€€鸟巢与建筑

鸟是春天的使者、人类的朋友，它不但有鲜艳的羽毛，婉转的歌声，还有被誉为“天然艺术品”的巢。在法国民间流传着这样一句谚语：“人类除了鸟巢之外什么都能制造出来。”可见，这个天然艺术品不但漂亮，而且巧夺天工，是一种不朽的大自然杰作，是人类建筑构思时取之不尽的创作源泉。

那么，什么鸟的巢最精美呢？

鸟巢精美之最要首推织布鸟编织的瓶状巢了。它撕取长条的树皮纤维，像织布工人那样用它那灵巧的嘴和脚，穿针引线，并不时地打结打扣而成坚固的编巢。编巢时，一般先由雄织布鸟编织巢的主体，并以此作为向雌鸟求爱的资本，经炫耀求偶成亲后，由雌织布鸟编织巢的细部。织布鸟的瓶状巢像一个曲颈瓶，悬挂在树梢，出入口在旁边。织布鸟就住在随风飘荡、逍遥自在的“家”里生儿育女。编巢时有时遇到大风，织布鸟还会衔一些泥团来“镇风”呢！什么鸟的巢又最大呢？

鸟巢容积之最要首推秃鹫。美洲有一对秃鹫共同生活了36年，在一场大风暴中，筑巢的大树被掀倒，人们才有幸见到了它们的“家”，经测量得知：鸟巢直径2.74米，深6.1米，整个鸟巢共重两吨哩！什么鸟的巢最科学？

鸟巢科学之最要首推澳大利亚、新几内亚和东南亚一带的营冢鸟了，它们的巢能产生恒定的温度34℃～35℃，是雌鸟孵化蛋的理想产房。

营冢鸟用粗壮的两腿挖掘一个大深坑，在坑内填上落叶，又填上泥土和砂，有的竟高达5米，土丘周边长50米，为了造巢得花上几个月的时间哩！过了一段时间，树叶腐烂，温度开始升高。那时雄营冢鸟经常来测量巢内温度，它挖开表层，把翅翼下部无羽的部分贴近腐土堆，或者把头部和上半身都钻进洞穴内，啄出土堆深处的砂子测量温度。当巢内温度达到35℃左右，它们挖一个深洞，雌鸟就在深洞里产下第一枚蛋，雄鸟使蛋大头朝上，以便雏鸟容易出壳，并用砂子盖好第一枚蛋。经过2～4天，雌鸟又产下第二枚蛋。

这样一直下16～33枚蛋。然后雄鸟连续10个月精心守护着这个特别的产房。

当温度超过35℃时，雄鸟就挖通风洞降低温度，但到了晚上又匆匆把通风洞堵塞以防止热量散失；当温度低于35℃时，就向土冢琢敷砂土。

鸟巢有如下几大特点：鸟巢结构巧妙。鸟巢结构巧妙的可多啦。缝叶莺生活在我国最南部的山林中，它选取芭蕉、葡萄藤的大型叶片，将叶片卷拢，雌鸟用嘴在叶缘相距1～2厘米处，钻上一个个小孔，然后用树枝纤维、蜘蛛丝和细茎等，从一个小孔穿出，又从另一个小孔穿入，并随时在孔外打结以防松扣。缝叶莺这样嘴、脚并用缝成了窝，又用绒毛、棕毛等柔软的东西垫底，舒适的鸟巢就这样建成了。

“衔泥两椽间”的燕子，在田间地头湿地处啄出湿泥丸，双双衔回椽间，逐一堆积，又配置干草、草根、羽毛等，经一周左右而成“泥碗”巢。有一种燕子叫金腰燕，它能筑成长颈瓶那样的泥巢。还有一种燕子叫楼燕，它口腔里能分泌出很粘稠的唾液，与泥丸、草棍掺合，筑成表面透明的巢。楼燕的近亲金丝燕，它纯粹用自己的唾液筑巢，那就是高档宴席上的“燕窝”。

鸟巢用材巧妙。鸟巢用材之巧妙也不胜枚举：燕子用泥做巢；麻雀以干草做巢；鹰用粗大的树枝做巢；黄莺用树皮、麻以及草做巢；寿带鸟以树皮和草外面缠蜘蛛丝做巢。

红尾伯劳为了得到细如毛发的树皮纤维筑巢，要花很长时间侦察森林中理想的树，然后一条条撕下成一束运回，尤其是楮树，由于树皮质地细致而纤维长，嫩枝又多而易于剥皮，是红尾伯劳筑巢的理想材料。

