The World Expo Venues Historically Applied New Building Structures

（文/圖）丁成章 高級工程師

歷史上采用新型建筑結構的世界博覽會場館

一、第一屆世界博覽會——水晶宮

1849年，在英國皇家藝術學會上，艾伯特親王建議舉辦一次大的展覽會，以向世界展示工業和藝術也可以結合起來，同時展示大不列顛的工業強國地位。1851年，正處于鼎盛時期的大英帝國，英女王邀請世界各國參加大英帝國舉辦的第一屆世界博覽會。從1850年9月到1851年1月這幾個月時間，就建造起來這個563米長，124米寬的巨大建筑物（圖1）。位于展覽會的中心部分的這座建筑物，玻璃墻壁閃閃發光，就像在陽光照射下的水晶一樣。這個成就主要歸功于設計和建造者約瑟夫·帕克斯頓（見圖2），福克斯和亨德森（來自斯梅西克的承包商、工程師和鐵工廠廠長），以及來自伯明翰的錢斯兄弟玻璃制造商的聰明才智。

約瑟夫·帕克斯頓，一個花匠的兒子，在他23歲時受雇于德文郡六世公爵，在成為著名的水晶宮設計師后被封爵，稍后他又成為一個國會議員。

至1850年，約瑟夫·帕克斯頓早已經出版了許多著名的園藝方面的書籍，但他拒絕去就任皇家花丁，選擇繼續留在德文郡六世公爵那里。他培養的維多利亞雷吉亞百大合花成為激發他在查茨沃思建造花房的靈感，據傳，他的女兒畫了一張站立的大百合花葉片圖，表明了它的支撐方式，由此而設計了用于種植巨大的維多利亞雷吉亞百合花的花房。水晶宮的設計就是模仿這個花房的。他的這一經驗允許他在10天之內理出初始設計思路。約瑟夫·帕克斯頓不到二周就畫出設計草圖，創造性的花房結構采用了苗條的十字骨架來加強放射狀的骨架。

一系列的情況擺在了展覽會面前，約瑟夫·帕克斯頓的設計是唯一可行的，因為其它投標方案其工期都太長，無法按時完成。

這一150多年前的水晶宮設計和建造就已經包含了仿生學、建筑模數、預制裝配、產業化制造、綠色生態等今天看來也是非常先進的建筑新思想。

約瑟夫·帕克斯頓早有使用木材、鑄鐵和玻璃的經驗，并且知道這些材料的長處。預制部件件和?？怂购秃嗟律▉碜运姑肺骺说某邪獭⒐こ處熀丸F工廠廠長）的現場監理相結合成全了約瑟夫·帕克斯頓，他們準時交付了水晶宮，并且沒有一塊構件的損失。這棟563米長，124米寬的建筑物，包括完全覆蓋幾株自然榆樹的十字大廳（圖3）。事實上，十字廊措施是為了保護和臨時覆蓋住場地上的大榆樹。

大部分現場建造是采用預制部件，有些是提前24小時澆鑄的。在現場測試鑄鐵柱子，并且在現場打磨和刷油欺，包括木玻璃框的加工（圖4-圖6）。

甚至臨時欄桿材料也被設計用在最終的建筑物上，所以很少有浪費。當建筑物被拆卸掉和運到悉丹翰時，破損的玻璃被重新熔化再使用（圖7-8）。

約瑟夫·帕克斯頓最偉大的技能大概是他協調工匠的能力。早在1843年查茨沃思項目中，他給年輕的維多利亞和惠靈頓公爵的印象很深。

他們驚嘆建筑物是如此的合適。約瑟夫·帕克斯頓的匠人們在晚上用火把來照明施工。

約瑟夫·帕科斯頓仰仗現代工業技術提供的經濟性、精確性和快速性，第一次完全采用單元部件的連續生產方式，通過裝配式結構的手法來建造大型空間，設計和建造了倫敦世界博覽會會場水晶宮。只用6個月就建成了長563m、寬124m、最大跨度22m、最高頂棚高度33m；約9萬m2的建筑面積（圖9）。

