世界建筑3000年:设计.工程及建造

本书追溯了现今工程师在建筑设计时所运用的知识及设计技巧的根源所在。建筑工程学与“建筑学”并非同一种单一学科，但是为了方便起见，我将这些内容均归入“建筑工程学”名下。说英语的工程师不会称自己为建筑工程师，而是根据自己所在专业，称自己为结构工程师、建筑设备工程师、声学工程师等。

建筑工程设计的本质在于施工前规划建筑施工的能力。同时还需要了解建筑竣工后如何运行，比如如何处理重力、风、地基的地震荷载；如何处理保温、通风、采光，以便打造舒适的室内环境；声音如何反射，如何吸音，以便实现良好的室内声学效果等。

建筑工程在设计时需要预测建成后的效果，所以工程师必须对建筑设计方案能切实根据计划实施而拥有足够的信心，这也是工程师需掌握的一项重要的技能。如果拟建建筑有现成建筑作为参考，则不成问题。但是建筑设计与汽车生产线不同，许多建筑，尤其是大型建筑在诸多方面都有其独特性。建筑工程学历史上，曾将工程师在施工前是否具备这样的信心作为重点进行研究。现在，工程师通常通过电脑生成的能体现各个方面建筑性能的数学模型，来构建这份信心。这些模型有效地存储了工程师数百年来积累的建筑及材料方面的技术和经验。过去，工程师进行设计时只能凭借个人经验、书本上的工程学和科学知识、按实际大小或一定比例制作模型来试验结果。

规划建筑施工时，工程师还需掌握的另一项重要技能是沟通能力，这不仅仅是为了获取开发者或业主的首要许可，也是为了向施工人员提供指南。依据设计进行施工，有效地实现设计、施工相融合，也是工程师的用意所在。为此目的而采用图纸及比例模型，可追溯到古埃及时代，但直到文艺复兴时期，人们才掌握了在纸面上表现出复杂的三维立体造型的能力；而我们当今使用的正射投影在18世纪后期才崭露头角。

纵观历史，建筑设计师的设计通常已经不单考虑功能性需求，他们对结构设计也有高度要求。无论业主是掌控着罗马市民的罗马大帝，还是信奉神灵的宗教领袖，或者是为了彰显其庞大财富的贵族或商人，他们所期待的建成效果都是一致的——比之前的建筑更大、更好。因此，人们常常向建筑工程师提出创新的要求。然而，创新存在风险。位建造20米跨度的砌体拱券或穹顶的人是在未知领域探险，第二位则不是了。所以，工程师的另一项技能要求便是管理风险，这些风险时常伴随在首次开展作业的过程中。这也给工程师提出了一个问题：如何在不舍弃创新的前提下，创建必要的信心呢？

意大利文艺复兴时期的工程师、建筑设计师菲利波·伯鲁乃列斯基（Filippo Brunelleschi）深深领悟了这一难题。1420年，为寻求设计师给佛罗伦萨大教堂设计砖砌穹顶，曾举办过一次竞标，该穹顶必须比公元1世纪罗马万神殿（Pantheon）及之后建造的任何建筑的穹顶都要大。伯鲁乃列斯基的想法是：建造穹顶时，无需在大教堂内部设立大体量构件支撑结构。文艺复兴历史学家瓦萨里（Vasari）描述了伯鲁乃列斯基当时是如何提出该方案的。伯鲁乃列斯基的想法史无前例，遭到了当时人们的怀疑，甚至招来了敌意。评审组多次要求伯鲁乃列斯基告知如何实现这一想法，但均遭到拒绝。他表示如果公开后，其他人便会窃用他的想法。终，为了证实这一点，他要求携带一枚鸡蛋进入房间，并向其他参赛者提出了一项挑战：谁能让鸡蛋一端在一块平整的大理石上站立起来，谁才有资格建造穹顶。所有人屡试屡败。后，伯鲁乃列斯基将鸡蛋在大理石上轻轻磕了一下，碾平了一端，便轻松地让鸡蛋站立了起来。其他人纷纷抱怨，如果早知道可以打破蛋壳，他们也会这样做的。伯鲁乃列斯基回答道：“如果我公开了我的计划，你们也会用我的方法建造穹顶。”终，他赢得了这场竞标，得到了这份工作。

