01 | 卡拉特拉瓦其人
西班牙建筑师圣地亚哥·卡拉特拉瓦（Santiago Calatrava Valls）1951年出于西班牙瓦伦西亚，先后在瓦伦西亚建筑与艺术学院和苏黎世联邦高工(ETH)就读，1981年博士毕业后成立了自己的建筑事务所，仅仅十年后的1992年便获得了IStructE 金奖(结构工程师最高荣誉之一)。
卡拉特拉瓦是当代少有的拥有建筑师和结构工程师双重身份的大师级人物之一。他的作品打破了传统结构稳固的形态，常常以动感的、雕塑般的形式表现，特色鲜明。。他设计了威尼斯、都柏林、曼彻斯特以及巴塞罗那的桥梁，也设计了里昂、里斯本、苏黎世的火车站，以及2004年雅典奥运会主场馆，被业界誉为“建筑诗人”。在卡拉特拉瓦的线笔下，没有生命力的建材聚合成了某种跃动的生物。
02 | 卡拉特拉瓦的结构设计思想
所有的物体都受到各种力量的作用，抵抗力量以保护物体形态的物质，便称之为结构。一般意义上来说，形态的保持是物体功能存续的先决条件，而建筑结构的设计是为了服务于设计的空间、满足特定功能而进行的必要性步骤。然而，在卡拉特拉瓦的建筑作品中，同时塑造了建筑的结构体系与物质特征，使得冰冷的结构向着更加诗意的方向发展。
建筑设计最为重要的是对差异性的要求，最为关键的设计思想是为人们提供一段生动的空间体验。或是一种特别的生活方式。建筑设计本身也逐渐接近于一套语言体系的营造——而语言是一种典型的精神活动符号。卡拉特拉瓦的设计中，功能、逻辑和经济性不再成为决定建筑结构形式的唯一基础，文化、情感、信息等元素的融入，使得建筑的结构体系充满了智慧的表达。
1、“情感移入”
卡拉特拉瓦将设计建筑看作一种带有感情的创造过程，在设计中提倡一种主观能动性。在他的设计中，艺术的意志与非物质化思想已经成为了建筑的本质。
“一个完美的创作只会被转换为美，当我们自己把美像盛名一样灌注于建筑时，这种生命就具有了自己的呼吸，从物质实体中获得自由。”
’感情移入‘思潮提倡认识自然，并把某些类似于人类对自然的感情带入生活。承认创作者的突出地位这使得建筑师把这种倾向贯注于他们的建筑物，并带有他们自己的生活特点。例如，卡拉特拉瓦的结构设计常常融入地中海的生活体验。
雅典奥运会体育馆设计方案中可以清楚地看到这一点，这个被称为’奥林匹克梦想“的体育馆建筑的设计灵感来自于中世纪的拜占庭建筑。两只半透明玻璃钢制弯顶横跨球场上空，半透明玻璃悬于座位区之上，可以让阳光进入又可以阻隔热气。蓝白色的基调源于爱琴岛的阳光，卡拉特拉瓦希望这个有钢混凝土、看得见风景而且带普雅典之光的建筑能给人留下难忘的映象。
2、光与结构交错
“光”常常成为卡拉特拉瓦凸显结构形式的重要手段。例如瑞士沃勒恩高级中学的入口大厅设计——木制的圆形屋顶结构被辐射状的分割成若干个v字形形状，使得原本单一的圆形空间变得开敞、自由。光从圆形屋顶的后方进入，反射到背后的三角形折角部分，使得光线背后的结构仿佛消失了，整个屋顶悬浮在内部空间之上。
再比如芝加哥奥黑尔机场扩建方案，卡拉特拉瓦希望打造一个公园般充满活力的综合体，并以引人注目的高耸贝壳状屋顶元素，作为奥黑尔下一历程中的唯一象征。
虽然设计中常常倾注非理性的情感，卡拉特拉瓦的建筑仍旧不乏一种理性之美。他的设计中，从来不会单纯的将结构作为冗余的装饰性元素，也不会通过虚假的结构外壳包装空间。卡拉特拉瓦的结构是优美、复杂同时朴实的。结构清晰的可读性，赋予了设计另一重感染力。
1、古典建筑的启示
在卡拉特拉瓦的建筑结构设计中，我们不难看出他从西方古典建筑结构中所汲取的设计灵感。例如在建筑结构体系上有所突破的哥特建筑是他贯注的焦点之一：我们可以看到在他的许多作品中有些结构构件类似于哥特式的’四分肋骨拱“体系，哥特建筑的发展原本就来源于结构的飞跃。在卡拉特拉瓦设计的加拿大BCE广场中可以清晰的看到这种设计表达。
