 要 本文從形式語言對人類科學(xué)事業(yè)的重要意義切入，認(rèn)為所謂科學(xué)就是用一種形式語言對事物存在形態(tài)的解釋；進(jìn)而指出建筑學(xué)專業(yè)語言的闕如與必要性，并對我們?yōu)榇私⒌年P(guān)于建筑空間的一般形式系統(tǒng)作了概略呈示；最后通過示例的方式，對上述命題進(jìn)行了經(jīng)驗(yàn)性的驗(yàn)證。作為一種專業(yè)的基本語言，我們期望，該系統(tǒng)能為建筑學(xué)提供一個(gè)交流討論的科學(xué)的語言和理論的平臺(tái)。 關(guān)鍵詞 科學(xué) 建筑學(xué) 空間 形式語言 引 子 巴比倫塔的故事 這是“挪亞方舟”后的一個(gè)故事。洪水過后，挪亞三個(gè)兒子及其后裔在地上分邦立國。他們往東遷移，在示那這個(gè)地方遇見一片平原，并在那里定居下來。那時(shí)，天下人的言語口音都是一樣的。他們商量說：來吧，讓我們共同建造一座城和一座塔! 塔頂要通天，為了傳揚(yáng)我們的名，為了昭示天下的人……。上帝耶和華得知此事后想：既然這些人如今能做出這等事來，那么他們以后還有什么事做不成的呢？于是，上帝就變亂了他們的語言，使他們彼此無法溝通。于是，他們就停下手頭的工作，不再造那座城和那座塔了。①（圖1） 圖1 建造巴比倫塔 解 讀 語言的意義 語言是人們彼此思想溝通的工具。因?yàn)橛辛苏Z言，人們才能表達(dá)自己并了解他人的心思意圖，人們才能同心協(xié)力的去完成非個(gè)人所能完成的一項(xiàng)偉大事業(yè)；因?yàn)橛辛苏Z言，人們才能打破時(shí)空的局限，形成更大乃至無窮的合力：把人類的愿望和成就記錄下來，使人們可以跨地域、數(shù)千年的延續(xù)和傳播一項(xiàng)事業(yè)。語言是人類迄今打造的所有工具中最偉大最有價(jià)值的一把工具，籍此人類才造就了今天輝煌的文明業(yè)績。 演 繹 空間形式語言及其必要性 科學(xué)就是用一種形式語言（文字的或數(shù)字的或圖形的）對事物存在形態(tài)的解釋?？茖W(xué)事業(yè)尤如一座巴比倫塔，同樣需要科學(xué)家們的共同努力，它同樣需要一種語言。譬如數(shù)學(xué)的語言、物理學(xué)的語言、化學(xué)的語言、生物學(xué)的語言、社會(huì)學(xué)的語言、經(jīng)濟(jì)學(xué)的語言、音樂和聲學(xué)的語言、詩學(xué)的語言（詩詞格律）等等?？茖W(xué)家們正是憑籍著這種交流討論的語言平臺(tái)，奠定了各學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)，紛紛建造起一座座科學(xué)的巴比倫塔。 建筑學(xué)的巴比倫塔在哪里？如何建造我們的科學(xué)巴比倫塔？十八世紀(jì)末葉，在當(dāng)時(shí)科學(xué)思潮影響推動(dòng)下，法國人JNL迪朗開始思考這個(gè)問題：即如何為建筑學(xué)奠定科學(xué)基礎(chǔ)以及它的基礎(chǔ)是什么？他開創(chuàng)了這項(xiàng)事業(yè)，并正確地將其研究對象確立為建筑的空間形態(tài)，即將其研究目標(biāo)定格為用一種科學(xué)的形式語言來解釋建筑的空間現(xiàn)象。但是囿于思想和方法的局限，迪朗包括他的后繼者都未能完成這項(xiàng)工作。 （圖2） 圖2 迪朗的圖構(gòu)系統(tǒng) 建筑學(xué)仍處于“失語”狀態(tài)。建筑學(xué)迄今尚無真正屬于自己的專業(yè)語言，即一種用抽象圖形符號(hào)來描述建筑空間現(xiàn)象的形式語言系統(tǒng)。因此，對于建筑空間現(xiàn)象以及與之相關(guān)的建筑現(xiàn)象，人們無法作出客觀理性的解釋和評價(jià)。建筑學(xué)領(lǐng)域中的種種弊端皆由此而生。② 我的工作正是在此基礎(chǔ)上開始的。 