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建筑学的科学：空间及其形式语言
发布时间：2008-11-19
张毓峰
摘 要 本文从形式语言对人类科学事业的重要意义切入，认为所谓科学就是用一种形式语言对事物存在形态的解释；进而指出建筑学专业语言的阙如与必要性，并对我们为此建立的关于建筑空间的一般形式系统作了概略呈示；最后通过示例的方式，对上述命题进行了经验性的验证。作为一种专业的基本语言，我们期望，该系统能为建筑学提供一个交流讨论的科学的语言和理论的平台。
关键词 科学 建筑学 空间 形式语言
引 子 巴比伦塔的故事
这是“挪亚方舟”后的一个故事。洪水过后，挪亚三个儿子及其后裔在地上分邦立国。他们往东迁移，在示那这个地方遇见一片平原，并在那里定居下来。那时，天下人的言语口音都是一样的。他们商量说：来吧，让我们共同建造一座城和一座塔! 塔顶要通天，为了传扬我们的名，为了昭示天下的人……。上帝耶和华得知此事后想：既然这些人如今能做出这等事来，那么他们以后还有什么事做不成的呢？于是，上帝就变乱了他们的语言，使他们彼此无法沟通。于是，他们就停下手头的工作，不再造那座城和那座塔了。①（图1）

图1 建造巴比伦塔

解 读 语言的意义
语言是人们彼此思想沟通的工具。因为有了语言，人们才能表达自己并了解他人的心思意图，人们才能同心协力的去完成非个人所能完成的一项伟大事业；因为有了语言，人们才能打破时空的局限，形成更大乃至无穷的合力：把人类的愿望和成就记录下来，使人们可以跨地域、数千年的延续和传播一项事业。语言是人类迄今打造的所有工具中最伟大最有价值的一把工具，籍此人类才造就了今天辉煌的文明业绩。
演 绎 空间形式语言及其必要性
科学就是用一种形式语言（文字的或数字的或图形的）对事物存在形态的解释。科学事业尤如一座巴比伦塔，同样需要科学家们的共同努力，它同样需要一种语言。譬如数学的语言、物理学的语言、化学的语言、生物学的语言、社会学的语言、经济学的语言、音乐和声学的语言、诗学的语言（诗词格律）等等。科学家们正是凭籍着这种交流讨论的语言平台，奠定了各学科发展的基础，纷纷建造起一座座科学的巴比伦塔。

建筑学的巴比伦塔在哪里？如何建造我们的科学巴比伦塔？十八世纪末叶，在当时科学思潮影响推动下，法国人J·N·L迪朗开始思考这个问题：即如何为建筑学奠定科学基础以及它的基础是什么？他开创了这项事业，并正确地将其研究对象确立为建筑的空间形态，即将其研究目标定格为用一种科学的形式语言来解释建筑的空间现象。但是囿于思想和方法的局限，迪朗包括他的后继者都未能完成这项工作。 （图2）

图2  迪朗的图构系统

建筑学仍处于“失语”状态。建筑学迄今尚无真正属于自己的专业语言，即一种用抽象图形符号来描述建筑空间现象的形式语言系统。因此，对于建筑空间现象以及与之相关的建筑现象，人们无法作出客观理性的解释和评价。建筑学领域中的种种弊端皆由此而生。②
我的工作正是在此基础上开始的。
建筑学应该是一门以研究建筑空间现象为基础的科学。建筑是空间的容器，空间是建筑存在的理由。建筑，本质上是一种关于空间的建造活动。因此，建筑学的基本问题应该是“如何建造空间”和“建造什么样的空间”的问题，或可将其转换为“什么是空间的本质属性”、“什么是空间的形态构造”等一系列的专业问题。③
我们把建筑空间现象看作是一种类语言现象。这里包含两层含义：其一，空间本身的构造意义。即认为复杂的建筑空间现象如同日常语言一样，其本身也是一种具有构造性的东西；其二，空间描述的构造意义。即认为对复杂建筑空间现象的解释也可以通过一种类似日常语言简单确切的描述方式来进行。④
为此，我们初步建立了一种关于空间的一般形式语言系统，即一种能对空间现象在抽象层面上作出解释的形式化系统。在这里，我们把空间语言视为建筑的第一语言，把空间确立为该系统的构建实体。由于建筑空间的构成形态同时蕴涵着使用功能、工程结构诸项约束条件的可能性与合理性，空间语言无疑将成为建筑的不可再分的基本语言。
所有学科的科学体系都是以基本单位及其组织结构两个要素来“搭建”完成的。在我们的建筑空间形式语言系统中，它们具体表现为空间元（UNITY OF SPACE  保持空间属性的最小单位）和空间结构（STRUCTURE  空间单位UNIT与空间单位UNIT的关系）。除此，鉴于空间现象的特殊性，我们又引入了另一个特定考量：空间路径（PATH  在空间单位中，人的运动轨迹与空间向量的关系）。因此，空间元U、空间结构S和空间路径P共同构成我们解释或定性描述所有建筑空间现象仅有且完备的三个基本考量（图3）。⑤

