工业革命中，随着蒸汽机等“新型能源”的出现，迅速引发了生产的机械化与产品的量产。大规模的厂房需要建设，而生产的原材料及成品运输业对交通工具的改革提出了要求，作为资本主义的生产、生活系统中的一部分，“新型动力”机车反过来又对道路交通系统提出要求。资本与生产的快速流动需要交通系统跨越曾经的小农经济中天然的地理壁垒，需要大量的路桥建设。因此，无论是出于对资本的热情，还是出于对国家的利益考量，大跨度的厂房与路桥的大量需求下，土木工程伴随着新型结构研发以及对新建筑材料极限性的分析，从建筑学中开始独立了。

柯林斯认为，建筑与土木工程之间的主要不同，基本在于尺度的悬殊。1750年以前，桥梁设计被视为砌筑拱券或石头切割法的扩展。随着桥梁跨度的增加，并且使用了更能承受拉力的材料，运用数学以及基于材料强度的应力分析就变得更加重要；到1750年之后，严格意义上的现代土木工程科学开始出现，工程设计抛弃了经验性的设计思路而将自身建立在科学计算的基础上。直到19世纪中期，对新建筑的要求变得迫切，特别是一些宏伟而精密的机械类型已经出现之时，将建筑与机械进行比较才被用来解释或解决建筑上的问题。机械为建筑带来的启示主要有三点：审美情感的转变、材料的科学认识与精确性、潜在之力的表现。此外，机械作为有用之物，从其实用目标方面也激发了现代主义对功能和形式之间关系的思考。

追溯现代主义审美情感的源头，最早的发源就在于建筑与土木工程的分离，土木工程所代表的功能性结构——那些铁桥、起重机以及厂房，使得“精神健全的现代人对他们时代的形式主义建筑心存蔑视”。例如，1826年卡尔·弗里德里希·申克尔（Karl Friedrich Schinkel，亦作Carl，1781—1841）和他的好友克里斯蒂安·彼得·威廉·弗里德里希·贝瑟（Christian Peter Wilhelm Friedrich Beuth，1781—1853）受普鲁士皇室委托去不列颠进行考察。尽管当时贝瑟才是指派去研究当时英格兰工业和技术领域先进发展水平的人，而申克尔只需要完成对博物馆方面的调研。但通过阅读申克尔日记中对大桥、工厂、机器、生产过程精确技术数据的记录，会发现工业与技术才是申克尔真正的兴趣。当他在面对沃茨（Watts）和博特（Bolton）钢铁工厂的时候，他不禁感叹“这成百上千的冒着烟的方尖碑们构成了一幅宏伟的景象。那些由根本没有建筑概念的承包商用红砖盖起来的巨大体量的建筑物造成了一种最为奇异的印象”^[72]。

因此，19世纪时人们的审美情感经历了一场革命。曾经人们忠实地崇拜所有形式密集的玩意儿，几乎将艺术与装饰相提并论，但随着对机械之力的震惊和渴慕，出现了对轻盈、简洁和清晰的欣赏。这种审美情感让人们看到事物符合其目的的美。拒绝期望，情感拒绝在繁冗中寻找美，而乐于去追随功能的逻辑。^[73]到19世纪中后期，由于工业化带来的城市的扩大、新的工业城镇的崛起，旧有经济及社会结构的崩溃，物质与人群的聚集，新的建筑类型和工程材料的开发，都预示着建筑业将有一场彻底的变革。当艺术还在温习着往日旧梦，沉醉以往，回首返顾、徘徊迟疑之时，工业却在大步向前，去往未知的世界，去获得一个又一个的成就，这就是当代的特点。对我而言，现代的工业更加接近现实之美。工业比艺术更为现代。这是1889年埃菲尔铁塔建成时，一位有犀利眼光的文学家奥克托·米尔博（Octave Mirbeau，1850—1917）所说的一段话。

图3-21：柯布西耶《走向新建筑》（Vers une architecture）插图：与“水上的宫殿”阿基达尼亚号巨轮相比，那些伟大的建筑也显得渺小无比^[74]

