作者：顧樂明
蓬皮杜藝術中心大家都有所了解，小i在想應該從哪裡說起呢？就翻了一下之前寫過的工程巡禮——「羅浮宮玻璃金字塔」「勞力士學習中心」「臺中大都會歌劇院」，發現都是從競賽開始說起的。這次，小i打算也從競賽開始說。
從競賽說起
首先，從競賽本身來看這是一個非常重要的競賽。1969年6月，喬治·蓬皮杜（Georges Pompidou）當選為法國總統。他提出要為藝術家和青年一代建造現代藝術中心，功能包括現代藝術博物館、圖書館、工業設計中心和一個音樂和聲學研究中心，並且希望它將成為一座適應動態變化的藝術博物館。同年12月份，總統啟動了藝術中心的國際設計競賽，場地選在巴黎市中心第四區波爾堡（Beaubourg）區的空地上。競賽時藝術中心的名字以地名波爾堡命名，後來在建造過程中總統去世，為了紀念發起這個項目的總統，藝術中心改名為蓬皮杜。
但根據彼得·萊斯的回憶，（以下很多內容，特別是一些細節，主要是參考的Peter Rice的回憶錄《An Engineer Imagines》），他們參加競賽的過程很奇怪。
他當時是在ARUP的Structure3團隊裡面工作。團隊在1967年由ARUP合伙人PovlAhm組建，執行合伙人是Ted Happold，應該是負責團隊的日常工作。Peter Rice在團隊中應該是技術負責人。小組一部分的工作是與弗雷·奧託（FreiOtto）一起做一些索和織物類的輕型結構研究，另一部分工作是做英國本地的普通項目。
Structure3經常跟建築師配合一些競賽（投標），有一次奧託把他們介紹給了理察·羅傑斯（Richard Rogers）,一起參加了切爾西球場新看臺的競賽，結果沒有中。
可能是參加競賽多了，Structure3覺得參加競賽的目的不是為了贏，而是為了探索新的合作模式和設計。小i覺得這個心態很好。於是，抱著這樣的心態，他們邀請羅傑斯一起參加波爾堡藝術中心的競賽。而此時的羅傑斯和倫佐·皮亞諾（Renzo Piano）剛合夥成立事務所。於是，34歲的萊斯，38歲的羅傑斯和34歲的皮亞諾走到了一起。
他們參加競賽其實並沒有想要獲勝，畢竟他們都默默無聞的年輕人，而且沒有什麼出名的項目。據萊斯回憶，羅傑斯和皮亞諾當時同時在做Burrell的投標，那才是他們想要中的投標。結構這邊也一樣，萊斯他們也同時在跟建築師RobinSpence在做國會大廈的擴建項目投標。參與蓬皮杜中心的競賽主要是想看看structure3和Piano&Rogers有沒有合作的潛力。於是，大家毫無顧忌地，想怎麼做就怎麼地愉快地參加了這次競賽。
結果大家都知道了，1971年7月，評審專家意外地從681份作品中選中了structure3和Piano&Rogers的方案。
▲參加競賽的方案三維模型
▲參加競賽的方案入口立面
▲參加競賽的結構方案圖紙
方案的推進
競賽選出來優勝方案後，就開始推進下一步設計了。就像現在中國的國際招標一樣，他們的方案中標後，法國政府準備安排法國的建築師和工程師作為LDI與他們密切配合，並接手施工圖工作。但在中了「彩票」以後，structure3花了了幾個月時間討論了自己在項目中的角色。最後，他們把自己定位為項目工程師，也就是說他們想做到施工圖，直到項目落地。他們與法國政府談判，這個方案的效果關鍵是節點和細節，沒有辦法區分方案和實施設計。最後，Robert Bordaz（政府項目公司的一把手）被說服了，頂住壓力讓中標團隊繼續深化下去。
這些事務主要是Ted Happold負責與政府和法國專家組進行談判。從這個項目的角色來看，小i覺得Ted Happold主要是項目經理的角色， Peter Rice是技術負責人的角色。
結構設計工作