鸟类筑巢，一般就地取材，有时还采用人类使用的材料，在郑光美所著《鸟之巢》中，记载着1957年作者在吉林省桦皮厂火车站附近大树上发现的4个喜鹊巢，其外壁几乎全是用粗铁丝编成的。

鸟巢选址巧妙。猫头鹰和野鸽在岩石缝内筑巢；翠鸟以吃小鱼为生，在岸边土崖啄穴为巢：啄木鸟以树洞为巢；老鹰、白鹳以大树顶为巢；苇莺在苇茎之间用长的草叶在高出水面1～1.5米处做巢；骨顶鸡在芦苇与蒲草丛中筑巢，将草茎弯折搭编而成饼状巢，巢随水浮沉。

鸟巢一般筑在地面或草丛中，往往极为隐蔽。柳莺的巢选择地表有枯枝落叶的地方，或选在山间小溪旁，以苔藓、树皮伪装。据国外资料，鹪鹩的雄鸟建造很多的巢，而与雌鸟成婚后一个也没有用上，用的是雌鸟的巢，这也可能是为了安全的疑兵之计吧！乌巢的选址，巢口是有讲究的。郑光美先生对吉林省21个喜鹊巢做了观察，发现绝大多数朝向西南，与当地背风向一致。日本某地喜鹊巢的巢口，多数朝北或东南，很少朝西，这不但有风向问题，还有日照问题。

鸟是天才的建筑师。织布乌会编织树皮成巢，缝叶莺会缝叶成巢，燕子会用泥丸垒成巢，营冢鸟能造出恒温的巢，骨顶鸟会造浮巢……鸟为人们展现了无与伦比的建筑艺术品。在科学发展一日千里的今天，建筑的造型、设计、计算、用材、施工、选址等都有待于创新与发展，鸟巢不正是我们模仿、借鉴、学习的好榜样吗？

中国古代书载“有巢氏”，说明人类最早也曾像鸟那样巢居树上，后来由树上下来定居，在地面上造起了房子。而建筑的发展，跨度越来越大，高度越来越高，说不定人类又会像鸟儿一样，重新居住在人工造成的“大树”上呢！鸟巢真是一个大自然的谜，而这个谜正有待于科学家去揭开。大自然存在着多少个谜呀！它正如希腊神话中的大神使者赫尔墨斯，变化无穷。美国学者瓦尔特·麦勒斯说：“自然正如生命一样创造了各种形式。她美妙地把样式和协调赋予她亲手创造的各种元素，赋予她使之生气盎然的各种力量中。因此世世代代的人类总是喜欢把她看做是神性的艺术创造，是一位不可捉摸的、变化多端的赫尔墨斯。”建筑，正面临着困境，时代的要求是大跨度、大高度，安全、经济、美观而适用，欧美等各地的学者正转向对大自然结构形态的研究。德国斯图加特大学著名工程师、学者f·奥托出版了《自然——知识——建筑》、《自然建筑》、《建筑师的自我修养》三本专著。德国学者收集贝壳、海螺、蛛网、龟背、骨骼、头颅、叶脉、树枝以及昆虫标本等，并考察山川地形、原始建筑、山洞蚁穴、细胞构造后，提出的专题报告有最小网格、生物学与房屋、自然界和技术领域中的网格、自然和技术领域中的薄膜与薄壳、形态与力的性质的基础、藻类植物结构等。

一门仿生建筑学正在兴起。近几年来，德国学者k·鲍契进行了大量皂膜系统试验，为薄膜结构提供了合理外形的根据。美国女建筑师a·卡苏巴仿造野居山穴，采用pvc塑料薄膜，它的造形形态万千而又新颖、离奇、别开生面。美国学者w·斯法特里研究自然的优化并应用于分析建筑的连续力学之中。美国学者m·哥尔斯密斯综合分析了166个已经建成的大跨度钢结构（其中最大跨度为230米），从自然的优化中得出，不同的跨度应采用不同的空间结构，为合理采用建筑结构的形式闯出了一条新路。