本书聚焦于已建成的建筑工程的多种设计方法，主要探讨的是大型建筑，因为通常是规模越大的建筑越能带来更大的挑战。目前，对于建筑营造历史这一领域的研究未能像对建筑学的历史那样透彻，而且也被土木工程历史方面的许多名著所忽视。而本书则尽可能地探讨了建筑设计师所用的设计方法及流程。这些对于设计工程师而言，正如理论与假设对科学家的意义一样。科学历史和哲学是业已确立的学术科目，而设计规则和流程的发展却并未受到广大作者的关注——尽管它们是工程师的工作核心。

尽管我并未全面涉及建筑材料、施工方法或工程科学的发展，但是论及建筑工程设计发展时，我也会谈及这些主题。这些主题在很多书籍中已有详细介绍，本书已将其中秀的部分列入参考文献当中。同样，我还冒险涉足了工程学其他分支的历史，这些学科亦对建筑工程学的发展有着显著意义。

建筑工程学的发展，同其他技术分支的发展一样，也常见于三千年来各个时期为繁荣昌盛的国度。我着手的是现代建筑工程设计的起源，所以并不是基于古文明国度，主要基于欧洲的科学及技术。本书对于其他文化的科学与技术探讨很少，例如中国、印度、中东阿拉伯文化等。

本书首先重点讨论古埃及和古希腊的地中海东部区域，随后讨论罗马帝国。从中世纪后期至19世纪中期，发展的重心聚集在法国、德国、意大利、英国。17世纪早期，基于科学认识的现代工程学方法在这些国家开始萌芽，1850年左右趋向成熟。

19世纪中期起，大量欧洲人横跨大西洋，他们掌握着建筑工程方面的专业知识，从美国蓬勃发展的商业繁荣中获益，并促进了高层建筑的发展。美国很多地区处于的天气环境下，这也提高了美国工程师在室内建筑方面的设计造诣。20世纪初期开始，随着交通及通信条件不断改善，设计师克服了自然壁垒，欧美地区的建筑工程呈齐头并进的发展态势。如果对这两种文化加以区分的话，欧洲建筑师趋向于探索过程的创新，这基本上是出于他们自身的原因；而美洲工程师的创新目的在于获取商业利益。近几十年来，日本及远东地区的其他国家在大幅开发起源于西方国家的诸多理念方面取得了巨大成功。这些文化特征意味着，虽然20世纪的建筑工程方面大量的创新起源于欧洲，但是这些创新主要在欧洲以外的地区实现了巨大的商业效益。

自人类文明的早期，政治经济气候——战争与和平，已经成为工程发展的风向标。直至18世纪，“工程师”一词指的是军事工程师，其工作不仅包括制造武器，还包括设计与建造土方工程、防御工程、军事建筑，以及给水工程，甚至包括改变河道。这个时期的工程师大多数时间都在建造军事项目。在和平时代，工程师的工作重心则通常放在市政或宗教工程上。对于古罗马时期许多市政建筑能够问世，我们要感谢罗马的和平，罗马帝国相对稳定的时期持续了两三个世纪。由伯鲁乃列斯基设计穹顶的佛罗伦萨大教堂是文艺复兴时期意大利诸多建筑中的一个，这段时期的建筑营造停滞了很多年，因为当时人们忙于重建城墙等防御设施，以保护都城免受邻邦愈演愈烈的侵扰威胁。很多古庙、中世纪大教堂、文艺复兴时期宫殿的设计师，都是通过设计建造防御设施或战争武器，而习得技术、获取收入。罗马工程师维特鲁威（Vitruvius）、文艺复兴工程师小桑迦洛（San Gallo）、列奥纳多·达·芬奇（Leonardo da Vinci）便是很好的例子。

几千年来在很多不同区域，对于工程师的术语定义有很大难度。约1450年前，用“工程师”“建筑师”表述设计师是不符合当时的实际情况的。在希腊语和拉丁语中，“工程师”的现代概念有多种表述方式。古希腊词汇“architekton”并不是我们现在所指的“建筑师”，更确切的译法应该是“建造者”，甚至是“施工经理”。我所用的“建筑设计师”是为了尽量减少词义混淆，当然也不完全符合当下的情形，且不能说明就有这样的职业，但是它表达了我所指的意思。