建筑學(xué)應(yīng)該是一門以研究建筑空間現(xiàn)象為基礎(chǔ)的科學(xué)。建筑是空間的容器，空間是建筑存在的理由。建筑，本質(zhì)上是一種關(guān)于空間的建造活動(dòng)。因此，建筑學(xué)的基本問題應(yīng)該是“如何建造空間”和“建造什么樣的空間”的問題，或可將其轉(zhuǎn)換為“什么是空間的本質(zhì)屬性”、“什么是空間的形態(tài)構(gòu)造”等一系列的專業(yè)問題。③ 我們把建筑空間現(xiàn)象看作是一種類語言現(xiàn)象。這里包含兩層含義：其一，空間本身的構(gòu)造意義。即認(rèn)為復(fù)雜的建筑空間現(xiàn)象如同日常語言一樣，其本身也是一種具有構(gòu)造性的東西；其二，空間描述的構(gòu)造意義。即認(rèn)為對復(fù)雜建筑空間現(xiàn)象的解釋也可以通過一種類似日常語言簡單確切的描述方式來進(jìn)行。④ 為此，我們初步建立了一種關(guān)于空間的一般形式語言系統(tǒng)，即一種能對空間現(xiàn)象在抽象層面上作出解釋的形式化系統(tǒng)。在這里，我們把空間語言視為建筑的第一語言，把空間確立為該系統(tǒng)的構(gòu)建實(shí)體。由于建筑空間的構(gòu)成形態(tài)同時(shí)蘊(yùn)涵著使用功能、工程結(jié)構(gòu)諸項(xiàng)約束條件的可能性與合理性，空間語言無疑將成為建筑的不可再分的基本語言。 所有學(xué)科的科學(xué)體系都是以基本單位及其組織結(jié)構(gòu)兩個(gè)要素來“搭建”完成的。在我們的建筑空間形式語言系統(tǒng)中，它們具體表現(xiàn)為空間元（UNITY OF SPACE 保持空間屬性的最小單位）和空間結(jié)構(gòu)（STRUCTURE 空間單位UNIT與空間單位UNIT的關(guān)系）。除此，鑒于空間現(xiàn)象的特殊性，我們又引入了另一個(gè)特定考量：空間路徑（PATH 在空間單位中，人的運(yùn)動(dòng)軌跡與空間向量的關(guān)系）。因此，空間元U、空間結(jié)構(gòu)S和空間路徑P共同構(gòu)成我們解釋或定性描述所有建筑空間現(xiàn)象僅有且完備的三個(gè)基本考量（圖3）。⑤ 圖3 空間形式語言系統(tǒng)中的三個(gè)基本考量 作為度量事物的一把絕對標(biāo)尺，這個(gè)一般空間形式語言系統(tǒng)可用來客觀真實(shí)地記錄、描述、解釋建筑的空間現(xiàn)象，同時(shí)它也以“語言分析”的方式解析了建筑空間的形態(tài)構(gòu)造規(guī)則⑥。（圖4） 示 例 密斯、萊特和東西方建筑 形態(tài)的解釋是學(xué)科的起點(diǎn)，也是它的終點(diǎn)，自然學(xué)科、人文學(xué)科皆同。在此，我們將以空間元U、空間結(jié)構(gòu)S和空間路徑P這三個(gè)基本考量，通過一種簡單明了的方式，對建筑史上“懸而未決”的幾個(gè)建筑現(xiàn)象作出客觀、合理的解釋。 1.密斯對現(xiàn)代建筑運(yùn)動(dòng)的意義 考量參數(shù)：空間元U（圖4） 在人類建筑史上，密斯首次創(chuàng)建演繹了4個(gè)垂直界面均為“透質(zhì)”的空間元。相對于4個(gè)垂直界面均為“非透質(zhì)”的古典空間，他標(biāo)立了建筑的另一個(gè)極點(diǎn)。顯然，它最大程度地拓展了在現(xiàn)代技術(shù)條件下建筑空間的表現(xiàn)力和可能性，為后來現(xiàn)代建筑運(yùn)動(dòng)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 圖4 密斯 柏林國家美術(shù)館新館 1962－1968 2.