2、简单的力学原型
为了达到同一个目的，可以遵循不同的受力法则与结构模式的组织，这也是卡拉特拉瓦进行建筑设计时常常采用的切入点：不同的结构组合方式，创造出不一样的空间形态，影响着建筑空间的形成和发展。
【迪拜世博会阿联酋馆】
3、优化的设计观
优化就是通过寻找一个最小代价取得最大效益的结构系统，而探寻这个优化的“临界点”，往往能让建筑获得最为极致的美感。虽然当代数字技术的发展使得大量模拟甚至自动生成设计的软件得以推行，但这种设计观念却有着恒久的历史。
卡拉特拉瓦的设计中，常常将结构各组成部分分割开来，使得结构系统的功用变得更加清晰。但这种优化往往基于经济性与美学特征的综合考量，并针对每个设计进行专门配备。
例如得到广泛运用的结构体系 “人形支撑”。在苏黎世斯达德霍芬车站的设计中，卡拉特拉瓦除了考虑火车站本身的复杂功能和它与城市文脉的联系之外，尝试着运用了人体与解剖学的概念。在从人体的姿态研究中，借鉴了人体中张开的手的概念。
此外，值得一提的是“倾斜拱”的灵活应用。在标准的拱桥纵剖面中拱是垂直于地面升起的，桥面没有偏心荷载，于是根本没有必要去抵御桥身路面所形成的扭矩。但卡拉特拉瓦在设计这些桥梁时则大胆的采取了非对称布局。
【毕尔巴鄂步行桥】
对此他解释说:“我们充分考虑扭矩的作用，抵御扭矩后形成的不对称布局使我能够强调桥梁与周围城市之间或者水流的方向，甚至是与太阳的方位的关系。它使我更加自如地去把握桥梁的造型使之融入周围的城市景观中。“
在卡拉特拉瓦的设计方案中。建筑形式常常是作为一种基本的原始构思而产生的，而且这种原始构思往往从有机体转换而来。卡拉特拉瓦认为，如果用非常复杂的概念来解释建筑那是非常荒唐的。这或许会让我们联想到同为西班牙的著名建筑师高迪。不过，高迪的建筑纯粹的基于自然生命体千变万化的逻辑，超脱了建筑材料的限制，具有更加有机、自然同时流动的形态。
而卡拉特拉瓦的设计中，仿生的运用却更倾向于“骨骼“。框架体系的搭接与延伸甚至结构的运动性，使得他的设计综合了技术的光芒，同时具有更加清晰的秩序性。“在自然界中，你可以找到一些法则它们能够应用到建筑设计上，这些法则包括生命有机体如何改变自己的形状生长和移动”。
1、植物的生长
卡拉特拉瓦的建筑常常关注其与整个生态系统的关系，以使建筑可以成为整个生态系统的一员。例如瓦伦西亚艺术科学城的科学馆，设计灵感来自于大自然，以不对称的连续树林和叶脉为设计理念，结构设计巧妙的诠释密林树干，挺拔强硬的纹理清晰有序。
2、眼睛的神秘
卡拉特拉瓦曾说过:‘有人曾经说过如果拉菲尔失去了臂膀他或许会成为一名优秀的建筑师。因为建筑师的作品是通过眼睛来完成的，这才是观察与判断和创造的源泉。”
例如瓦伦西亚艺术科学城的天文馆，做成了眼睛的造型。天文馆顶部是一系列密集的混凝土拱顶，庇护着球状的天文馆。通过电脑可以控制“眼睑”的开合，水中的倒影使眼睛更完整。
3、有生命的遮蔽体
他的作品中，建筑成为一种象征的意向，甚至拥有生命。
例如对生物脊柱的模仿。从最开始的设计旋转大厦开始，卡拉特拉瓦便尝试将人体脊柱精密的逻辑与旋转的动感赋予建筑形体之中。整个大楼以90度盘旋而上，像人体的躯干一样自由扭转，极富动感。
4、运动的逻辑：可变结构
他断言:“建筑绝不是静止的，相反应该说建筑是运动的物体。“这也是卡拉特拉瓦的建筑设计中最鲜明、最广为人知的特征。动态、变异和时间组成了卡拉特拉瓦建筑构思的基本观点。他认为结构设计从建筑体到构件，应该能够活动以适应各种外部条件的变化，即使其中的一点受到破坏。也会像有机体一样再次找到平衡点。
