多项研究表明，自然界的进化所遵循的基本规律是：最少的投入换取最大的产出。这个定律几乎适用于人类任何的生产性活动，建筑也不例外。在需求原则的讨论中我们曾经探讨过不同的文化观念对于构造材料选择的偏好的影响，虽然从一些显著的案例中可以看出文化差异对建筑工艺有一定程度的影响，但对大量性的生产来说，经济原则依然是首要的。从建造的全过程来看，决定建筑经济性的影响因素包括了材料的成本、建造消耗的人力资源、产量以及建造的周期。

1.控制材料的成本

在满足结构要求的坚固性与耐久性之后，价格显然是选择材料的重要因素。材料的总成本包括了原材料的提取、加工、运输和储藏等费用。而由于环境的约束，使得合理的开采手段以及土地、资源等可能的复原措施都被计算在造价累计的费用中。

中国曾经有着相当的森林资源储备，在就地取材的原则下，产生了大量的木构建筑。虽然木材是可再生资源，但由于历史进程中每次改朝换代都会大兴土木，使得在18世纪后，木材资源开始紧缺。除了长期不断对木材的消耗，不经济的用材方式（以榫卯为核心的木单材框架结构方式使得构件的生产耗材较大）也是加剧木材紧缺的一个重要原因。过快的资源消耗速度导致了在清朝末期，全国范围内很少能找到现成的结构材料。

如果能改变结构构件的形式，如采用桁架那样的小构件拼接实现大跨度支撑的方式，就能节省材料的耗费。纵观西方的木结构建筑发展，由于其采用了更经济的加工和连接工艺，减少了木材资源的损耗，从而获得更为持久的生命力。西方的工匠很早就开始使用木拱券、木桁架等体量性的结构代替木梁作为解决结构跨度问题的构造方式，并采用金属构件取代复杂与耗材的榫卯连接，既实现了简洁高效的受力机制，也实现了对材料耗费的经济控制（图2－46）。

图2－46　现代轻型木框架构造省材、省力

资料来源：Edward Allen，Joseph Iano.Fundamentals of Building Construction［M］.Toronto：John Wiley ＆ Sons，Inc，2009：186，189，190，

虽然异地取材已经随着普及的工业化生产技术不再是影响建造成本的关键因素，但少数对特定材料品质艺术性的需求依然有可能形成对经济原则的挑战。在北京的香山饭店设计中，为了实现建筑师对细部的特殊要求，建筑的诸多构造细部都采用了非同寻常的做法。贝聿铭在对窗户构造的设计中决定采用人工水磨青砖来勾连窗牖，但实际上，北京地区大量生产的是红砖而非青砖。建筑师对该细节的坚持要求导致必须从外地运送制造青砖的原材料，再由人工打磨成精度极高的水磨青砖，最终每块砖的造价达到了10元以上；除了对砖的要求，庭院的软石为了满足建筑师在颜色和尺寸上的要求，而长途跋涉去山东长岛特意挑选，运到北京的软石价格每块已经等同于一个鸡蛋的价格。对所有构造细节的“精挑细选”导致香山饭店的造价（每间标准间达20万美元）是同时期相同类型饭店造价的5～6倍（图2－47）。虽然对细部品质的要求是一位职业建筑师应当具备的基本素养，但是不计代价地追求理想效果也不值得提倡。。

图2－47　北京香山饭店的“精雕细琢”并不符合地域特征，而且耗费巨大

资料来源：http：//www.flick.com

不过，在贝聿铭设计的大多数建筑中，他并没有为了追求建筑形式的表现而不计代价地使用昂贵的材料与施工技术，香山饭店只是其在追求传统形式的现代转型过程中一个不甚成功的案例。贝聿铭显然认识到其在香山饭店中对建造经济性控制的失误，在之后的实践中他很快就做出了调整。在由其设计完成的苏州博物馆新馆项目中，他大胆地使用了“价廉物美”的钢结构，钢构件的生产制造以及构件的连接方式既现代又经济，并且高效焊接的钢结构连接方式也隐喻了传统木结构榫卯的“无缝”连接（图2－48）。通过抽象、简化后的结构形式并没有因为材料与工艺的“廉价”而失去艺术性，相反，清澈透明的结构形式充分体现了新建筑对传统线性木构框架可循环利用性的尊重。钢结构的经济性并不只是体现在其材料的可循环利用性上，更体现在工业化的生产技术减少了构件加工的时间和建造过程中人力资源的耗费。