€€青竹受力的启示

文人墨客喜欢竹子的虚心，科学家喜欢竹子的“腹中空”。竹子的节节上升而成材，成功的秘诀正是竹子的“腹中空”。

力学的奠基人——意大利科学家伽利略曾经对中空的固体做过研究，他在《关于两门新科学的对话与数学证明对话集》说道：“我想再谈几句关于空中或中空的固体的抗力方面的意见，人类的技艺（技术）和大自然都在尽情地利用这种空心的固体。这种物质可以不增加重量而大大增加它的强度，这一点不难在鸟的骨头上和芦苇上看到，它们的重量很小，但是有极大的抗弯力和抗断力，麦秆所支持的麦穗重量，要超过整株麦茎的重量，假如与麦秆同样重量的物质却生成实心的而不是空心的，它的抗弯和抗断力就要大大减低。”“实际上也曾经发现并且用实验证实了，空心的棒以及木头和金属的管子，要比同样长短同样重量的实心物体更加牢固，当然，实心的要比空心的细一些。人类的技艺就把这个观察到的结果应用到制造各种东西上，把某些东西制成空心的，使它们又坚固又轻巧。”一般竹子的横向截面，直径为6厘米，壁厚为0.5厘米，假如把竹子做成实心的，则其抗弯能力是原来的1/10，由于竹子是细长的承受自身重量的受压杆件，假如把竹子做成实心后，在自身重量的压力下它会摇摆不定而失去平衡。由于竹子品种的不同，生长的高度也不一样。毛竹可以参天，但把毛竹做成实心的，经科学计算，只能长到高梁杆那样高。

根据力学原理，一根杆件在其横向截面，应尽可能把材料向周边分布，正由于这样才形成了中空，而且，越是优质材料越是向边缘布置。竹子就是这样，竹子的表面呈现出青色的叫竹青，往往是竹编的好材料。

竹子的“腹中空”，增大了抗弯和抗断能力，而且降低了自身重量。任何植物，除了抗风以外，主要是抗衡自身重量。德国有一句谚语：“大自然很关心，不让树木长到天顶。”树木之所以长不到天顶，是受风力和自重的制约，竹子之所以有现在的高度，功劳完全归于“腹中空”。仔细观察自然界，像竹子那样“腹中空”的植物还真不少哩，如麦子、高梁、玉米、芦苇等。

文学家歌颂竹子的气节，从力学的角度来说，竹子的竹节是抵抗横向剪切的关键，是竹子强度有机的部分。农业上小麦减产主要原因之一是“倒伏”，那是小麦返青拔节时，由于雨水过多，生长迅速而拔节快，形成节与节之间间距大，减低了麦秆的抗剪能力，头重脚轻杆软倒伏于地的缘故。

一个建筑，都是由很多杆件组合而成的，有的杆件承受压力，有的杆件承受拉力，有的杆件承受弯曲，有的杆件承受剪切，有的杆件承受扭转，有的杆件承受以上几种情况的组合受力。对于长而细的承受压力的杆件，它的破坏并不是由于强度不够而折断，而是由于不能保持原来的直线而偏移，虽然没有折断，但偏移而离开了原来直线位置，同样会导致整个建筑的破坏，这种现象在科学上称为“压杆失稳”。

压杆失稳在建筑上产生过很多严重事故：1907年加拿大魁北克的圣劳伦斯河上的钢桥，当时正在架设中间跨桥梁时，由于悬臂钢桁架中个别受压杆失去稳定产生屈曲，造成全桥坍塌；1925年，前苏联的莫兹尔桥在试车时，也是受压杆件失稳而破坏；1940年，美国的塔科马桥，刚完工4个月，在一场大风中，由于侧向刚度不足而失去稳定，使整个桥梁扭转摆动而破坏；美国东部康涅狄格州哈特福市中心体育馆，能容纳12500人的大跨度网架结构，于1971年施工，1975年建成，在1978年的一场暴风雪中倒塌，事故的原因也是个别压杆失稳。