水晶宮是在1851年5月1日由維多利亞女王揭幕開展（圖10），在頭三個月參觀的人群差不多是一天比一天多。水晶宮展示了來自世界各地的展品，包括各種各樣的吸引人的鉆石和其它寶石、假牙、假肢、馬車、強大的蒸汽機（圖11）、皮革商品、玻璃藝術品、連續發射手槍和刀具、自動化的棉紡機械（圖12）、咀嚼煙草。

展覽會在1851年10月15日閉幕，參觀者超過六百萬人次（圖13-圖14）。展覽會取得了巨大的成功，門票收入為其它的城市項目提供了資金。在1852年拆卸掉了水晶宮，并且在泰晤士河的南岸悉丹翰重新組裝起來。

水晶宮經歷了從設計構思、制作、運輸到最后建造和拆除的全過程，是一個完整的預制建造系統工程。曾經是19世紀前半期的鑄鐵技術總檢閱之一。盡管是馬拉肩扛（圖15-17），卻首創了工廠預制構件，現場裝配的技術模式，是現代建筑（鋼材骨架和玻璃幕墻）的開山之作。1936年，水晶宮毀于員工廁所引起的火災（圖18-20）。

二、1889年巴黎世界博覽會——機械展廊

在1851年、1862年舉辦兩次世界博覽會之后，英國不想再舉辦世界博覽會了，法國馬上乘虛而入，在1855年到1900年間，先后舉辦了五次規模較大的世界博覽會。這些展出可以被看作向英國工業產品和貿易統治地位挑戰的一個國家宣言，這一點可以從每次都把機械館的結構和內容作為展出重點看出來。

為準備1867年巴黎世界博覽會，年輕的居斯塔夫·埃菲爾（Eifel）和工程師J·B.Krantz一起設計了自1851年以來所建造的最為壯觀的展覽館建筑（圖21）。

1867年以后，產品的大小和多樣化，以及國際競爭所要求的展品的相互獨立，要求展覽建筑多館化。到1889年的世界博覽會，人們已不在試圖將展品放在單一的無所不包的建筑中，維克多·康塔明（Victor Contamin）和建筑師C·L·F·杜忒爾特（C.-L.-F.Dutert）為巴黎世界博覽會設計了107m跨度的機械展廊（圖22-25）。機械展廊不僅是用來展覽機器，其本身就是一個“展出的機器”。它的內部有沿著高架導軌移動的參觀平臺，參觀者可以乘坐在上面對全部展覽品有一個全面而迅速的瀏覽。巴黎世界博覽會機械展廊對現代建筑最大的貢獻就是大部分設計都是根據理論和力學方法決定的。所采用的變截面框架和簡支于地基上的手法完全符合工程學的原理，驗證了英國人托馬斯·楊（Thomas Young）提出的彈性模量理論，創造了鋼材鉸鏈拱空前的大跨度結構空間。

公元1889年，有著豐富的鐵路高架橋設計和建造經驗的工程師埃菲爾（Eifel）與工程師努維依爾（Nouguier）、柯赫林（Koechlin）和建筑師斯特芬·索維斯特（Stephen Sauvestre）共同為巴黎世界博覽會設計了300m高的埃菲爾鐵塔（圖26）。建造的當時，當地的藝術家和文化名流們對它發起了猛烈的反對運動，著名作家莫伯桑說：“鐵塔建成之日，是我離開巴黎之日”，可是鐵塔竣工后卻成了代表巴黎形象的結構物。

三、1930年巴塞羅納世界博覽會——德國國家館

在蒙特伊克山丘上的大公園里，一批在1888年第二次巴塞羅納世界博覽會上展出的沒有激起太多的興奮的展品在1929年再次展出（圖27-圖28）。在“西班牙村”里陳列了西班牙藝術和工業產品，也有西班牙建筑紀念碑的復制品。在這次展覽會上，有一個建筑學亮點，那就是至今仍然非常著名：由路德維希·密斯·凡·德羅設計的，帶有最昂貴的材料分隔墻的現代低平頂建筑物——最優美的“德國臨時展館”——德國國家館。