图2－48　苏州博物馆新馆采用了新的材料和简化的工艺，依然体现了江南传统园林的艺术风格

资料来源：宿新宝摄

2.减少人力资源的耗费

当我们审视几千年以来墙体的塑性处理时，我们会被砌体的连续性所震惊，它通过简单的分层砌筑和涂抹灰缝的方法持续表达建筑的一种统一的力量，即使到现在，砖依然因为其易用性在世界各地被广泛使用。虽然以砖为代表的砌筑构造技术易于掌握，但以湿作业为特征的逐层砌筑方式并不具有效率。在古老的时代，我们就可以看到在复杂工程中采用砌筑方法对人力资源巨大耗费的现象。对于金字塔的建造方式，至今仍无定论，只有一些可能的猜想，但无论哪种方法，都是要耗费巨大的人力和时间（据推测需要10万人耗费20年的时间）。从1.5～160t重量不等的巨石，切割光滑后再堆叠整齐，即使是以现代石材加工技术和大型施工机械都不是一件轻松的事。

费时费力的手工作业持续了很久，在中世纪的石头建筑作业中，在运输和砂浆加工、石头采掘和切割，以及砖的制造过程中依然存在无止境的困难，砖从挖掘黏土到存储、在水中冷藏、成型、干燥、煅烧再到最后一步挑出约40%次品需花费几年的时间［34］。尽管标准化的单元预制使得材料可以预先准备和储存，在一定程度上提高了建造效率，但用砖石建造大跨度的教堂穹顶，构造设计、计划和劳动组织都具有很大的复杂性。由著名建筑师勃鲁乃列斯基设计的佛罗伦萨大教堂穹顶，平面直径达42.2m，为当时世界之最，圆顶采用一种新颖的中空双层薄壳结构，内部由8根主肋和16根间肋组成，构造合理。但即使是在石匠工艺达到巅峰的当时，穹顶本身的工程依然历时14年之久才完成。虽然石材具有一定的结构承载力和非凡的艺术表现力，但建造所需消耗大量的人力和物力使得这种昂贵的建造方式只能用于少量的公共建筑中。

在人力投入与建造质量成正比的手工业时代，质量的提升＝成本×时间的公式一直决定着建筑产业的收益。在阶级社会，人工是有明确的等第之分的，在《营造法式》第28卷中，按工艺的难度，将劳动量分为上、中、下三等，工匠所获的酬劳以其所能完成的施工技术的等第而划分，即使如此，工匠们的付出和他们的所得通常是不成正比的，而广大底层的劳动力受到的剥削就更严重。伴随资产阶级革命中形成的自由、民主的观点提升了劳动力的价值，随着劳动力价值的与日俱增，人们开始日益重视缩短劳动时间即控制劳动成本对于建造活动经济性控制的重要性。

工业化生产技术的出现为缩减劳动力提供了一个有效的途径。机械制造代替手工制造的工业化生产方式，缩小了地域差距带来的技术差异，运输工具的发展使得材料的跨地域使用没有了地域上的制约，例如现在石材工业在地域和加工技艺上已经实现了全球化趋势：天然石块表面可以通过锯切、浮雕装饰、弄尖、捶打、烧焦、碾磨和磨光形成不同形式的面材，并且所有的步骤都可以通过机器实现；建筑师和业主在选择石材的时候倾向于考虑石材的表观、耐久性和经济性，很少考虑石材的地域性。全世界最先进的石材加工技术在意大利和德国，由于海运成本的下降，石材在外地采集，在原产地工厂进行切割和表面加工，最后运到世界各地的施工现场进行安装已经是很寻常的一种方式（图2－49）。

