与建筑实用、坚固、美观的三原则相比，结构的安全显然是亘古不变的核心原则
。只有在确保结构安全的原则之上，结构的经济与美观问题才有可能被触及。与绝大部分国家的建筑学体系有所不同，在日本，与结构相关的专业会根据其所涉及规模尺度的不同，被分别设置于建筑学和土木工程专业中：前者是与建筑物尺度相关的建筑结构，而后者则是桥梁、隧道等的土木结构，与市政工程尺度相关。由“平方立方定律” ① 可知，尺度的增大意味着所需材料的体积将按三次方的关系增加。因此，在结构的安全前提下，尺度与规模更加庞大的土木结构会更倾向于选择结构的经济性；而作为建筑的结构，则更有机会将美观的选项作为其中可以考虑的因素。
当把结构置于建筑学的范畴给予考虑时，结构在维系其安全的基本原则之外，还必须应对与建筑审美相关的创造，即设计的问题。 内藤广（Hiroshi Naito, 1950）就曾指出，“结构”一词所指的内容与“设计”（design）所指的内容是完全不同的种类，前者是与获取市民权力相对应的确定性内容，而“设计”则更像是居无定所的流浪汉那样充满着不确定性。 换言之，“结构”是明确的、普遍的技术，而“设计”是不确定与个性的想象。调和它们之间的矛盾，就需要我们重新审视“结构”与“设计”之间的关系，将“设计”作为连接技术的结构与受益者之间的纽带，来重新理解事物与人类之间的伦理关系。
斋藤公男（Masao Saito, 1938）将建筑学领域中的结构从业者的工作分为两类，一类专门从事与结构工程相关的内容，另一类则是与建筑师的设计相协同的内容
。这种观点与浜口隆一（Ryuichi Hamaguchi, 1916—1995）在其名为《日本结构家的社会位置——结构家的生态探索》的论考中，将日本从事建筑结构的人员分为结构学者、结构计算师、结构设计师、设计与计算之间的实践型结构师四种类型是一致的 。这其中，前两者可以称为是建筑结构工程师，而后两者则可以认为是结构建筑师（Architect Engineer）。2010年，在于东京举行的UIA大会中，东道主日本建筑学会（AIJ）主办了“Archi-Neering Design”展览，进而鲜明地表达了通过一体化的设计统合结构与建筑的“结构建筑学” ② 意识。
由此，以“安全”为主导的结构技术性与“形式”为主导的结构审美性，构成了日本建筑学专业中与结构相关的两条教学路径：结构设计基础与结构发展历史
。这两部分的内容在经过各自独立的专门性教学后，又会通过与建筑相关的结构形态设计相互交叉，并以此作为结构设计专业与建筑设计专业再出发的又一个起点，从而形成了将结构既作为专业性技术，又作为融合性技术的培养目的（图1）。
▲ 图1 日本建筑学专业的结构教学体系
，作者自绘
结构设计基础的教学通过从局部到总体的递进方式，根据组成建筑结构的构件、局部构件组合成的架构以及建筑物的整体结构体系与结构安全之间的受力类型及其形态关联进行设置。这部分的教学内容又可以分为建筑结构的力学基础（主要是了解与建筑结构相关的荷载种类与性质、构件与结构的选型）以及结构体系的分类等。 最重要的特点是，分类各部分的教学内容都以与“形”的关系为串联线索，而后形成整体。
作为建筑结构的入门，由
日本建筑学会主编的《初学力与形，结构入门教材》
③
通过各种利用身体与动手实验的方式
，使学生体验建筑结构中的各种受力机制，以及不同结构形态的形成原理：比如通过 还原著名的建于1890年的苏格兰福斯海峡桥（Forth Bridge）的人体模型（Living Model）
④
（图2?4），体验悬挑的机制。
▲ 图2 1890 年建成的福斯海峡桥 ， 来源于文献