面对着自然界中的狂风暴雨，青竹节节上升，自然优化，适者生存，合理受力，给人们带来了众多的启示。

€€仿蛋建筑

鸡蛋能承受多大的力？

人们有时会打赌——谁能用一只手把鸡蛋捏碎？血气方刚的小伙子急着上阵，但总是一个个败下阵来。人们不得不承认，鸡蛋能承受很大的力。

鸡蛋受力，原来为业余科学家所青睐。

英国消防队员为了试验鸡蛋的受力，把一辆救火用的消防车停在草地上，伸直救火梯子，消防队员从离地21米高的救火梯顶端向草地扔下10个鸡蛋，出乎意料的是只破了3个。

英国皇家空军飞行员也对鸡蛋能承受多大的力产生了兴趣，他们把直升飞机停在离草地46米高的空中，向草地扔下18个鸡蛋，结果也只破了3个。

英国《每日快报》的工作人员，干脆租了一架军用飞机，以每小时241公里的速度向飞机场俯冲，在俯冲中投下60个鸡蛋，结果破了24个。

以上是用鸡蛋所做的动力冲击试验。在静力作用下，鸡蛋可以承受更大的力。

记得有一年中央电视台春节联欢会上，有一女孩表演踩蛋，女孩两手各提一桶水，双脚踩在4个鸡蛋上，鸡蛋安然无恙。

1989年，日本爱知县的春日井市先生，在汽车前轮各用34个鸡蛋，后轮各用52个鸡蛋，总共只用172个鸡蛋支承起了一辆大卡车。

根据国外资料介绍，当鸡蛋均匀受力时，可以承受34.1千克的力呢！鸟类的蛋具有如此大的承受力，是与它特有的蛋形曲线和科学的结构分不开的。蛋的结构有三层，外层为表皮层，又称闪光层，中层为海绵层，内层为乳头层，不同的鸟类具有不同的三层显微结构。

蛋壳中，主要成分是碳酸钙，约占89%～97%，另有少量的盐类和有机物。

应该说，真正的蛋壳成分仍然是一个谜，还需人们进一步探索。在蛋壳的成分中，只要加入或减少某一成分都会影响蛋壳的强度，而且各种成分的比例更是至关重要的。根据国外资料，在美国已经发现有20多种鸟类的蛋由于受农药的影响，而变薄变脆、降低了强度。

奇妙的鸡蛋为我们展现了以最少的材料造出最大的空间，并承受很大的力的大自然的杰作。一个鸡蛋长为4厘米，而蛋壳厚度只有0.38毫米，厚度与长度之比为1：130，以其特有的蛋形曲线塑造了它的外形。

具有曲线的外形，厚度又很薄，主要承受压力的结构在建筑上叫薄壳结构。在“山光物态弄春晖”的自然界中，像鸡蛋那样的薄壳结构是如此的丰富多彩而变化万千，有禽蛋、贝壳、蚌、螺、蜗牛、蟹、鱼子、眼球、头颅、豆荚、种子、果核等等，它们以最合理、最自然、最经济、最有效、最进步、最优美的形式竞相媲美，争放异彩。

要造出像鸡蛋那样的建筑确实不简单呀！人类在蛋形建筑史上经历过相当艰辛的过程。在文艺复兴时期建造的意大利佛罗伦萨主教堂，其跨度达到42.2米，主高度接近91米，当时的传记作家和建筑师瓦萨里热情地歌颂它与四周的山峰一样高，连老天爷看了也嫉妒。但它的厚度却只在61～78.6厘米之间，厚度与跨度之比为1：60，它并不是薄壳结构而是厚壳结构，而且它仅是由八瓣组合成的并非球形的建筑。在文艺复兴末期，意大利罗马建成了圣彼得大教堂，圆圆的球形建筑，像竖放的鸡蛋，圆顶直径41.9米，内部高123.4米，但厚度竟达1～3米，厚度与跨度之比为1：40。直到1924年，德国的蔡斯工厂天文馆才建成第一个半圆球形的薄壳结构。1925年德国耶拿斯切夫玻璃厂厂房采用了球形薄壳，直径为40米，壳厚只有60毫米，采用钢筋混凝土为建筑材料，厚度与跨度之比为1：667。

现在，像鸡蛋那样的仿蛋建筑已经很普遍了。美国通用汽车公司技术中心水塔，法国吐鲁士电子加速器实验站，我国新疆某机械厂的金工车间里像水珠似的储罐，它们都是绝好的仿蛋建筑。

€€绝美的黄金分割

1509年，意大利威尼斯人卢卡dainty帕契奥里在《上帝规定的比例》一书中，阐明了1.6181与的比值（即j=1.618），他的好友达·芬奇是当时文艺复兴的巨人，是一位物理学家、生物学家、地质学家、生理学家、力学家、工程师、机械师、军事家、画家、雕塑家、歌唱家，被誉为集科学与艺术于一身的人物，他对“上帝规定的比例”爱用另一个名称，即黄金分割，又称黄金律。黄金律被认为在构图中是最和谐、最完美的表现，是“神圣的比例”。