图2－49　砌块从手工制作发展为工业化批量生产，节省了产品制造和现场建造的人力耗费

资料来源：Edward Allen，Joseph Iano.Fundamentals of Building Construction［M］.Toronto：John Wiley ＆ Sons，Inc，2009：305，306

相类似的生产技术在其他相关产品如砖、瓦、门窗乃至结构柱、梁构件的生产中已经得以应用，配合现场的大型机械设备以及智能机器人，劳动力资源的消耗在建造活动中得到了有效的控制，现在我们已经可以将砖在工厂中预先加工成一片墙再运到现场装配（图2－49）。但问题是，效率的提升不能改变砖石本身的性能，在面对更大的跨度、更大的体量时，我们需要更新的结构形式去实现快速的建造，那样才能从根本上实现建造的经济性，那个材料绝不会是砖或者是石材。

伦佐·皮亚诺在石材结构承载力上的创新实验恰是一个充分的反面案例。在其设计位于意大利福贾（Foggia）的帕德里·皮奥朝圣教堂时，他发明了一种前所未有的石材构造方式（图2－50）：建筑师将当地的石灰砌块组装形成超过50m跨度的预应力拱，这种完全颠覆传统构造理念的技术要求每个构件的误差必须控制在0.5mm之内，为此耗费了几代来自卡拉拉的大理石工匠们的巨大劳动力。皮亚诺的创新产生的建筑形式无疑具备足够的视觉诱惑，不过其在人力和物力上所耗费的巨大投资是否值得，就仁者见智了，毕竟50m的跨度可以用更经济的结构方式来实现。

图2－50　虽然皮亚诺创新了石材的构造技术，但付出的代价却很高(www.daowen.com)

资料来源：［德］黑格.构造材料手册［M］.张雪晖，译.大连：大连理工大学出版社，2007：39

3.创新结构技术

“很显然，如果中世纪的工匠掌握了铸铁或轧铁技术的话，他们就不会采用他们已经使用的石材来进行建造……同样，他们也没有忘记早已应用在石头建筑中使用的弹性原则……这种有机的形式（铸铁或轧铁）显然要比石头扶壁组成的结构更简洁、更经济。因为铁柱的组合不会像石材扶壁和它们的基础构造造价那么昂贵，此外，结构所占的空间还少了很多。”［35］维奥莱－勒－迪克（Viollet－le－Duc）对中世纪砖石砌筑的大跨度空间的“笨拙”建造方式提出了质疑，并在其《建筑谈话录》中倡导摒弃单一的建造方式，采用不同的材料、技术和资源进行动态的组合，而进一步发展一种符合时代特点的紧密而有效的建造方式。

当巴黎美术学院的理论家们还在研究古典建筑语言和形式的时候，勒－迪克已经开始将设计的重心转向建造的经济性。勒－迪克针对飞扶壁构造的不经济性，努力探讨一种由轻型金属构件或者网状金属组成的空间结构，借助于铁构和玻璃组合的构造法则，勒－迪克逐渐摆脱了对历史形式的模仿，提出一系列设计精巧的混合结构。这种混合结构不仅拥有承重性砌体围合，还与鲁西荣（Roussillon）［36］的拱顶结构、铸铁构件、轧铁肋构件、锻铁拉杆以及由镀锌的金属制成的轻型屋顶或者石膏吊顶（哥特式拱肋的做法）相结合［37］。对于这种传统和创新相结合的混合构造，勒－迪克这样写道：“在多面体结构中，我们应当考虑用怎样的基本形式将铁钩与砌体结合起来形成拱顶结构。金属材料的本质与形式并不符合铁拱的构造形式……但我们如果将锻铁作为一种抗拉构件，与相邻的砌体组合后就可以防止铁拱的变形，如果我们认为铁不仅便于使用，而且可以用直杆互相连接，并且这些连接的杆件可以形成一种独立的网架，在这些网架上可以安置单独的拱顶部分，我们就能设计一种符合材料本质的铁框架系统，以及一种用一系列拱顶覆盖大跨度空间的方法。”［38］