在审美情感与观念之外，机械与工程为建筑带来的主要是科学的方法，其中包括结构与材料的测定。在工业革命的要求下，法国和德国的材料工程力学开始蓬勃发展起来。由于工程尺度的急剧增大，带动了对材料强度的研究和开发。新材料，特别是铁的工业化生产及技术改良一方面提高了其材料强度，同时量产的可能也使其得以商业化应用，因此在一些大跨桁架结构中铁的使用和结构体系尤其发达，大跨度的桁架结构既可以应用于桥梁建造，也可以用于大厂房建设。作为杆件体系的桁架结构，在一些新型的厂房和桥梁上得以首先取代砌体结构，大批量的厂房和桥梁的建设需要直接促成了图解静力学的出现。如佩罗内设计的塞纳—马恩省河上的“讷伊桥”，通过精确的计算使桥墩的宽度从习惯上桥跨的1/5减少至1/10。克鲁夫特认为：“结构被计算到最精确……而形式的最精确表现就是结构的正确性……以达到向观察者的明确表达。”^[75]精确性无疑对建筑样式的影响是巨大的，直接带动了静力学的发展。一开始在英国，土木工程与机械工程之间的划分仍不清楚，因此，在机械动力学与建筑的静力学之间互相多有借鉴。相对于动力学（Dynamics）致力于研究受力物体的机械运动与力之间的关系，静力学（Statics）一般通过力系的简化研究物体平衡时作用于其上的诸力间的关系、物体受力的分析以及满足受力物体平衡时所需的条件，因此，静力学与建筑的关系更加紧密。

图解静力学所应用的方法之一源自法国工程师、数学家让-维克托·彭赛列^[76]（Jean-Victor Poncelet，1788—1867）的投影几何学（又称“射影几何学”）——彭赛列于1822年出版的《论图形投影特性》（Traitédes Proprieties Projectives des Figures，1822）。而法国工程师们已经从数学家奥古斯丁·路易·柯西（Augustin Louis Cauchy，1789—1857）那里了解各种主要的应力；此后，德国工程师在设计铁路桥梁时，实际上也都是在计算铁路桥梁的受力。1864年，德国铁路工程师——“图解静力学之父”卡尔·库曼（Karl Culmann，1821—1881）对以上知识进行了体系化的梳理及扩展，利用弯矩图和剪力图直观展现结构荷载与力之关系的图解。随后，库曼在执教苏黎世联邦理工学院（Eidgenössische Technische Hochschule Zürich，简称ETH Zürich或ETHZ）期间，分别于1864和1866年发表了两卷《图解静力学》（Die Graphische Statik），从而为这门学科正式命名。

图3-22：埃菲尔铁塔（左图：埃菲尔铁塔早期草图，科奇林；右图：埃菲尔铁塔技术图纸）^[77](www.daowen.com)

正是在图解静力学的帮助下，巴黎埃菲尔铁塔才成为可能。为居斯塔夫·埃菲尔（Gustave Eiffel，1832—1923）工程公司工作的茂瑞斯·科奇林（Maurice Koechlin，1856—1946）同时也是埃菲尔铁塔（La Tour Eiffel，1889）的合作设计者之一。科奇林曾经求学于苏黎世联邦理工学院，并接受过库曼的图解静力学课程教育。因此，在埃菲尔铁塔的设计中，科奇林通过静力学图解分析，特别为满足埃菲尔铁塔的抗倾覆需求，通过不同高度风荷载分布下的静力学图解分析寻找铁塔的结构形态，根据对风荷载的预估优化塔的基本形状，塔的支架的走向与“应力线”重合。正是在这一基本形态生成所属的意义上，《土木工程史》（a History of Civil Engineering，1952）的作者汉斯·施特劳普（Hans Straub，1895—1962）认为埃菲尔铁塔的真正设计者不是埃菲尔而应归于科奇林。

由于库曼的传播和推广，图解静力学在工程学中被更广泛地关注和实际应用。在随后几代工程师和学者的努力下，对材料强度的科学认识大大发展，材料的认识又直接影响了1880年以后出现的新结构系统。柱子和壁柱作为曾经的古典柱式中的标准部件，其比例形状一直是固定的；而在材料强度测定出现之后，建筑构件的比例和形状有了自身的力学及强度逻辑，在这种理论依据之下，根据建筑部件材料的不同，构件的形式比例变成了可变的，从而有力地打击了古典语言。