德国杰出天文学家开普勒说：“几何学中有两件珍宝：一是勾股定理，二是中外比。如果第一件是黄金，那第二件就是宝石。”（黄金分割又称中外比。）15世纪，意大利数学家帕契奥里为黄金分割列出了一大堆优点，他写道：“黄金分割对我们的作用是：一、实质性的，二、特殊的，三、无法表达的，四、无法解释的，五、……最后，十七、是宝贵的。”公元前300年，古希腊几何学之父欧几里德在几何学上首先提出j=1.618值，他在《几柯原本》第五卷中说：“所谓量中第一与第二之比等于第三与第四之比，是指第一与第三的任何等倍数同第二与第四的任何等倍数有如下关系：前者的等倍数必相同地大于、相同地等于，或相同地小于相应所取的后者的等倍数。”这个比例法为值的导出奠定了基础。古希腊在公元前447年至前431年，建成了举世闻名的雅典帕提农神庙，柱高与柱顶至屋顶距离之比也是j=1.618。

文艺复兴时期的“上帝的比例”，事实上是由我国经印度、阿拉伯传入欧洲的，印度传给阿拉伯之前称为“三率法”，它在我国古算术书上均有记载，《九章算术》“粟米”章一开始，就列举了各种米的出米率：“粟米之法：粟率五十，粝米三十，稗米二十七……”即5斗谷去皮，可得糙米3斗，又可臼得稗米2斗7升等等。类似的问题在《九章算术》“衰分”、“均输”、“勾股”诸章及其他古算书中均有记载，这些内容就是正比例、反比例、复比和比例分配等，由于这类问题都以“今有”二字起首，在我国古算书中统称为“今有术”。

一般认为，黄金分割来源于自然界，如鹦鹉螺的螺曲线，其构成与1.618相关。在人的身上，广泛存在着黄金分割的比例关系，成年人的腰部是人体的黄金分割点。近代建筑大师勒·柯布西埃根据对人体的分析，创立了以黄金分割为依据的人体模度图。

根据勒·柯布西埃分析，高举左手，头顶至腰的距离与手指尖至头顶的距离之比正好是1.6181与的比值，即j=1.618，由腰至足底的距离与头顶至腰的距离之比也是1.618，对于人的脸来说，其高度与宽度之比以及两眼间的间距与嘴的大小之比都是1.618，在人体中，到处都充满着1.618。正如文艺复兴时期的数学家巴奇奥里所说那样：“……所有的度量和它们的名称都来自人体，而且在人体中可以找到上帝揭示自然最深邃的奥秘的全部的比和比例。”在古希腊，人们认为人体是最美的东西，毕达哥拉斯认为：“人体的美由和谐的数的原则统治着一切。”当时雕塑家费地也说：“没有比人类形体更完善的，因此我们把人的形体赋予我们的神灵”。

人体是美的数的集合体，建筑要美，当然会自然地模仿人体的各种数及数量之间的比例关系。在建筑上有两种有名的柱子式样，古希腊人以男人的脚掌长度是身高的1/6应用到柱的高度与直径的比值上，创立了多立克柱，以女人的脚掌长度与身高的关系应用在柱子上，创立了爱奥尼柱。多立克柱比例粗壮，刚劲有力，恰如“塞外秋风骏马”，显出阳刚之气；爱奥尼柱比例轻快，秀美华丽，恰如“杏花春雨江南”，亭亭玉立如少女临风。柱式的创立，大大地推动了建筑艺术的发展。

古罗马建筑权威维特鲁威说：“建筑物必须按照人体各部分的式样制定严格的比例。”只有这样，建筑才会越来越美。

从古希腊人崇尚五角星，创立雅典帕提农神庙及柱式，到费地的雕塑品及伊特拉斯坎人的陶器，黄金分割一直为人们广为应用。达鼎芬奇应用黄金分割画出了世界名画《最后的晚餐》。意大利著名小提琴制造专家斯特拉迪瓦里精通黄金分割，制作了近千把音质优美的小提琴。数学家华罗庚将黄金分割应用于优选法，可以合理地安排实验和试验，以较少的试验次数找到合理的配方和合适的工艺条件。建筑师勒·柯布西埃以人体模度图，在长短、面积、体积等方面设计出一种比格，推动了建筑的标准化、工业化。