从勒－迪克著名的3　000个座位的八角大厅方案中（图2－51），我们可以清晰地阅读到其将传统与创新自然融合的思想。勒迪克既看到了传统砌体结构的优点，也认识到了新的铸铁技术的潜力，并将两者创造性地结合在一起：在拱顶、支柱、拉杆等节点中，新旧材料的对话脉络分明、毫无生涩之感。这个承上启下的杰作充分体现了以力学逻辑为基础的“实用”构造原则。

建筑师卡尔·弗雷德里希·申克尔（Karl Fredrich Schinkel）和勒－迪克一样，也是在古典主义氛围浓厚的时期依然能敏锐地觉察到新技术的力量并坚持以实用的构造原则进行建造的建筑师之一。申克尔始终坚信技术能够为建筑风格的改变提供新的可能，在1821年与创建技术职业学校（Technicher Gewerbeshule）的彼得·克里斯蒂安·鲍埃特共同编著了《工业与手工业制造者手册》（Vorbiden für Fabrikanten und Handwerker）。尽管申克尔对铸铁在建筑中的应用还持保留态度，但铁框架与玻璃的组合构造在其19世纪20年代开始就被其频繁地引用到《建筑学教程》（Architektonisches Lehrbuch）之中［39］。申克尔在建造实践中也引入了大量金属构造，即使在宫殿类建筑中也不例外。同时，申克尔还深受迪朗所称的“适用性和经济性是建筑美的主要来源”的观点影响，坚持主张建筑的一部分应当由“国家的国情和场地的情况”决定［40］。申克尔进而在“建筑艺术原则”（das prinzip der kunst in architektur）将“合目的性”作为建造活动的基本原则，他这样写道：

“建筑的合目的性可以从以下三方面进行考虑：

①空间或平面布局的合目的性；

②构造的合目的性，或者说，将适合建筑平面设计的材料组合的合目的性；

③装饰构造的合目的性。”［41］

图2－51　勒－迪克，3　000人八角大厅透视图

资料来源：Kenneth Frampthon.Studies in Tectonic Culture：The Poetics of Construction in Nineteenth and Twentieth Century Architecture［M］.Cambridge，Mass：MIT Press，1995：52

继勒－迪克与申克尔之后，卡尔·博迪舍（Karl Bötticher）继续将结构形式创新的技术路线发扬光大，并提出了著名的“核心形式”与“艺术形式”（core－form ＆ art－form）。博迪舍拒绝武断地选择建筑风格，并坚持风格的创新应当建立在新的结构原则之上，可以充分看出其对构造实用性的肯定。在其写作的《希腊和日耳曼建造方式的原则》一文中，博迪舍对采用铸铁代替传统的石材实现更经济、更可靠和更灵活的新的结构形式充满了期待：

“……从最早的使用石材覆盖空间开始，到作为尖拱的高级形式，再到当代的成就，石材建筑的道路已经走到了尽头，应用这一材料的结构创新的可能性已经所剩无几……如果还有什么未知的创造空间的体系的话（它肯定会带来一系列新的艺术形式），那么只能取决于一种未知的材料……这种材料的物理性能和石材相比较一定能满足更大的跨度，同时更轻、更可靠……这种材料就是铁，它已经能够满足上述种种目的。随着对铁这一材料的结构性能的进一步研究，它一定可以成为未来建筑体系的基础，它将超越希腊和中世纪的建筑体系，就像中世纪的拱券体系超越希腊时代的梁柱体系一样……”［42］（图2－52）

图2－52　勒－迪克的弟子阿纳托尔·德·波多设计的圣吕班教堂的结构大量采用了铸铁，1869

资料来源：http：//www.flick.com

博迪舍的思想和勒－迪克以及申克尔如出一辙，他们都在大多数建筑师还在用笨拙的石材雕饰线脚和檐口，在用柱式组织立面，在用石材砌筑复杂的尖券以复制一种古典美的需求时，坚持打破传统砌体建筑的固有形式，并将一种新的轻型骨架结构引入建筑中。历史的发展验证了这些以技术先行的建筑师的真知灼见：以经济性和适用性为主要目的的现代建筑运动迅速将新的建造技术大量应用到实践中，钢筋混凝土、钢结构构造不仅使建筑在高度、跨度上获得了巨大的进步，也创造了一种新的时代风格。