▲ 图3 1887 年的“福斯海峡桥人体模型”
来源于 www.theforthbridges.org
▲ 图4 学生还原“福斯海峡桥人体模型”
，来源于文献
通过折纸形成的折板模型了解其荷载方面的刚度（图5）；通过重量计了解框架结构在竖向荷载与水平荷载作用下柱子部位的受力（图6）；通过四边形门式框架与置入斜撑后的水平抗侧实验，了解静定与非静定的区别等
（图7）。对于初学者而言，邂逅结构的方式是从具象的世界中了解和认知这些感觉背后的客观规律。因此， 抽象而隐形的“力”通过身体的感触与可视的方式，变成为非常具体而现实的感性体验，这对于进一步理解和掌握荷载作用、受力机制和传力路径等基本的力学基础概念，具有积极的意义。
▲ 图6 重量计测量柱子部位的受力实验
，
来源于文献
除了通过体验力流来了解和掌握结构形态机制的“田野”方式之外，通过图绘来简明易懂地将结构原理与建筑物中的结构作用进行描述的“文献”方式，会有助于初学者更加清晰地从感性认识阶段进入理性思考阶段。 《建筑画本，建筑结构的原理，力的流动与形》
⑤
这本典型结构入门教材至今仍被广泛使用，它比较完整地表现了这部分教学的特点，
正如其前言所述：“建筑的形态与其中的力流有着极为密切的关联。我们的祖先深谙这种关系，并籍此创造出了杰出的建筑作品。”
这部分的结构设计基础从基本的梁与柱、网架与框架的受弯架构，到拱与穹窿、薄壳、张拉索等轴力架构的空间结构，以及塔等架构的各种形态背后的原理入手，通过清晰展现物质与力流之间的关系，将由此所形成的各种历史与当代的代表性建筑物一一呈现出来
。这种将建筑与结构之间流淌着的千丝万缕的联系进行解剖般描绘的方式，不仅能够让结构在建筑学的层面被完整地理解，还能够让结构摆脱公式和计算的抽象而变得生动。
在力流与形态理解的基础上引入的结构型式理论是以力流的种类作为型式分类的依据。与传统“结构选型”从型式导出力流的方式相比，“力流控制形态”的方法则可更加简易地对轴力、弯矩、剪力之间的转换关系通过形态进行转换机制的分析
。 由此，结构从固定的“型式”（type）向更加多样而连续的“形式”（form）转化，有限制性的选型也因此变成更为开放而多样的设计与创造 （表1）。进而，通过对结构形态上的线材与面材的几何特征，力流以单向与双向进行应力传递的机制，以及力流对于结构物体施以弯矩、轴力或剪力的支配方式这三项系统进行不同组合，整个结构系统的类型全景就可以被一一建构出来了
（表2,3）。这种基于原理的类型组合分析对于合理性的结构形态创新具有积极作用。
与建筑结构形式理论同期展开的建筑结构力学教学则是以定量的方式对结构形态进行理解的结构设计基础内容。
建筑结构力学包括了与弯矩（M）图、轴力（N）图、剪力（Q）图相关的图解计算部分，图解静力法与网架、梁与框架变形的计算部分，超静定结构的求解等三方面的内容（表4）。建筑结构力学的教学基本围绕确定结构形态的强度与刚度（变形）来展开。因此， 对建筑结构力学的掌握是对于结构型式理论进一步加深理解的教学，也是与建筑结构型式理论相辅相成的定性与定量的互补 。
此外，结构设计基础的教学不仅局限于对书本知识的理解与掌握，还会 通过结构认知实习的方式帮助学生了解实体结构部件的生产与加工、材料和节点、构造和工序、精度和变形等知识，再带领他们去往施工现场进行参观学习 。通过这种现实参与的方式， 学生们了解了建筑结构在形态之外的，与“策划-设计-建造-使用”全生命周期息息相关的安全性与审美性 。
