▼教师

阿齐姆·门格斯教授自建筑联盟学院（Architectural Association School of Architecture，以下简称AA）毕业之后就一直致力于计算机造型、生物机械工程和计算机辅助制造的整合性设计研究。他的工作因为协调了结构机械工程师、计算机工程师和生物学家，因此对于设计领域的贡献一直处于不可复制的状态，也正是因为这种状态，他的研究对于建筑学科的贡献有两面性。一方面因为绝对独到的设计切入点，思想层次的贡献度不言而喻；另一方面因为是绝对的高技派，他的研究是否产生了设计价值泡沫，这一点值得讨论。

计算机辅助设计研究所（Institute for Computational Design，以下简称ICD）是德国斯图加特大学的一个研究和教学机构，组织的负责人就是门格斯教授。顾名思义，这个机构致力于研究计算机辅助设计和建造在建筑设计领域的贡献。从2010年开始，这个机构每年会建成一个展厅作为研究实践成果的展示，到2015年已经是第6个年头了。而从2012年开始，每个展厅的主题开始围绕纤维仿生技术展开。从ICD的官网（http：//icd.uni-stuttgart.de/）上可以了解到详细的信息，这里就不一一介绍了。但值得一提的是，从2012～2015年，每一个展厅都有着对于仿生和技术建造的新理解，可以说从一开始表面上和理念上对生态的模仿，到后来从内核转向操作的模仿，这一变化在这几年展厅的实践中还是很明显的。而这一理念和技术上的进步也体现在了与德国本土研究机构同步开展的哈佛的设计教学上。

▲ICD2012 年的实验建造项目来源：http：//icd.uni-stuttgart.de/

门格斯教授于2009年就在哈佛任教。从设计结果来看，这门设计课随着时间的推移一直在调整教学的框架和内容。门格斯作为主讲老师一方面希望学生可以摆脱之前的教学成果，走出自己的一条新路来；另一方面，面对可教内容的容量如此之大的教学项目，他也希望可以将之前的教学成果尽可能多的教授，这样每一年的设计成果都可以有所进步。例如，相比较去年的项目，今年门格斯希望我们能更多地推进到建筑的尺度，探讨最后建造的可能性。这就导致了我们前期的基础性研究处在了一个工作量大、周期短的境地。

▼课程

这个展厅和德国ICD的研究是并行的，无论是设计课题还是研究课题，这其中的价值内核可以通过回答两个问题来归纳：第一，为什么要仿生？第二，为什么要用纤维材料？

▲自然界中的四种基本纤维：胶原蛋白、纤维素、角质素、丝

为什么要仿生？

在建筑学中，材料是廉价的，形式是昂贵的；而在自然界中，材料是昂贵的，形式是廉价的。生物界运作的根本目标是生存，为了生存而“费尽心机”地积攒能量，能量却可以“不由自主”地转变为形式。相反在建筑学中，不断提高的生产力可以更快更简单地造出基本的材料，而如何将这些材料组织成为更好的形式则需要动用更多的心智和时间。因此在这个展厅中，学习生物界，是为了在拥有“廉价”材料的同时，让我们可以更加“轻而易举”地得到形式或结构。简单地说，我们希望借鉴的是方法，而不是形式。(www.daowen.com)

为什么要用纤维材料？

在自然界中，几乎一切的承重骨架都是纤维材料，例如骨骼或是枝干。作为链状分子结构的纤维，一旦两两相交产生摩擦力，纤维之中就会产生张力，而大量绷紧的纤维是具有很高的结构强度、灵活性和冗余度的。来看龙虾的外壳，各个部位的硬度很不一样，但是分子级别上却都是一样的材料。如此高度整合的表皮结构却拥有如此的各向异性，完全是因为分子排布方式的差异性决定了结构体强度分布的差异性。

在工业生产中，纤维材料的使用其实已经非常广泛。常见的高强度材料都和纤维强化材料分不开，例如飞机机身、汽车车身或者帆船船身。而在建筑领域，纤维的应用也有不少，但都局限在了模块化地处理纤维强化材料，例如GRC挂板幕墙，或者局限在了增强已有建筑构件的强度这样的应用上，例如强化墙体或者结构。

▲碳纤维塔楼，彼得·泰斯塔，2002 碳纤维塔楼的概念方案，就是充分利用了碳纤维的高强度性能而形成的新的建筑结构形式

“你对砖说：‘砖，你想成为什么？’砖对你说：‘我爱拱券。’你对砖说：‘你看，我也想要拱券，但是拱很贵，我可以在你的上面，在洞口的上面做一个混凝土过梁。’然后你接着说：‘砖，你觉得怎么样？’砖说：‘我爱拱券。’”充分尊重建筑材料的特性表达，这是建筑学科自上而下设计的基本方法中一直需要但一直被忽略的地方。在这个课程中，正是希望从材料出发，由生物学中的基本现象出发，自下而上地探讨设计的可能性，并最终运用到可建造的层面。

设计课程提供给我们的技术支持是相当充分的，从材料、机械手这样的硬件，到德国专攻材料科学的工程师这样的软件，都为我们考虑得十分周全。课程安排上，老师对我们并没有严格的方向限制，放任自由的管理意味着把基本的知识原理告诉我们以后，剩下的工作都需要自己完成，老师只是辅助，帮助我们明确方向。

▲通过机械手臂进行纤维编织

作为背景知识和学科框架如此庞大的一个课程设计，一学期的时间其实远远不够。根据课程的安排，对于生物学、材料工程知识甚为匮乏的我们在课程开始恶补了相关知识。这里简要介绍一下我们是如何把纤维材料的工业应用方法带入该课程的。我们主要使用了碳纤维、玻璃纤维、树脂和固化剂几种材料。树脂和固化剂按照一定比例混合后涂在纤维材料上，在一定时间后会“固化”碳纤维，使其具备结构性能。微观层面上是因为有机和无机两种高分子化合物在脱水作用下造成链状分子中产生拉力，从而具备承重的能力。

▲从左到右：碳纤维、玻璃纤维、树脂固化剂、树脂