对时间的表述从来让作者们困扰不已。我查阅了各类标准出版书籍，比如巴尼斯特·弗莱彻尔（Sir Banister Fletcher）的《建筑史》（A History of Architecture），以及各个时期专业作家的著作，发现专家们各持己见，对同一建筑的时间表述往往不一致——一项设计可能比竣工早1年到100年。我想尽力避免一些简单错误，但是大部分建筑的起源复杂，且学者们总是在重写历史。建筑及其理念的来源问题同样也具有高度主观性。科学方面的伟大理念，例如力学、温度，通常需要大量人士经过数十年甚至更久的时间开发。同样，所有大型建筑通常需要大班人马参与设计，这些人很多都自始至终地投入其中。事实上，要具体找出一个建筑的创作源泉是不可能的，即使今天也是这样。所以，我把精力放在所取得的成果上，而非取得成果的具体某个人上。

漫步在工程学历史的发展道路上，我常常惊讶地发现：前辈们具有相当高超的技术和独创性，某些早期的建筑在我以及很多人看来都可与近期建筑或者新建筑相媲美。从而，我的目标便是歌颂著名人士的成就（很遗憾，20世纪以前妇女在工程学历史上很少露面），与大家共同分享我在学习建筑工程学历史的过程中感受到的疑惑、震撼与谦逊。

比尔·阿迪斯

《世界建筑3000年：设计、工程及建造》按年代排序分为9章，探索了上古时期迄今3000余年西方世界的现代建筑工程历史。书中着重讲述了工程学历史上具有决定性意义的重大活动和事件，那些影响工程学及建筑学数千年的重要人物、建筑、著作、观念亦跃然纸上。书中配有取自世界各地的近800张图片、文献图纸、源技术图解、专业原始资料页等，其中不乏珍贵的历史资料；还收录了大量参考资料，并设计了时间轴等，可谓所有建筑专业学生、教师及建筑从业者、建筑爱好者的建筑“圣经”。

随书附赠中国艺术研究院研究员刘托博士为本书特别撰写的《中国建筑（工程）发展简史》一册。

比尔?阿迪斯是英国剑桥大学工程历史教授，著名工程师。他在英国雷丁大学担任教职15年，并获得工程历史和工程哲学的博士学位。他出版了大量关于建筑方面的教材以及建筑工程学历史方面的书籍，并发表了大量书评。除本书外，他还著有《结构工程的艺术》（The Art of the Structural Engineer）、《再生及回收材料在建筑中的使用：回收及再生材料建筑设计手册》（Building with Reclaimed Components and Materials: A Design Handbook for Reuse and Recycling）、《创新与创造：结构工程设计师对设计的贡献》（Creativity and Innovation: The Structural Engineer's Contribution to Design）、《哈博尔德：建筑的信心》（Happold：The Confidence to Build）等。

刘托，中国艺术研究院研究员、研究生院设计艺术学系主任、博士生导师，《中国建筑艺术年鉴》主编。长期从事建筑历史与理论研究、建筑与环境艺术设计、文化遗产与非物质文化遗产保护工作；参与了《中国美术史》《中华艺术通史》《中国建筑史》《中国艺术学大系》等大型国家重点项目的撰写工作，出版多部学术著作。

简介

第1章　　上古时期的建筑与工程 公元前1000—500年

第2章　　中世纪时期 500—1400年

第3章　　文艺复兴时期 1400—1630年

第4章　　全球贸易时期和理性与启蒙时期 1630—1750年

第5章　　工程学成为一门专业的时期 1750—1800年

第6章　　理论与实践融合期 1800—1860年

第7章　　现代建筑的诞生期 1860—1920年

第8章　　建筑学的工程时期 1920—1960年

第9章　　电脑与绿色建筑期 1960年至今

后  记    

术语表

附录1　　“目标和手段”，奥韦?阿鲁普

附录2　　铁及铁合金

附录3　　混凝土及钢筋混凝土

尾注

参考书目

图片来源

《世界建筑3000年：设计、工程及建造》按年代排序分为9章，探索了上古时期迄今3000余年西方世界的现代建筑工程历史。书中着重讲述了工程学历史上具有决定性意义的重大活动和事件，那些影响工程学及建筑学数千年的重要人物、建筑、著作、观念亦跃然纸上。书中配有取自世界各地的近800张图片、文献图纸、源技术图解、专业原始资料页等，其中不乏珍贵的历史资料；还收录了大量参考资料，并设计了时间轴等，可谓所有建筑专业学生、教师及建筑从业者、建筑爱好者的建筑“圣经”。