建筑结构不仅是一门技术。 如同建筑一样，结构在长久的历史发展演进之中也孕育了其作为结构本身的文化属性 。建筑结构发展史的教学，避免了将结构陷入纯粹抽象的技术领域而丧失其与现实世界的联系，作为建筑样式史的技术对照，还能同时使学生了解建筑发展历史中结构的存在方式。
建筑结构的发展史可以从两条不同的线索展开
：一是从早期的石材、木材等自然建材开始，到混凝土、钢等人工材料出现的结构型式演变，是以材料为主导的结构发展史；另一种则是从更高、更长、更宽的角度出发，串联起不同时代在结构造型与建筑形态之间关联的结构型式演进史。 前者可以被理解为是从材料到型式的发展线索，后者可以被理解为是从型式到材料的发展线索 。无论如何，结构的材料与型式之间的关系都是结构形态得以确立的基本问题，它也同时影响着建筑历史中前赴后继出现的各种建筑样式的更迭。因此， 建筑结构发展史不仅是要了解掌握结构形态生成的技术与文化要因，更是要在建筑学、土木学，甚至是人类学的背景中了解结构的价值 （图8）。
▲ 图8 人类学中拱技术的演进谱系，
作者根据文献改绘
斋藤公男的《空间、结构、物语，结构设计的演进》
⑥
将上述材料结构发展史与结构型式演进史进行了统合， 以结构发展的历史来畅想结构设计的未来
。 小泽雄树
⑦
以开创了20世纪结构多样化的结构巨匠为线索， 针对近现代的结构技术与形态发展所著的教材《筑起20世纪的结构家们》
⑧
， 也是对建筑结构发展史专题性的补充
。
此外，以将结构发展史的教学与结构力学计算相结合的方式，针对于具体建筑物的结构体系和型式进行计算验证，可以将结构力学的教学与真实的建筑物相关联。 基于给出的实际案例进行基本荷载的力学计算，不仅有助于了解真实建筑物制约结构的各种因素和作用，还可以加深学生对于结构体系判断机制的理解，以及了解结构设计师与建筑师协同工作的方法 （图9,10）。
▲ 图9 金泽 21 世纪美术馆井格梁布置图，
来源于文献
▲ 图10 神奈川 KAIT 工房中水平抗侧柱的变形计算
由于日本的建筑学专业与执业资格都需要涉及建筑设计与建筑结构两个方向，因此融合结构的建筑设计教学在建筑学科的教学体系中占有重要的地位。 建筑设计课作为建筑学专业的主干课程，贯穿于专业的各个阶段。 一般而言，在建筑设计初级阶段的通用设计课程中，结构就被作为一项重要的设计要素，被整合在设计课题当中。
本科低年级必修的建筑设计课，会从建筑整体要求上统合结构设计的意识。
木结构的住宅设计课题可以通过设计，将结构与空间的关系进行比较完整的融合。 而且，由于木结构从整体的结构体系、形态表现，到局部的连结与细部设计均具有相对其他结构材料更恰当的形态表现要求， 对于通过设计呈现与建筑相应的结构型式来说是比较合适的。 并且，通过比较深入的图绘要求，木结构的住宅设计课题可以帮助学生更深入地理解和掌握结构、构造、空间三者之间的整合关系（图11）。 除此之外，与技术相关的构造、设备、环境等各要素也会被整合在课题之内 。
▲ 图11 整合结构、构造和空间的剖面详图
来源于东京工业大学建筑设计教学年鉴 : 華（Ka）
本科高年级的课程设置需要考虑建筑设计与建筑结构两个不同专业的培养方向，分为融合结构的特定建筑设计课题和强化结构分析的一般建筑设计课题两大类型
。前者以建筑设计方向的学生为对象，鼓励拓展多样化的结构表现与空间塑造。后者通常将建筑约束为相对一般化的结构体系，考察通过结构计算确定构件形态与截面的分析能力。
融合结构的特定建筑设计课题一般通过选择大跨空间或高层综合体这类结构形态比较突出的项目作为对象