黄金分割在人脑中是怎样形成的呢？

根据国外资料，人脑具有精神意识、思维活动等功能，人脑中形成许多中子网格互相联系起来的结构，中子依靠电信号相互作用，中子的网格、网络的外形就是振荡电路；人脑在活动中不仅有固定的电振荡频带，而且人脑电振荡的摆幅和频率也不断地变化。

在人脑中β、、γ（希腊字母）等脑电波中，β波占主要地位，β波的低频带频率（在电磁波中低波长范围内每秒振动的次数）为8.13赫兹（频率的单位），高频带的频率为12.87赫兹，高、低频率带频率之和为21赫兹，而高、低频率带频率之和与高频带频率之比正好为j=1.618，高频带频率与低频带频率之比也正好为j=1.618。

人脑中形成黄金分割的奥秘终于揭开，可见黄金分割并非简单模仿自然界中呈现出来的现象，而包含着更深的哲理。自然界中有许多形形色色的“谜”，而这许多“谜”，正是大自然送给人类的绝妙的产品。

€€蜘蛛织网与建筑工程

蜘蛛织网，一般利用三点，如墙角、挑出的树梢、石头尖处等，先由三点连成三角形组成网的边，并由一根特殊的丝通过未来的网中心，然后由边向网中心拉辐线，到网中心后在相邻的地点向边拉辐线，这样来回拉了几条辐线后，却跑到相对的那一边去拉辐线，很明显，它正利用静力学以维持网的平衡。

拉好了所有的辐线，蜘蛛由网中心以螺旋线向外盘旋拉丝线。蜘蛛到了最外圈后，沿着原路返回，返回时不时地抓起原有的网线聚成小球，固结在与辐线相交的点上形成很多的小点，在沿着原路返回过程中拉的丝线才是真正的蜘蛛网线。由外向里盘旋的螺旋线越来越密，形成数学上的对数螺旋线，这样，曲线由外向里虽然密度增加，但在理论上永远到不了中心点。

建造一所房子，一般有四个步骤：打基础，安置骨架，搭脚手架，拆脚手架。这与蜘蛛结网真是有异曲同工之妙。蜘蛛以三个固定的点形成三边的三角形，这与造房子打基础对应。蜘蛛在三角形的三边拉辐线如造房子的安置骨架。蜘蛛由里向外拉螺旋丝线只是为结真正的蜘蛛网做准备，正如造房子搭脚手架，只是为了施工时临时之用。蜘蛛由外向里拉螺旋丝线，并随时把原有丝线去掉固结在网点形成小点，正如造房子时，房子建成后拆去脚手架那样。蜘蛛真是一个聪明的动物，蜘蛛结网与人类建筑施工是何等的相似啊！所有的柔性材料如藤、绳、索都具有极强的抗拉特性，由柔性材料组成的建筑结构称为悬索结构，它具有跨越大跨度的能力，而且特别节省材料。

蜘蛛网就是自然界中的悬索结构。蜘蛛网能承受很大的力，有的蜘蛛网上放上一个啤酒瓶也不会掉下地，古代还有人用它捕鱼、捉鸟呢！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，唐朝定都后改名长安，和北京城一样以中轴线规划建筑，体现出对称的特色。

雨果的小说《巴黎圣母院》轰动了全世界，哥特式建筑（欧洲古典建筑风格之一）的巴黎圣母院也因此蜚声世界。经历了72年才建成的巴黎圣母院教堂是中世纪欧州哥特式教堂的“元老”和典范，教堂西立面是典型的左右、上下三段式划分的建筑，底部是深深内凹的三座券门，券内侧的层层线脚中布满了雕像，教堂的东立面是一圈环形的圣坛和小礼拜堂。对称布局在其中处处可见。

对称往往与均衡联在一起。在视觉艺术中，以均衡中心作为中心点，就能感到均衡中心的左右两侧的吸引力相当，在均衡中心给予某种强调，当眼睛能满意地停留在均衡中心的瞬间，就能产生健康与平静的均衡感。对称是均衡的天然格局，在对称的情况下，在对称轴的两侧，彼此相当的对称必然导致均衡。