随书附赠中国艺术研究院研究员刘托博士为本书特别撰写的《中国建筑（工程）发展简史》一册。

比尔?阿迪斯是英国剑桥大学工程历史教授，著名工程师。他在英国雷丁大学担任教职15年，并获得工程历史和工程哲学的博士学位。他出版了大量关于建筑方面的教材以及建筑工程学历史方面的书籍，并发表了大量书评。除本书外，他还著有《结构工程的艺术》（The Art of the Structural Engineer）、《再生及回收材料在建筑中的使用：回收及再生材料建筑设计手册》（Building with Reclaimed Components and Materials: A Design Handbook for Reuse and Recycling）、《创新与创造：结构工程设计师对设计的贡献》（Creativity and Innovation: The Structural Engineer's Contribution to Design）、《哈博尔德：建筑的信心》（Happold：The Confidence to Build）等。

刘托，中国艺术研究院研究员、研究生院设计艺术学系主任、博士生导师，《中国建筑艺术年鉴》主编。长期从事建筑历史与理论研究、建筑与环境艺术设计、文化遗产与非物质文化遗产保护工作；参与了《中国美术史》《中华艺术通史》《中国建筑史》《中国艺术学大系》等大型国家重点项目的撰写工作，出版多部学术著作。

上古时期的建筑与工程 公元前1000—500年

希腊时期前的建筑与工程

以往，施工通常使用那些一两个人就可以搬运的木材、泥砖、小石子。后来人们开始应用大型石材，此时用“工程”描述建筑设计、施工更为适宜。提升大型石材，将其放置在适当位置要求相当高的技术。古埃及时期，约公元前2500年，人们采集搬运230万块石头（每块重约2.5吨1）在吉萨建造基奥普斯（Cheops）大金字塔（又称胡夫金字塔），如何实现这一巨大工程成为人们不断思索的问题。当时建造时，并未使用举升机吊起石块，人们通过坡道及各类楔子、杠杆滚动石块，大大减少了所需力度，一个人即可操作移动一个大石块。约在同期的英国，人们将20吨左右的石块吊至6米高建造巨石阵。约公元前1500年，埃及工程师甚至可以采集、搬运并提升到位有三块石材的方尖碑，每块石材重达450吨。后来其中一块（人们称为梵蒂冈的方尖碑）从埃及被移走，在罗马重新竖立，移动重建也是工程领域的一大壮举。

众所周知，建造大型石材结构的建筑需要相当高深的机械知识，而测量、估算的技巧同样相当重要。施工时，人们需要通过这些技巧加工形状相宜的石材，并在现场进行平面定位，这其间很有可能涉及太阳与天文星座。比如金字塔，设计者需要规划内部各个房间和通道的形状及布局，施工时，也需要相当高深的几何学知识及熟练的三维立体测量技术。此外，切实的规划、管理能力也必不可少，用以组织、指挥、激励十几万名工人在20年间完成如此巨大的工程。有了这些技术知识，古代工程师便可在开工前对大型项目进行规划——用现代的话讲，就是进行设计。从而，建筑工程学的历史可以说是工程师规划或设计建筑的历史，是工程师逐步准确地预测未来的历史。

据人们所知，约公元前450年，受希腊文明的影响，地中海东部地区出现了结合数学、工程科学的按照先后程序设计的实例。数学及大型建筑与城市设计的艺术也由印度、中东地区引入欧洲。事实上，早的建筑艺术书面实例出现于约公元前1780年著于巴比伦的《汉谟拉比法典》。该法典由巴比伦首位统治者汉谟拉比（公元前1792—前1750年在位）所著，覆盖了社会的各个方面，例如，具体的建筑法律阐述了专业分工理念及此类工作需要具备的特殊技能等。

这一时代保存完好的遗迹位于地中海的克里特岛。当时处于米诺斯人昌盛的时期，在是公元前1800年至公元前1600年发展到了。建于克诺索斯的米诺斯王宫，规模虽然并不庞大，但其为皇家成员提供的舒适度在当时却是首屈一指的：通过采光井保证了室内良好的采光，通过管道系统引入给水，卫生设施完善，甚至配备相关构件，实现了冲水马桶的使用。