图3  空间形式语言系统中的三个基本考量

作为度量事物的一把绝对标尺，这个一般空间形式语言系统可用来客观真实地记录、描述、解释建筑的空间现象，同时它也以“语言分析”的方式解析了建筑空间的形态构造规则⑥。（图4）
示 例 密斯、莱特和东西方建筑
形态的解释是学科的起点，也是它的终点，自然学科、人文学科皆同。在此，我们将以空间元U、空间结构S和空间路径P这三个基本考量，通过一种简单明了的方式，对建筑史上“悬而未决”的几个建筑现象作出客观、合理的解释。
1.密斯对现代建筑运动的意义 考量参数：空间元U（图4）
在人类建筑史上，密斯首次创建演绎了4个垂直界面均为“透质”的空间元。相对于4个垂直界面均为“非透质”的古典空间，他标立了建筑的另一个极点。显然，它最大程度地拓展了在现代技术条件下建筑空间的表现力和可能性，为后来现代建筑运动的发展奠定了坚实的基础。

图4  密斯 柏林国家美术馆新馆 1962－1968
2.莱特的建筑创作  考量参数：空间结构S

  图5  莱特 玛丁住宅 1904

莱特第一个解读出西方建筑的精髓：“拉丁十字”——垂直相交的两个具有空间向量的结构单位（空间结构S2）——所蕴涵的西方建筑空间的精神，将其推演（玛丁住宅，1904年：“拉丁十字”的二向度复合），并发展至极致（落水别墅，1932年：“拉丁十字”的三向度复合）。作为一个局内人，莱特在无“东方建筑”参照比对情况下作此独立判断，尤显其过人的智力与悟性。（图5）
3. 对“中国建筑”和“西方建筑”的解读  考量参数：空间结构S  空间路径P
a.空间结构S（图6）
在空间结构上中西方建筑体现了两种截然不同的形式，这恰恰是对仅有两种基本“空间结构”的瓜分：中国建筑采用了空间结构S1，即“平行并置”结构；而西方建筑则采用了空间结构S2，即“垂直相交”结构。

  图6  东西方建筑空间结构之比较
在空间结构S1中，由于空间路径穿越内部空间→外部空间→内部空间，外部空间作为整个空间序列中的一个有机组成部分，预示着中国人对“院落空间”的关注与向往，以及中国建筑空间“内向收敛”特征倾向的形成与强化；在空间结构S2中，由于空间路径穿越垂直相交的两个具有空间向量的结构单位所组成的“复合空间”，西方人则形成了对建筑的另一种理解或观念，即他们更多的是去探讨这种“复合空间”的可能性和表现力。这与现代西方建筑师在构筑“复合空间”上的造诣和成就不无关系。
b.空间路径P（图7）
在空间路径上中西方建筑也体现了两种截然不同的形式：中国建筑采用了空间路径P1，即垂直于空间单位的空间向量；而西方建筑则采用了空间路径P2，即平行于空间单位的空间向量。

图7  东西方建筑空间路径之比较
当中国人和西方人在最初（约8千年前）对“矩形盒子”的进入方式（空间路径）做出了不同的价值取向之后，就决定了中西方建筑之后数千年的独立平行的发展道路，包括上述在空间结构的选择与运用上。这就好像一旦人类把基本词语确立后，人类的词语或概念世界的扩展演化、走向趋势就不可再更改逆转了。⑦
直到20世纪初以后，随着全球一体化进程的开始，中西方建筑这两条平行发展的轨迹在空间结构、空间路径层面上才发生了各种方式的碰撞交汇。譬如，莱特的罗比住宅：平行并置的复合空间(图8)、安藤忠雄的光的教堂：空间路径P1 +空间路径P2 (图9)、贝聿铭的卢浮宫改建：空间结构S1 +空间路径P1/P2 (图10)
图8 莱特 罗比住宅  1909