，培养通过结构形态塑造整合空间形态的能力。并且，这类设计课程通常会邀请具有实践经验的结构设计师与建筑设计教师一同指导，让学生体会结构与建筑协同工作的方式。教学过程一般通过结构选型基础确定结构设计方向，通过荷载定性分析与房间功能要求，确定基本的结构体系与架构形态，并在上述空间、功能、场地等要素与结构形态的关系中进行反复的推敲和整合。由于跨度和高度的放大，结构的受力性与形态在空间中更具重要性，结构的形态可以在很大程度上起到决定性的作用。整合结构形态与空间形态的审美判断也将成为考察设计者平衡能力与建筑观念的标准。
由于整个设计过程无法单纯地将结构作为实现预设形态的物理工具，因此功能、场地、使用者的感受等因素才有可能介入到结构形态的确立之中，推动结构形态转化为空间形态。结构的变形在形态的确立中是很重要的途径。 在设计过程中，对作为结构设计基础的弯矩、剪力和轴力图的定性分析与结构体系基本概念的同步展开，会使得这个课题明显区别于其他以概念为主导的建筑设计课题 。因此，融合结构的特定建筑设计提供了近乎真实的设计过程体验，让设计者能从建筑整体的视角对结构设计进行系统的思考，在相互的交流碰撞中触发新的构思（图12?14）。
▲ 图12-14 融合结构的特定建筑设计课题
来源于东京工业大学建筑设计教学年鉴 : 華（Ka）
强化结构分析的一般建筑设计课题以建筑设计为载体，需要学生针对其中的结构体系与构件进行定量的形态设计
。课题的设置并非要求做出具有创新性的建筑空间形态，而是以建立针对性的结构体系作为出发点。教学的第一阶段主要围绕对象建筑物的结构体系设置相应的结构制图课程，并系统性地教授与结构分析和计算相关的设计流程。第二阶段则提出具体的建筑设计任务，要求学生完成建筑及其结构的设计。 结构分析的内容包括了结构体系、各部分结构构件的尺寸、结构的细部节点以及结构抗震分析等对应部分 。其中， 当涉及结构计算，学生还必须提供手算过程和尺规作图等传统的作业方式 。这一方面扎实地锻炼了学生通过计算验证构想的能力（图15），另一方面也是为了培养建筑结构专业学生应对一级注册建筑师考试的能力
⑨
。
▲ 图15 强化结构分析的一般建筑设计课题，
早部安弘提供
此外，日本建筑学专业融合结构的建筑设计教学有一个重要的共通特点， 无论是低年级的通用型，还是高年级的专业型建筑设计课题，结构实体模型都是其提交成果中必不可少的内容。 实体结构模型的制作还原了建筑空间的支撑系统，直观地展现了结构与建筑之间的关系，也充分说明了建筑与结构在实体模型层面上沟通的可能性。 通过手工模型的制作，不仅可以了解体系中各连接部位及其难易程度，了解构件及节点简化的必要，还可以通过触摸的方式检视荷载作用下结构体系的强度、刚度以及抗侧性能等 （图16?18）。
来源于东京工业大学建筑设计教学年鉴 : 華（Ka）
▲ 图17 强化结构分析的一般建筑设计课题模型， 作者自摄
来源于东京工业大学建筑设计教学年鉴 : 華（Ka）
结构设计基础教学、结构发展史教学、融合结构的建筑设计教学构成了日本建筑学专业的结构教学体系
。这个教学体系通过形态的关联，非常紧密地实现了结构技术与建筑学体系的相互结合。 技术、艺术和学术的三位一体，不仅是日本建筑学会的宗旨，也切实地反映在了其建筑学科中与结构相关的教学方法和内容之中 。无论是对建筑师的培养，还是对结构设计师、工程师的培养，多样化的结构认知与专业性的技术培育相辅相成，构成了日本建筑中的结构之强与结构之美。
（原文刊载于《建筑技艺》2024年9 月刊。 微信版已略去文中所有参考文献等信息，正式版本以原文为准。 ）
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