从观念上看，机械对建筑隐喻的影响是对力的抽象。受牛顿万有引力发现的影响，力开始被看作一般事实或者一般观念。关于力，克劳德·亨利·德·鲁夫罗伊-圣西门（Claude Henri de Rouvroy，comte de Saint-Simon，1760—1825）就曾说道：“在把它看作一般事实的时候，我们可以应用它来解释现实世界；而把它看作一般观念的时候，我们可以用它来建立想象的世界。”^[78]在这种想象中，力获得了抽象的形式与思考。叔本华首先在第一卷《作为意志与表象的世界》中直接地对建筑进行了哲学表述。在第一卷阐述了自己的观点之后，他继续在第二卷（1844）中进行了详细的描述。叔本华反对传统的建筑理论中将建筑的形式与比例追溯到对自然和人体的模仿的说法，转而认为建筑艺术的基本原则是“自然意愿的客体化”（Objektivation des Willens der Natur），这种原则首先体现在建筑的支撑和荷载上。以希腊建筑为例，叔本华认为柱式的产生依据就来自给定的荷载和与之对应的支撑之间产生的静力学关系——“只有在一排柱子之上，这些才是完全分离的，柱楣是纯粹的荷载，而柱子则是纯粹的支撑”^[79]。由此，叔本华得出结论说：“只有重力、刚性和聚合力的法则才是对建筑有意义的，早先采用的什么通常形式、比例和对称的概念，这些纯粹空间的特征，都不能成为“最好的艺术主题之一”^[80]。通过将建筑看作重力定律的实证，叔本华从哲学上与维特鲁威古典形式理论的决裂。可以说叔本华的观点充满了浓烈的现代性的味道，在此，建筑脱开美术的身份，而其适用的功利目的，亦即功能性得到强调，成为建筑艺术不可或缺的一个方面。“如果现在我们把建筑单纯地看成一种美术，抛开它所适用的功利目的，在这种功利目的中它服务的是意志而不是纯粹的知识，那么，它就不再是我们意义上的艺术”。此外，建筑成为意志等抽象之物的外显，力作为意志的表现之一，成为建筑的表现对象——“除了使一些理念可以被更清晰地直观表现外，不能被指定以其他目的。这些理念包括意志客体性的最低等级，如重力、黏结力、刚性、硬度，这些都是石头的普遍性质，也是最初、最简单、最含混的意志的表现。”^[81]

尼采继承了叔本华的这一思想，他在反驳环境决定论及外因说时谈道：“内在的力无限优越，许多貌似外来影响的事物不过是内在对这种力的适应而已。”^[82]在叔本华和尼采的哲学基础上，静力学的力的流动和动力学上力的表现性得到了极大的尊重，结构成为力的动态在视觉上的表达，继而在建筑和结构设计中得以应用。门德尔松在此基础上形成了自己一系列关于“建筑动力学”的思考——如何将弹性建筑材料及建筑作为结构本身固有的力与反力、运动与反运动之间的张力在视觉上进行凸显。在这种“建筑动力学”中，门德尔松开始关注新建筑材料的使用并在更新建筑的尝试中探索材料在结构上的可能性，例如对钢材的可延展性、抗拉性、以及对混凝土的抗压性的开发，并思考如何同时去展现这两种相反的能力。

从叔本华开始，力与意志被联系在一起。在过去的认识中，意志这一概念常常被概括在力的概念之下，与此相反，叔本华将自然界中作用着的每一种力都设想为意志。在叔本华扩大化的意志概念中，力的概念被削弱缩小，成为一种对客观世界的直观认识，亦即表象。而意志则超越了力，跃升为事物最内在的本质，在叔本华的眼中，“力”作为意志的表象无所不在：“把在植物中茁芽成长的力，由结晶体所形成的力，使磁针指向北极的力，从不同金属的接触中产生的震动传达于它的力，在物质的亲和作用中现为趋避分合的力，最后还有在一切物质中起强大作用的重力，把石子向地球吸引，把地球向太阳吸引的力——把这一切只在现象上认为各不相同，而在其内在本质上则认作同一的东西，认作直接地，如此亲密地，比一切其他事物认识得更充分的东西，而这东西在其表现得最鲜明的地方就叫作意志”。^[83]总之，叔本华的描述被尼采总结为：“生命是力的形式——‘生命’的定义应该这样来下，即它是力的确定过程的永久形式，在这个过程中，不同的、斗争着的力增长不匀”。^[84]通过力的抽象认识生命意志的思路得到了生理科学的支持，在生理科学对身体的认识中，原有的机械性地对身体器官的解剖分析，让位于对腺体的认识。人类发现，身体器官并不局限于自己的表面之内。它的分泌物能到多远，它就能到多远。由此可以推论出，人体并非如机械论者形容的那样，是像机器一样构建而成的实体，因此，“人体在解剖学上是异质的，在生理学上却是同质的。”^[85]