现代高层建筑发展的引领者、“芝加哥学派”的代表人物路易斯·沙利文认为，现代高层办公建筑产生的原因主要来自两个方面，一方面是对更高的物理环境需求的回应，另一方面则是由于经济压力导致了众多大胆的推动者极力促进新材料在建筑产业中的推广应用［43］。戴维·莱瑟巴罗（David Leatherbarrow）教授认为沙利文所暗指的经济压力即“出售的热情”（the passion to sell），一种根植于美国文化中的“推动生活的力量”（impelling power in American life）。新材料在高层建筑特定形式中的发展是由那些美国东部的钢铁生产商来推动的：早期钢铁被推广至桥梁工程的结构构件要素中，逐渐地，这些推销商开始将“使用钢结构来建造高强度的框架结构高层办公建筑”的想法带到了芝加哥这座快速发展的现代化城市，以获得更大的经济利益。对于材料商而言它们推销了自己的产品，对于开发商而言，建筑越高，土地资源的利用率就越高。

现代框架结构的优势不仅体现在极大提高建筑的高度与跨度上，还体现在其非凡的施工效率上，在现代化施工机械的辅助下，很少的人力就可以迅速地完成一个复杂的项目。结构技术发展带来的可观效益使得工程师的地位得到不断巩固和提高，正如勒－迪克的学生阿纳托尔·德·波多（Anatole de Baudot）在1889年所说的那样：“建筑师的作用已经被削弱很长时间了，而工程师——时代的最优秀者，正在开始去实现他们的位置。如果工程师完全取代了建筑师，毫无疑问后者会消失掉，而艺术却不会随之消失。”［44］倡导将铆钉钢框架构造作为工业化时代新型结构类型的先驱者之一——乔治·霍伊塞（Georg Heuser）也坚信只有通过结构的发明创造（而不是装饰的花样翻新），建筑最终才能进步［45］。

纵观20世纪现代建筑蓬勃发展的一百年中，建筑形式的日新月异，高度和跨度的不断增加都和重要的结构构造技术的进步密不可分：钢筋混凝土结构、钢结构、剪力墙、大跨度桁架、网架、膜结构等（图2－53）。如何在保持结构强度的同时，实现更高的建造效率和更经济的耗费也成为结构构造设计的重中之重。俄罗斯的建筑师弗拉基米尔·舒科夫设计的天线塔是早期采用非直角格网结构的实例。这种结构构造形式的产生源于节约材料的研究。对比法国的埃菲尔铁塔，合理的钢结构设计能节约大量的角钢和槽钢型材：305m高的埃菲尔铁塔的重量是8　850t，而350m的无线电塔的重量仅为2　200t，不到前者的1/4。

图2－53　结构材料与形式的创新既保证了建造的经济性，又实现了多样的建造形式

资料来源：http：//www.flick.com；Edward Allen，Joseph Iano.Fundamentals of Building Construction［M］.Toronto：John Wiley ＆ Sons，Inc，2009：453，465，468，469

抛弃固有的艺术风格的桎梏，合理地推广经济适用的建造技术，已经成为建筑发展的必然趋势。正如柯布西耶所称的：“要赋予建筑以形式，只能是赋予今天的形式，而不应是昨天的，也不应是明天的，只有这样的建筑才是有创造性的。应当从我们建设任务的实质出发，利用我们时代的方法来进行形式的创造，这是我们的任务。”［46］虽然经济原则被提到了非常重要的高度，但对经济“竞争”的一味追求已经被证明是“经济原则”中最危险的一面。只有在长期时间内，建筑对原材料的谨慎利用才能使得可持续发展成为可能，因此我们需要在经济控制下引入可持续发展原则来衡量经济竞争的合理性——生态必须通过经济要素进入构造系统的考虑范畴中。建筑工业中不能避免要消耗大量的材料和能源，在这种情况下，必须建立建筑构造的可持续原则，以形成建筑材料提取和构件生产、组装、拆除等一系列建筑全生命周期的合理设计。