萊特的建筑創(chuàng)作 考量參數(shù)：空間結(jié)構(gòu)S 圖5 萊特 瑪丁住宅 1904 萊特第一個(gè)解讀出西方建筑的精髓：“拉丁十字”——垂直相交的兩個(gè)具有空間向量的結(jié)構(gòu)單位（空間結(jié)構(gòu)S2）——所蘊(yùn)涵的西方建筑空間的精神，將其推演（瑪丁住宅，1904年：“拉丁十字”的二向度復(fù)合），并發(fā)展至極致（落水別墅，1932年：“拉丁十字”的三向度復(fù)合）。作為一個(gè)局內(nèi)人，萊特在無“東方建筑”參照比對情況下作此獨(dú)立判斷，尤顯其過人的智力與悟性。（圖5） 3. 對“中國建筑”和“西方建筑”的解讀 考量參數(shù)：空間結(jié)構(gòu)S 空間路徑P a.空間結(jié)構(gòu)S（圖6） 在空間結(jié)構(gòu)上中西方建筑體現(xiàn)了兩種截然不同的形式，這恰恰是對僅有兩種基本“空間結(jié)構(gòu)”的瓜分：中國建筑采用了空間結(jié)構(gòu)S1，即“平行并置”結(jié)構(gòu)；而西方建筑則采用了空間結(jié)構(gòu)S2，即“垂直相交”結(jié)構(gòu)。 圖6 東西方建筑空間結(jié)構(gòu)之比較 在空間結(jié)構(gòu)S1中，由于空間路徑穿越內(nèi)部空間→外部空間→內(nèi)部空間，外部空間作為整個(gè)空間序列中的一個(gè)有機(jī)組成部分，預(yù)示著中國人對“院落空間”的關(guān)注與向往，以及中國建筑空間“內(nèi)向收斂”特征傾向的形成與強(qiáng)化；在空間結(jié)構(gòu)S2中，由于空間路徑穿越垂直相交的兩個(gè)具有空間向量的結(jié)構(gòu)單位所組成的“復(fù)合空間”，西方人則形成了對建筑的另一種理解或觀念，即他們更多的是去探討這種“復(fù)合空間”的可能性和表現(xiàn)力。這與現(xiàn)代西方建筑師在構(gòu)筑“復(fù)合空間”上的造詣和成就不無關(guān)系。 b.空間路徑P（圖7） 在空間路徑上中西方建筑也體現(xiàn)了兩種截然不同的形式：中國建筑采用了空間路徑P1，即垂直于空間單位的空間向量；而西方建筑則采用了空間路徑P2，即平行于空間單位的空間向量。 圖7 東西方建筑空間路徑之比較 當(dāng)中國人和西方人在最初（約8千年前）對“矩形盒子”的進(jìn)入方式（空間路徑）做出了不同的價(jià)值取向之后，就決定了中西方建筑之后數(shù)千年的獨(dú)立平行的發(fā)展道路，包括上述在空間結(jié)構(gòu)的選擇與運(yùn)用上。這就好像一旦人類把基本詞語確立后，人類的詞語或概念世界的擴(kuò)展演化、走向趨勢就不可再更改逆轉(zhuǎn)了。⑦ 直到20世紀(jì)初以后，隨著全球一體化進(jìn)程的開始，中西方建筑這兩條平行發(fā)展的軌跡在空間結(jié)構(gòu)、空間路徑層面上才發(fā)生了各種方式的碰撞交匯。譬如，萊特的羅比住宅：平行并置的復(fù)合空間(圖8)、安藤忠雄的光的教堂：空間路徑P1 +空間路徑P2 (圖9)、貝聿銘的盧浮宮改建：空間結(jié)構(gòu)S1 +空間路徑P1/P2 (圖10) 圖8 萊特 羅比住宅 1909 圖9 安藤忠雄 光之教堂 1987－1989 圖10 貝聿銘 盧浮宮擴(kuò)建 1983－1989 結(jié) 語 大千世界混沌復(fù)雜而又簡單清晰?？茖W(xué)家的工作就是使混沌復(fù)雜的世界“變得”簡單清晰。 事物的構(gòu)成、事物的發(fā)生發(fā)展機(jī)制、事物的“來龍去脈”等等，其實(shí)并不如人們想象得那么復(fù)雜，它們都可以由一些最簡單的“道理”來解釋清楚的。只不過人們往往對那些簡單的事實(shí)熟視無睹，對那些簡單的道理不以為然；只不過人們往往還不善于用簡單的方式去思考復(fù)雜的事物。事實(shí)上，我們還不曾看到過有誰用復(fù)雜方式有效地解釋了這個(gè)世界，我們所看到的只是在一些簡單方式下的混亂敘述。 “建筑的本質(zhì)是空間”，這話聽起來很“老套”，但是它說得很實(shí)在。