公元前1500年左右，服务于埃及数代王朝统治者的庙宇和宫殿所采用的技术发展到了限度，当时大多采用的是常用于大规模单层柱廊和殿堂建造的石材柱梁。在早期建筑当中，为壮观的是位于卡尔纳克的卢克索神庙，该神庙自约公元前1550年开始由多朝皇帝分期建成，呈多柱殿堂，占地约长100米、宽50米，近乎一个足球场或中世纪大教堂的大小。大块石板枕于石梁上，形成神庙的屋顶，由134根柱子支撑。中心柱廊的12根柱子，每根高约22米，直径约3.5米，中心柱距约7.2米；其余122根柱子，每根高约13米，直径近3米。柱廊通过约5米高的高侧窗采光，殿堂其余部分通过石板顶上的倾斜缝实现自然采光。

我们发现了大约在这个时期画在纸莎草纸上的埃及图纸早期实例——尽管该图纸究竟是拟建建筑的设计资料还是落成建筑的记录资料，尚不明确。

纪念设施诸如卢克索神庙的设计施工方法与小型民用建筑的有很大的区别。当时大部分的住宅建筑用的是泥胚或泥砖、木材、茅草棚，比例参照人的身高，高度很少超过四米，所用的材料和构件由几个木匠和无多大技能的劳工便可轻松操作。材料价格非常低廉，即使占主要成本的劳工费用也只比食物花销稍高点。

相比之下，庙宇的规模要大很多，因为要有充分的空间安放神像，且跨度也比生活建筑的大不少。在外形方面，为了实现特殊功能，也需区别于民用建筑，比如与远在其他城市的庙宇遥相呼应。人们期待建筑能长期存在，因此采用石材建造屋顶，烧结黏土砖也于公元前1800至公元前1700年左右引入。此类建筑不仅需要投入更多成本，还要求采用非传统的建筑技术和施工方法。例如一座8米或10米高的庙宇建设需要用到大量石材，这些石材可能需要从很远的地方采购，或者事先预定，需要大量人力。负责执行本项目的人需要获取客户对建议书的认可，并向客户展示至少一幅草图或小模型。还可能需要预估工期、材料费用，并组织协调劳工，向其明确指示所需石材的数量和尺寸。各个劳工团队之间也需了解如何相互配合，协作共进，以便各部分能对应整体。任何讨论需基于相互理解和理性思考。事实上，当时每个大型建筑项目的流程与今日相差无几。

总之，在公元前1500年至公元前500年间，埃及人和古希腊人在建筑过程中发展了现代人称为“设计”的这门技术，这样的成果也是由设计建造规模更大、水平更高的建筑的需求所推动的。此外，同期快速发展的繁荣经济、丰富文化以及先进技术也促进了“设计”技术的诞生。我们现在只谈有文字记述的实例：大约公元前500年，随着后来统治了地中海周边大量民众的希腊文化崭露头角，出现了有文字记载的实例。

这本充满野心的巨作所具有的*突出的优点是，在梳理建筑史的过程中，作者难得地将建筑领域中的技术进步与社会文化发展结合了起来。

——《建筑设计》（Building Design）（英国著名专业建筑周刊）

这是一本源于对建筑深切的热爱而编写出的作品。从中世纪教堂中的几何图纹到建筑*大胆的尝试——钢筋混凝土，这本书几乎囊括了了历代建筑史中发生的每一件事。

——Wallpaper*杂志（全球*影响力的设计杂志品牌之一）

近800幅摄影图片、设计图表及手稿，栩栩如生地展现了建筑历史上的那些经典时刻。

——《英国金融时报》（Financial Times）（世界著名国际性金融媒体）

这本书应该出现在所有的建筑师和工程师的书架上。

——盖·诺德森（Guy Nordenson），美国普林斯顿大学建筑与工程学院教授

通常建筑史书的内容聚焦于建筑设计本身，而这本书的*特点，是在建筑学的基础上，对于工程、材料与技术的详尽介绍。可以说这是一本新内容很多的建筑史好书，会使建筑师及建筑学专业的学生了解很多过去未知的学问。

——王其钧，清华大学建筑学院博士、中央美术学院教授

书中，作者始终在探寻的是：建造房屋时一个建筑师所需要掌握的设计与工程方面的知识。这种观念让本书打破了建筑设计与结构工程之间的隔膜，将二者融会贯通，为成就一本著作奠定了高远的理论格局。与此同时，作者还将建筑发展的历史与当时的人文社会发展相结合，让读者能够更加感性地体会建筑发展之长河中那些伟大的时刻。

——彭一刚，中国科学院院士、天津大学建筑学院教授