卡拉特拉瓦想通过研究来回答这样的问题：怎样才能设计出复杂的结构，确切地说是框架结构这种结构能够移动，从而能够变形，也就是说从一种形状变成另一种形状而不改变各部分接合在一起的方式，即用移动的结构去体现复杂的外观。
例如密尔沃基美术馆：和一般建筑不一样的，这个美术馆在户外部分设计了一组遮阳的百页，而没有把百页全都放进玻璃窗的内侧去。遮阳百页放在室外，如同一叶纤细的羽毛片随时跟着阳光调整自己的角度。
室内空间几乎通身纯白，卡拉特拉瓦以他对混凝土的熟练运用以最简单、最朴实的结构功能，造就了极其雅致而壮丽的美。
以及世贸中心交通枢纽的设计，白色建物外观矗立在金融区世贸中心1号大楼等摩天大楼之间，突出的造型获CNN评为2016年9大新地标之一，设计灵感来源于一幅“从儿童手中放飞的鸟”的绘画。
03 | 在设计中可以如何应用呢？
通过这些分析，相信大家已经认识到了设计中结构设计的重要性，并且和小编一样，沉醉于结构的力学与美学特征之中。那么，在设计中，我们如何应用这一方法呢？
其实很简单，简单的总结来说：
在日常学习中对建筑的结构体系保持好奇和敏感。
从结构的组织方式中寻求变化。同一力学目标可以有不同的实现方法，不同的材料，也具有不一样的美学特性。
从生物体中获取智慧。例如上文提及，生物的骨骼、植物的生长、甚至自然菌类的发展，都可以成为灵感的来源。因为，生物在进化过程中为了生存，往往已经经过了长时间的优化调整。
改变建筑空间主导与线性的设计思想。这或许是最为重要的一环，只有不再习惯于调研——空间——结构的设计方式，而将设计视作一个交互进行的、运动的过程，不断从结构与空间和功能的相互作用中优化设计，才能避免最终结构与空间冲突的局面。
例如，一个威尼斯双年展的展亭设计，就将结构看作了划分空间并且创造空间轻盈感与厚重感的关键。整个空间基于结构产生，方案设计有两个展厅，一个展厅浮在地上，离天空更近，用自然采光；另个展厅埋在地下，向土地开放，用人工采光。屋顶、支柱与基础组成的结构系统作为两个展厅相互关联的线索，同时塑造并划分内部的空间。展览的内容总是会变，要与时间对抗，展厅自身也应是艺术品。
而在艺术家楼的设计中，为了满足不同类型的艺术家对空间高度的特异性需求，选择从结构体系的视角切入设计。
一个特别的结构系统，能够使建筑在具有整体性、空间具有关联性的同时，形成感受不同的空间，从而使艺术家有更多的可能性，去选择自己创作所需要的空间氛围。关于任务书上不同艺术家所需的工作室面积，我觉得完全的一一对应可能没有必要，所以设计的是S、M、L、XL四种不同规格的工作室，不仅在使用上让艺术家能有更多选择，也为不同艺术形式之间的交流组合保留更多的可能性。
“方案分为三段，入口层和地下为公共部分，中间是工作室和居住，最顶部是展厅。工作室部分又可以由下到上分为四种类型：第一类是北面5间工作室，住宅在南面居中布置，工作与居住部分是分开的。第二类是4间工作室在角部，住宅布置在工作空间上方的夹层中。第三类是南北两面各一间工作室，居住部分在东西面。最后一层是一间的单独工作室。钢桁架作为一个独立的结构系统，从城市中穿入建筑，从上部再次穿出进入展厅，希望能让建筑在城市中呈现更开放的状态。工作室从下到上面积越来越大，同时结构构件越来越细，空间越来越开敞，感觉越来越轻。”
除了紧跟技术的发展，勇于吸收新的知识、勇于尝试新的结构体系、并且能够从力学模拟、模型探索的方向切入设计，才是领悟这种结构设计思维的最好途径。无论是在作品集的制作，还是日常的学习与设计中，尝试培养自己科学与理性的思辨能力与传统美学概念的结合，将会使我们的设计越发简洁、成熟、拥有结构感。也希望大家不会再被构造图绘制不出来、柱网对不上而困扰，毕竟，空间有千变万化的形成方式等待我们探索~
图片来源于网络；参考文献《结构的意义_对卡拉特拉瓦建筑结构形态的解析_李伟》