正是為了這個(gè)空間才有了界面；為了這個(gè)界面才有了材料，才有了結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，才有了實(shí)體，才有了我們稱之為“建筑”的這個(gè)東西。因此，在我們看來，人類的建筑史就是一部關(guān)于建筑空間發(fā)展的歷史。正是人類的空間意識(shí)、人類對空間的意志或欲望，才是促進(jìn)建筑不斷發(fā)展演化的真正原動(dòng)力?？臻g才是建筑的源頭活水。 我現(xiàn)在所做的就是法國人迪朗兩百年前曾做的事，區(qū)別僅僅在于他沒做成我做成了；我現(xiàn)在所做的就是迪朗之后兩百年來很多人想做的事，只不過誰也沒做成我做成了。建造一座建筑學(xué)的巴比倫塔是我們的迪朗曾為之努力的，它也將成為我一生的事業(yè)和夢想。 張毓峰 完稿于2002.5.26 注 釋 ① 參見《舊約創(chuàng)世記》第十一章 ② 無論對于建筑的創(chuàng)作、實(shí)踐、設(shè)計(jì)教學(xué)、建筑評論還是對于歷史研究，即便對于專業(yè)人員之間最淺層面的交流討論，這種專業(yè)語言都是不可或缺的。 ③ 盡管“基本單位”、“組織結(jié)構(gòu)”并非事物本身所有，但它們是人類構(gòu)筑知識(shí)大廈時(shí)所必備的兩個(gè)基本要素。 ④ 在我們看來，建筑的人文現(xiàn)象很大程度上也可以用這種物質(zhì)化的空間現(xiàn)象予以解釋。 ⑤ 這是一個(gè)“公理系統(tǒng)”，它是基于“建筑或建筑設(shè)計(jì)的本質(zhì)是空間限定的過程和結(jié)果”這個(gè)“科學(xué)公設(shè)”以及若干“基本假定”前提下經(jīng)邏輯推導(dǎo)得出的。它是自明的。限于本文篇幅和性質(zhì)，關(guān)于空間形式語言系統(tǒng)的論述及推導(dǎo)從略。它考量的是自然人（視覺與運(yùn)動(dòng)）在空間中的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的客觀空間體驗(yàn)。 ⑥ 作為一般形式語言，建筑空間形式語言也可以用來描述所有建筑空間現(xiàn)象的特征。譬如，古典建筑或現(xiàn)代建筑的空間特征、東方建筑或西方建筑的空間特征等等，并可讀出它們相互之間的差別，包括物質(zhì)性的和精神性的。由此，摒棄了通過事物間的相互比對來對事物進(jìn)行描述界定的所謂“比較法”。 ⑦ 人類的這種最初選擇是先驗(yàn)的、不可言說的。 參考文獻(xiàn) 1． Jean-Nicolas-Louis Durand, Prcis des lesons d’ architecture donnes a l’ cole Royale Polytechnique, Vol.1 (Paris, 1819) 2． Leandro Madrazo, Swiss Federal Institute of Technology, “Durand and the Science of Architecture”, Journal of Architectural Education, Volume 48, No.1, Sep 1994. 三維空間的二維表達(dá) 概念-形式系統(tǒng)與符號(hào) 形式體系是一個(gè)抽象的符號(hào)系統(tǒng)，它揭示事物的本質(zhì)和事物形態(tài)的構(gòu)成規(guī)則。象征符號(hào)關(guān)聯(lián)符號(hào) 考量什么 / 如何考量 1．自然人（視覺與運(yùn)動(dòng)）在空間中的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的客觀空間體驗(yàn)； 2．矩形的基本空間的集合； 3．垂直界面的透質(zhì)/非透質(zhì)； 空間形式系統(tǒng)中研究單位UNIT的確立 1．UNIT是研究對象的最小單位； 2．