在建筑上还经常采用不对称但又均衡的做法，有人说是广义的对称。那是采用了杠杆平衡原理，当一侧小体量安排在离中心轴远距离处，与另一侧大体量安排在离中心轴近距离处，造成两侧对中心轴的均衡感。我国承德避暑山庄的烟雨楼就是采用这种做法使园林建筑灵活多变而更具有诗意的。

从视觉心理的角度看，实的建筑具有重的质感，虚的建筑（光明透亮玻璃组成的建筑）具有轻的质感，于是做成小而实的建筑与大而虚的建筑造成均衡感。

给建筑施以统一的变化，则会显现出反对称的效果，在视觉艺术上同样会产生富于变化的个性。反对称指的是在对称轴两侧等距离处，两个物体大小相等。但一个朝上，一个朝下。如果等距离处有两条竖向而同样长度的线段，一条在对应点的上部，另一条则在对应点的下部，这叫做两条线段的反对称。图形的反对称最典型的代表是“卐”字。北京圆明园中有一建筑叫“万方安和”，它的反对称布局新颖而富于联想。

对称，是建筑的永恒主题，是自然界的普遍规律，彼得·柯林斯说得好：“从有机的躯体来看，一目了然，自然界是有意对称的，同理，建筑也应有意对称。”

€€水一样的透明建筑

水下的世界是透明的世界，梦幻的世界，光彩绮丽的世界，一切是那么清澈、纯洁！人们是多么地想要尝试一下过水下世界的生活呀！文人们于是设想出“孙悟空闹龙宫”，“落水相公与龙公主成亲”等等有趣的故事来，建筑师也想造一座水晶宫，让人们生活在既可以自由呼吸又处于晶莹透明的宫殿之中。

世界上确实造了一批水晶宫，有英国伦敦水晶宫，美国迦登格罗芙蓉教堂水晶宫，美国纽约贾维茨展览中心水晶宫……自然界确实有透明的水晶，但价格昂贵，当然不可能作为建筑材料。当人们发明了玻璃，才使水晶宫成为现实。

1851年，英国帕克斯顿建造了伦敦水晶宫，帕克斯顿在非洲发现浮在水面的玉莲，让小孩坐其上也不会下沉，他研究了玉莲的叶脉结构，并作为水晶宫屋面结构的依据。伦敦水晶宫使用了86058平方米的玻璃，是当时英国全年玻璃产量的1/3，帕克斯顿的设计获得空前的成功，是当时世界上三大有名建筑之一。伦敦水晶宫作为世界上工商博览会会场，终于让世界各国的来宾享受了“水下世界”的乐趣。

由于建筑材料的限制，建筑总是为光线而苦恼，在一定程度上说，建筑在为了得到光线而斗争着，正如建筑大师柯布西埃所说：“建筑的历史就是为光线而斗争的历史，就是为窗子而斗争的历史。”按照建筑美学的观点，为使整个墙面所用材料、质感、色彩、光影获得和谐的统一，就应该使整个外墙成为全部玻璃墙，甚至使屋顶也全部成为玻璃的，这样，室内环境才能充分体现出“光、亮、热”。

1911年，德国建筑师格罗皮乌斯首先设计了法古斯鞋厂，拉开了建筑中采用玻璃幕墙的序幕。第二次世界大战后，著名建筑师凡·德·罗设计了美国芝加哥湖宾公寓和纽约西格拉姆大厦，色彩协调，典雅精美，新颖动人。

著名设计师贝聿铭设计的波士顿汉考克60层大楼，玻璃墙采用反射玻璃，使周围环境、建筑、蓝天、白云、天光云影，交相辉映，显得虚无缥缈，若隐若现，建筑的实体与周围环境相呼应，但它又在自身无限的反射中消失，建筑的模糊形式和它形象的可变性，展示了无限性和不定性，让人们感到已置身于水下的水晶宫了。

美国达拉斯的海特摄政饭店，采用高低错落的多个几何体组成雄伟体景，全部采用玻璃幕墙，形象丰富。

最大的水晶宫是美国贾维茨展览中心水晶宫。建筑物正立面南北延伸305米，入口处中央布置了高达45.7米的大厅，整个建筑室内室外景色融合一起，不怕风雨侵袭，不怕烈日曝晒，却享受着自然的清新、自然的风光。

大自然为鱼儿造了水下的世界，建筑师为人们造了地上的“水晶宫”，通透的美、晶莹的美、反射的美、变色的美、交辉的美，让人们尝到了水下世界的美。