图9  安藤忠雄 光之教堂 1987－1989

图10 贝聿铭 卢浮宫扩建 1983－1989
结 语
大千世界混沌复杂而又简单清晰。科学家的工作就是使混沌复杂的世界“变得”简单清晰。
事物的构成、事物的发生发展机制、事物的“来龙去脉”等等，其实并不如人们想象得那么复杂，它们都可以由一些最简单的“道理”来解释清楚的。只不过人们往往对那些简单的事实熟视无睹，对那些简单的道理不以为然；只不过人们往往还不善于用简单的方式去思考复杂的事物。事实上，我们还不曾看到过有谁用复杂方式有效地解释了这个世界，我们所看到的只是在一些简单方式下的混乱叙述。
“建筑的本质是空间”，这话听起来很“老套”，但是它说得很实在。正是为了这个空间才有了界面；为了这个界面才有了材料，才有了结构和构造，才有了实体，才有了我们称之为“建筑”的这个东西。因此，在我们看来，人类的建筑史就是一部关于建筑空间发展的历史。正是人类的空间意识、人类对空间的意志或欲望，才是促进建筑不断发展演化的真正原动力。空间才是建筑的源头活水。
我现在所做的就是法国人迪朗两百年前曾做的事，区别仅仅在于他没做成我做成了；我现在所做的就是迪朗之后两百年来很多人想做的事，只不过谁也没做成我做成了。建造一座建筑学的巴比伦塔是我们的迪朗曾为之努力的，它也将成为我一生的事业和梦想。
张毓峰
完稿于2002.5.26
注 释
① 参见《旧约·创世记》第十一章
② 无论对于建筑的创作、实践、设计教学、建筑评论还是对于历史研究，即便对于专业人员之间最浅层面的交流讨论，这种专业语言都是不可或缺的。
③ 尽管“基本单位”、“组织结构”并非事物本身所有，但它们是人类构筑知识大厦时所必备的两个基本要素。
④ 在我们看来，建筑的人文现象很大程度上也可以用这种物质化的空间现象予以解释。
⑤ 这是一个“公理系统”，它是基于“建筑或建筑设计的本质是空间限定的过程和结果”这个“科学公设”以及若干“基本假定”前提下经逻辑推导得出的。它是自明的。限于本文篇幅和性质，关于空间形式语言系统的论述及推导从略。它考量的是自然人（视觉与运动）在空间中的静态或动态的客观空间体验。
⑥ 作为一般形式语言，建筑空间形式语言也可以用来描述所有建筑空间现象的特征。譬如，古典建筑或现代建筑的空间特征、东方建筑或西方建筑的空间特征等等，并可读出它们相互之间的差别，包括物质性的和精神性的。由此，摒弃了通过事物间的相互比对来对事物进行描述界定的所谓“比较法”。
⑦ 人类的这种最初选择是先验的、不可言说的。

参考文献
1．  Jean-Nicolas-Louis Durand, Précis des lesons d’ architecture données a l’ École 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.

三维空间的二维表达
概念-形式系统与符号

形式体系是一个抽象的符号系统，它揭示事物的本质和事物形态的构成规则。象征符号关联符号

考量什么 / 如何考量
1．自然人（视觉与运动）在空间中的静态或动态的客观空间体验；
2．矩形的基本空间的集合；
3．垂直界面的透质/非透质；

空间形式系统中研究单位UNIT的确立 
1．UNIT是研究对象的最小单位；
2．空间UNIT是研究空间现象的最小单位。在空间形式系统里，我们把它具称为空间原型；譬如，对分子生物学而言，它的UNIT是分子而不是原子。
3．空间UNIT是一系列矩形的基本空间；
4．空间UNIT 具有两种形式：
a.      空间原型 “关闭”顶、底面，考量4个垂直界面（透质/非透质）
b.      空间结构 “关闭”顶、底面，“悬搁”4个垂直界面；
5．建筑是这种空间UNIT的集合；
6．UNITY原始词义：a combination or ordering of parts that constitutes a whole or promotes an undivided total effect.
7．UNIT原始词义：a determinate quantity adopted as standard of measurement, a single thing, person, or group that is a constituent of a whole.

空间形式系统中的三个基本考量
1．空间元U （UNITY OF SPACE）  定义 保持空间属性的最小单位。我们把它设定为一个矩形的、具有6界面的基本空间。当关闭顶、底（活动平台）2个水平界面，考量边界的4个垂直界面（透质/非透质）及其内域垂直介体（有/无）的各种状态，（边界限定/内域限定） ……它具有10种形式。
2．空间结构S （STRUCTURE  原始词义 the aggregate of elements of an entity in their relationships to each other  定义 空间单位UNIT与空间单位UNIT的关系。
3．空间路径P （PATH  原始词义 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） 定义 人的运动轨迹与空间空间轴向性的关系。

空间界面与活动平台
空间元与空间单位
1．  空间元U UNITY 是研究空间现象或表达空间属性的最小单位。正方形，空间无轴向性，水平界面（含活动平台）关闭（即设定为非透质界面），通过对空间边界垂直界面和内域垂直介体的不同设定，而获得表达不同空间属性的10种空间基本形式。
2．  空间单位UNIT ……具有空间含义不表达空间属性。6界面全悬搁（空间界面均不作设定）。它是用以表达空间结构，即空间与空间关系的一个表征符号。

完全空间与非完全空间
1．在我的空间辞典里，只有完全空间、自然空间和介于这两者之间的非完全空间；
2．完全空间 6界面完备。…… 即一般意义上的建筑空间；
3．非完全空间 6界面有缺省。包括院落空间（5界面 空间形式系统中称异质空间）、巷道空间（3界面）和片墙独柱限定空间（1界面/垂直介体）等等。即一般意义上的外部空间、城市空间；

建筑空间形式体系—— 一把解释建筑现象的工具

当我们把基本空间设定为具有6个界面的矩形空间时，其中4个垂直界面与垂直介体的不同状态决定了人们对空间的10种基本体验。