空間UNIT是研究空間現(xiàn)象的最小單位。在空間形式系統(tǒng)里，我們把它具稱為空間原型；譬如，對分子生物學(xué)而言，它的UNIT是分子而不是原子。 3．空間UNIT是一系列矩形的基本空間； 4．空間UNIT 具有兩種形式： a. 空間原型 “關(guān)閉”頂、底面，考量4個(gè)垂直界面（透質(zhì)/非透質(zhì)） b. 空間結(jié)構(gòu) “關(guān)閉”頂、底面，“懸擱”4個(gè)垂直界面； 5．建筑是這種空間UNIT的集合； 6．UNITY原始詞義：a combination or ordering of parts that constitutes a whole or promotes an undivided total effect. 7．UNIT原始詞義：a determinate quantity adopted as standard of measurement, a single thing, person, or group that is a constituent of a whole. 空間形式系統(tǒng)中的三個(gè)基本考量 1．空間元U （UNITY OF SPACE） 定義 保持空間屬性的最小單位。我們把它設(shè)定為一個(gè)矩形的、具有6界面的基本空間。當(dāng)關(guān)閉頂、底（活動(dòng)平臺(tái)）2個(gè)水平界面，考量邊界的4個(gè)垂直界面（透質(zhì)/非透質(zhì)）及其內(nèi)域垂直介體（有/無）的各種狀態(tài)，（邊界限定/內(nèi)域限定） ……它具有10種形式。 2．空間結(jié)構(gòu)S （STRUCTURE 原始詞義 the aggregate of elements of an entity in their relationships to each other 定義 空間單位UNIT與空間單位UNIT的關(guān)系。 3．空間路徑P （PATH 原始詞義 a trodden way; a track specially constructed for a particular use; the continuous series of positions or configuration that can be assumed in any motion or process of change by moving or varying system） 定義 人的運(yùn)動(dòng)軌跡與空間空間軸向性的關(guān)系。 空間界面與活動(dòng)平臺(tái) 空間元與空間單位 1． 空間元U UNITY 是研究空間現(xiàn)象或表達(dá)空間屬性的最小單位。正方形，空間無軸向性，水平界面（含活動(dòng)平臺(tái)）關(guān)閉（即設(shè)定為非透質(zhì)界面），通過對空間邊界垂直界面和內(nèi)域垂直介體的不同設(shè)定，而獲得表達(dá)不同空間屬性的10種空間基本形式。 2． 空間單位UNIT ……具有空間含義不表達(dá)空間屬性。6界面全懸擱（空間界面均不作設(shè)定）。它是用以表達(dá)空間結(jié)構(gòu)，即空間與空間關(guān)系的一個(gè)表征符號(hào)。 完全空間與非完全空間 1．在我的空間辭典里，只有完全空間、自然空間和介于這兩者之間的非完全空間； 2．完全空間 6界面完備?！?即一般意義上的建筑空間； 3．非完全空間 6界面有缺省。包括院落空間（5界面 空間形式系統(tǒng)中稱異質(zhì)空間）、巷道空間（3界面）和片墻獨(dú)柱限定空間（1界面/垂直介體）等等。即一般意義上的外部空間、城市空間； 建筑空間形式體系—— 一把解釋建筑現(xiàn)象的工具 當(dāng)我們把基本空間設(shè)定為具有6個(gè)界面的矩形空間時(shí)，其中4個(gè)垂直界面與垂直介體的不同狀態(tài)決定了人們對空間的10種基本體驗(yàn)。