巴塞羅納“德國臨時展館”是在1929年5月19日開展，在1930年1月展覽結束拆除。設計者路德維?！っ芩埂し病さ铝_，在1930年繼漢尼斯·邁耶后擔任包豪斯校長。1939年移居美國。他關于“結構”的論述非常精辟：對結構，我們有一種哲學觀念，結構是一種從上到下，乃至最微小的細節全部都服從于同一概念的整體。這就是我們所謂的結構。路德維希·密斯·凡·德羅于1927年寫道：今天，經濟因素使合理化及標準化在出租房屋中成為必不可少的因素。另一方面，我們需求的日益復雜化又要求具有靈活性。未來必須同時考慮方面，因此，框架結構就成為最適宜的體系。它使合理化的建造方法成為固定核心，那么其它的空間就可以用活動墻體分隔。我相信這樣做就可以滿足所有正常的需要。

由于當時的人們對包豪斯思想、住宅產業化等新思想還不太了解，對這棟建筑物的偉大之處還看不清楚，這是任何新生事物都會面臨的問題。但幾十年來，包豪斯思想、住宅產業化等新思想在世界范圍內得到了很快普及，人們逐漸認識到這棟建筑物的歷史和現實價值，因而在1986年，在原址又重新建造起來。

“德國國家館”充分展示了路德維?！っ芩埂し病さ铝_的這一設計思想。水平離心式的空間布局，用獨立的平面和柱子來分隔和關聯（圖29）。

盡管在它以八根柱子組成正軌方格網，以及對傳統材料的自由運用中存在著與古典主義的聯系，然而巴塞羅納的“德國國家館”的構圖卻不可否認的是至上主義和要素主義的。當時的照片顯示了它模棱兩可和難以形容的空間及材料形式。從這些記錄中，我們可以看到某些虛幻的表面感覺帶來了體積中的某些移位，例如，通過綠色玻璃屏幕的運用，出現了主要邊界平面的鏡中對應物。這些覆蓋了綠色拋光的大理石的平面有反射了固定玻璃用的鍍鉻垂直桿的主要特征。這種對組織和色彩的運用還可見之于用拋光的烏黑瑪瑙制成的內部核心平面，以及沿著有大反射面的池子的主平臺設置的凝灰色長條墻之間形成的對照中。在這里，由于凝灰石邊界墻的作用，微風吹來使水面發生的破折波紋歪曲了建筑物的鏡面形象。與此相比，“德國國家館”的內部空間，在柱子和窗戶間小柱的調節下，終結與一個封閉的庭院，其中又設置了一個以黑色玻璃襯面的反射池。在這面完美的鏡子的上面和內部，豎立著喬格·科爾比雕塑的《舞蹈者》的凝固形體和形象?！段璧刚摺肥窃凇氨Ｗo她的眼睛被陽光照射”。在建筑物內部和外部都能夠看到雕塑的《舞蹈者》。盡管有所有這些精巧的美學對比的手法，但整個建筑物只是用八根獨立的十字形柱子組成的簡單結構來支撐其平屋頂（圖30-圖33）。

在展覽會上，“德國臨時展館”絕沒有代表德國國家的作用。德國工業展覽（展覽會的目的）是放在也是由路德維?！っ芩埂し病さ铝_設計的德國電子工業臨時展館里。所有展示都是由路德維希·密斯·凡·德羅和他的合作伙伴里奇·瑞克設計的。所有的家具，包括在國家館里著名的“巴塞羅納椅”，也是由路德維?！っ芩埂し病さ铝_設計的（圖34）。

從那時起，巴塞羅那椅已成為進入藝術最高殿堂的設計經典之作，包豪斯提出的現代工業設計（ID）思想在這把椅子上得到了充分的體現。身為建筑師的路德維?！っ芩埂し病さ铝_對細節的要求完全反應在巴塞羅那椅上；椅架由兩對相交的不銹鋼架交叉而成，表面是帶有按扣的牛皮套；X形的交叉弧線和緩而優美；格子狀的皮革連續拼縫；展現了高超的縫制技術（圖35-圖36）。