与此类似，虽然世界的一切事物作为同一个意志的表象和客体性，其内在本质上是相同的，但是由于力的“极性”——一个力根据相反相成的规律分裂为属性不同、方向相反、彼此具有相互转化趋势的两个力。这种极性的分裂几乎存在于一切自然现象，从磁石、无机结晶体、植物、动物一直到人——包括无机界和有机界，都处在力的吸引和排斥中。叔本华认为，对于意志的本质，力的自我分裂尤为重要。“意志客体化的每一级别都在和另一级别争夺着物质、空间、时间。恒存的物质必须经常更换自己的形式，在更换形式时，机械的、物理的、化学的、有机的现象在因果性的线索之下贪婪地抢着要出现，互相夺取物质，因为每一现象都要显示它的理念……冲突争夺自身只是对于意志有本质的重要性的自我分裂的外现。”^[86]

然而仅仅将力抽取出来予以视觉表现，仍然有着成为力的纯粹抽象主义的受害者的危险——仅仅展示出力将成为一种图解，产生出完全缺乏自主的、呆板的、没有生命力的设计。而建构（Tektonische）表现通过情感与感受连接形式与受力之间的关系：经由建造得以实现的结构概念表达出一定的历史和诗意，其结构形式的视觉显现通过自身的表现性的品质影响人的感受与情感。虽然这一品质首先与力的分布以及建筑构件的结构安排相关，但又超出了纯粹建造或结构的范围，对建筑师来说，建构通过对属于艺术领域的现实体验的强化，指向歌德所提到的艺术性目的，“与感觉力相和谐”并满足人的精神需求。对建筑而言，它不仅是建筑形式与结构受力的关系，是建筑的视觉呈现；与此同时，通过建造不仅可以实现结构，亦可以实现情感表达甚至是理念的显现。具有结构形式张力的表现主义利用结构关系丰富了建筑的形式语言，同时也将诗意的图像植入表象之中。

沃林格尔将哥特式建筑理解为升华了的力。并且只有在这升华了的力的运动中——这力的运动之表现强度超过了所有的有机运动——北欧人才能满足他们的表现需要，这种需要被内在的不和谐强化到了悲怆的地步。拉斯金在《威尼斯的石头》（The Stones of Venice）中就曾谈到哥特式的特色。他认为，哥特式的特征本身就由很多融合的观点组成，只能以融合的形式存在。要辨别哥特式可以通过其外在的形式和内在的元素。内在元素体现着人的精神，如怪异、奢华等；而外在形式包括尖拱顶等形式语言。除非一个建筑同时具备了内在元素和外在的形式，否则便称不上哥特式建筑。哥特式的灵魂便是上述元素以某种组合方式共同作用形成的。

如果说表现主义与哥特式在艺术意志上的内在联系是在无机性基础上升华了的表现（gesteigerter Ausdruck auf anorganischer Grundlage），那么，哥特式建筑与表现主义建筑正是这种在无机性基础上升华了的表现的实现，一种具有能量感的表现。所有的东西都在忘我的激情中被驱赶到一起，失去控制的活力依附于静力结构框架，体量内的流动和封闭交错矛盾地并置在一起。门德尔松设计中的两个方向性改变证明了这一影响，他开始采用类似于哥特式拱顶结构的圆形，并开始设计更具结构表现力的外观。这一目标一方面通过建筑的部分悬挑，另一方面通过体量的流动感、能量感实现。在一些工业建筑中，门德尔松为了体现钢所能达到的曲线形式，强调建筑的轮廓应简洁、清晰而连续。通过结构与动态的表现和强调，结构与形式以及二者的关系得到强调，至于建筑的内部功能反而成为次要考虑的对象。