建築高度確定為28m，這是消防雲梯的最大高度，也是消防規範中「高層」建築的臨界高度。超過這個高度，就會被要求更高的防火要求和更多的逃生路徑。柱子進行了薄型防火塗料的塗裝，同時柱子裡面通過注水，提高耐火極限。這創意小i表示很佩服，但估計目前國內的消防是不認這種做法的。
空間方面，建築師在中間要求一個44.8m的無柱空間，同時空間中的功能是不確定的。「流動和活動的空間」是建築設計的核心理念。也就是說結構需要做出一個44.8m的淨跨度，同時承載一個可能出現在任何地方的圖書館。再加上前後各6m寬的交通區域和服務設備區域，整個結構的寬度為56.8m。室內只是中間的44.8m跨部分，交通區和設備區都是室外。因此，幕牆自然而然地做在了室內外分界處。
Structure3一開始提的結構方案是桁架體系，桁架作為支撐樓板的水平跨越結構，同時用於走機電管線。兩側的交通區和設備區被當做伸臂桁架，顯然建築沒同意。面向廣場的交通立面，在建築的競賽圖紙中被畫成一道透明的牆體，而競賽中設想的結構方案與之相差甚遠。
▲格貝梁橋
後來，團隊中的一名工程師（Lennart Grut）提出了格貝梁（gerberette）。這是德國工程師Heinrich GottfriedGerber(1832-1912)於19世紀60年代在橋梁中應用的結構形式。格貝梁就像一個轉軸在立柱上的蹺蹺板，短的一頭支撐著主跨的大桁架，被壓翹起的細長的一頭，則由固定在建築底部的拉杆緊緊拉住。由於外側立柱被拉杆取代，視覺上的幹擾降到最低，透明的立面得以實現。這一方案很快就被採納。
▲格貝梁內力簡圖
緊接著就是構件設計，重點在格貝梁的設計。首先是格貝梁的形狀應該是什麼樣的？具體的設計由工程師Johnny Stanton在同事Laurie Abbott的幫助下逐漸形成，構件的形狀基本上就是其力學的圖解。在連接拉杆的一側是修長的，與立柱的連接處敦實強勁，因為彎矩在此處最大，而桁架支點處再次變細。建築師精心繪製、建模，結構工程師密切配合，最終格貝梁是一個既美觀又結構安全的形式。
這讓小i想起參與虹橋機場T1航站樓的改造項目，當時蝴蝶型的鑄鋼件，結構先給出力學上的要求，材質、板厚和角度等，然後建築師建模調整鑄鋼件的形態；廠家進行深化，微調模型；結構進行有限元分析，提出意見。再反覆多輪修改。最終才有了既美觀又安全的鑄鋼件形式。
鑄鋼件的故事
後面就是如何生產加工。一方面這樣一個複雜的截面形式，只能通過鑄件才能達到良好的效果，另一方面，Rice在1970年去了趟日本，看到了大阪世界博覽會慶典廣場屋蓋的大鑄鋼件，被震撼到了。因此，也希望可以採用鑄件這一新的技術。
鋼鐵最早就是以鑄鐵和鑄鋼的形式問世的，在歐洲大陸有很多用鑄件建造的橋梁。但是鑄鋼工藝自19世紀末以來並無太大的改變，因此，需要將現代的可靠性理論、和測試技術等引入這一古老的工藝。作為當時應用於核電站鋼鐵外殼和北海油田海上鑽進平臺的新技術，」斷裂力學」主要用以預測金屬在內部有裂紋或缺陷時的力學表現。眾所周知，鑄鋼件內部存在氣孔等初始缺陷。結構團隊將「斷裂力學」引入到貝格梁的設計中。小i覺得這個特別了不起，結構設計作為一個應用型的專業，其實我們很難從底層進行創新，如果能把其他領域的技術應用到結構領域，那就是非常厲害了。
使用這麼大的鑄件會給製造帶來很大麻煩，必然遇到了很大的阻力。在設計過程中，法國鋼結構方面的專家就告訴他們，他們希望採用傳統的方式來做出設計師想要的樣子，而不是鑄鋼。施工招標時，更是出現了么蛾子，首先所有的外國的投標單位最後都退出了，僅剩的兩家法國國內的承包商聯合給出了一個樣品，但是價格超出預算的50%；同時，給出了另一個替代方案（應該是板拼，然後外包的方案），價格正好是預算的價格。整個招標很混亂。業主直接宣布廢標，讓設計師跟報價最低的那家去談，並且讓他們全世界尋找可以達到他們製作要求的鋼結構公司。寫到這裡，小i可以發現，一個好的項目落地，真的是離不開業主、設計、施工所有人的努力。