“ 德國臨時展館”集中在建筑師新發明的三維空間概念上。流動、連續的空間，以及小心的考慮減少內外區別，使得“德國的臨時展館”成為建筑史上的里程碑。較少關注在路德維希·密斯·凡·德羅概念中扮演著極其重要角色的自然采光。采用很少的電燈照明和水中的倒影，以及各種各樣的墻壁和窗戶材料，路德維?！っ芩埂し病さ铝_在酷熱的西班牙陽光下創造了一個庇護所，那就是出乎意料的，由陽光作為主要的照明（圖37-圖41）。

四、1967年加拿大蒙特利爾的世界博覽會上的德國大帳篷

1967年加拿大蒙特利爾的世界博覽會是美洲大陸上最大的，吸引了最多的參觀者的世界博覽會，其費用也是歷屆博覽會中最大的。加拿大在圣勞倫斯河中間的二個島上，提供了大量的展示場地。世界博覽會展覽館的建筑風格是輕型空間骨架結構，有著精致的網狀屋頂（有桅桿的張力結構）和大玻璃圓屋頂（穹頂結構）。

大跨度有桅桿的張力結構（國內簡單稱之為膜結構，日本稱之為懸索結構、懸吊結構或張拉結構）是從19世紀懸掛橋和20世紀高壓電纜支撐設計得到靈感，采用鋼材桿子以拉力（或張力）支撐水平的屋頂表面。承受拉力的構件有剛性的桿件和柔性的鋼纜（俗稱鋼絲繩）。早先承受拉力的柔性構件是熟鐵鏈，例如很多古老的鐵鏈橋。后來采用鋼纜，再后來也有采用剛性拉桿的。更加近期的有桅桿的鋼材結構采用了同樣的原理，盡管它們的形式已經變得很不像大橋設計，并且非常清晰的展示了暴露在張力桿、水平梁和垂直桅桿之間的鋼材連接。

在張力膜結構里，鋼纜與織物膜結合，產生非常輕重量的長跨度結構。弗瑞·奧托為蒙特利爾展覽會的德國大帳蓬（1967年）（圖42-圖45）在張力膜結構的開發中是劃時代的事件。

由于杰出的，極大的白色帳篷，聯邦德國臨時展覽館優美的造型就像沙漠風愛撫著綠洲。不可否認的優美結構是有8根鋼纜支撐的，上面綁著塑料網（圖46-圖47）。

德國人六周就搭起了這頂大帳篷，速度之快，令人難忘（圖48-圖53）。

五、1967年加拿大蒙特利爾的世界博覽會上的美國大帳蓬

巴克敏斯特·富勒（Buckminster Fuller，1895-1983）是一位出身于美國的偉大的結構學家，他的名字經常與一些光榮的事物相聯系。有關他的稱號不勝枚舉，例如思想家、哲學家、數學家、物理學家、建筑家、技術專家等等，巴克敏斯特·富勒在1940年晚期，基于球形表面的三角形發明了穹頂理論（圖54）。要想理解富勒穹頂，就必須學習他的結構哲學。巴克敏斯特·富勒總是站在系統的高度去思考局部的問題，巴克敏斯特·富勒的基本思想是：雖然由局部構成了整體，并對局部非常了解，卻不一定能夠了解整體，但是如果了解了整體，就一定能夠了解局部。如果把三個正三角形的頂點和它們的每一條邊都靠在一起，就會如圖59a所示，在下面出現一個新的三角形。就是說，出現了“1+1+1= 4”的事實。三角形反應的是最小的努力、最小的系統、最小的多邊形、最小的多面體、最小的概念、最小的思考，結果當然也就形成了最牢固的結構（即三角形的穩定性原理）。巴克敏斯特·富勒的結構設計思想是“用最少的東西，做更多的事情”，“所要做的東西，要盡量的輕，輕，再輕，一克一克的減輕”。由交叉、偏移的平行圓拱系統組成的鋼材薄屋頂已經用在了飛機修理庫、大型運動場和其它的長跨度應用方面

蒙特利爾展覽會采用了巴克敏斯特·富勒（Buckminster Fuller）的網格球頂建造了美國大帳蓬（1967年）（圖55-圖57）。