這時候，日本鋼鐵（Nippon Steel）和德國克虜伯（Krupp）說他們能做，並且日本鋼鐵的報價只有預算的一半。最終，他們與克虜伯籤訂了合同。
事情一切進展順利，直到了1974年，第一根格貝梁在做承載力驗證試驗時，加載到一半設計荷載時就破壞成兩半了。第二根格貝梁同樣也是加載失敗。關鍵是，做試驗時已經有45根格貝梁鑄鋼件加工好了。
原計劃的設計和建造周期是5年，時間已是非常緊張。而且中間因為招標浪費了大約4個半月時間，出了這個事情時間就更緊張了。結構工程師團隊馬上去德國調查情況。
調查結果很快出來了。設計團隊編制的標書是用法文寫的，且適用的是法國標準。這是理所當然的。但是，其中加了一條對鑄鋼件的材質要求和梁之間特殊焊縫要求的條文，這條條文只在英國標準中有，因為這是最新的在建造北海油田海上鑽井平臺時出現的問題，英國的標準協會的專家用這一條條文來應對新出現的問題。這些問題在其他國家還沒遇到，自然就沒有意識。
德國的中標單位拿到標書，發現德國也有相關的規範，而且更嚴格。於是，就按照德國的標準執行了，也沒有細究這一條引自英國的條文。事實上，當時德法兩國的標準主要是針對的是薄壁的鑄鋼件，而大厚度的鑄鋼件與之性能差異很大。
接下來就是找補救措施。但溝通很困難。首先，structrue3的設計師在英國國內找專家；業主只相信法國人自己的專家組；而克虜伯那邊不認英國和法國的專家，只願意相信德國專家。「一條英國人新出的標準是對的，而德國一向嚴格的標準是不對的」，換我也覺得英國人和法國人在忽悠自己。
最後，終於在斯圖加特大學找到了Kussmaul教授，他採用斷裂力學研究材料並且他的研究成果應用在了德國核計劃中。於是很快，德國那邊的生產商被說服了。又很快，補救方法由Kussmaul教授的同事找到了，將已加工的構件重新熱處理。但有一些已經被機加工的沒法重新熱處理的，就只能被廢棄。時間又被浪費了三個月，最後克虜伯仍然按時發貨了。
對於其他杆件，設計相對簡單，他們有了自己的設計語言，拉杆是鋼棒，壓杆是空心截面，節點是鑄鋼件。原則一旦確定，推進就很順利。
到1974年，總統蓬皮杜去世了。於是，在重新大選期間。波爾堡藝術中心改名為蓬皮杜藝術中心。後面因為缺少了支持這個項目的業主一把手，項目推進中也發生了很多有意思的事情，在這裡就不贅述了。
最終，蓬皮杜藝術中心在1977年1月31日正式對外開放，強烈的建築風格引起了不小的爭議。但小i是很喜歡的。
說一下peter rice在這個項目的總結。他總結下來有兩點經驗教訓：一是溝通很重要。但實際上溝通很困難，不僅僅是跨國項目的語言問題，人們總是傾向於聽見他所願意聽見的東西。（感覺有點雞湯，但的確是這樣）。比如，設計人員希望施工單位都理解他們的要求了，也沒有事先多溝通，就認為對方已經理解了他們的招標文件。施工單位的人看了文件，覺得差不多就認為自己都了解了，也就沒有細看。所以，現在設計行業強調交底還是很重要的。
二是反思，雖然他們的設計文件、招標文件都沒有問題，圖紙也畫得很清楚，哪怕是克虜伯也承認這一點。但如果沒有找到補救措施怎麼辦？所以，不管文件多么正確，圖紙多么正確，現場出問題了，最終都是需要工程師出來解決問題。如果解決不了問題，那對整個項目的傷害是很大的，整個項目不好，那工程師就是有責任的。所以，在行業比較混亂的時候，保護自己的同時，如何有效地推動項目是需要負責人思考的問題。
感想
說點自己的想法。小i本來想寫得技術紮實一些，但後來發現，結構體系其實是不複雜的。但其中故事真的是豐富，而且深有感觸。因為設計團隊做到施工圖，市場混亂，施工出問題，工期又緊，這些問題都是要面對並且去解決的。技術是基本的，但不是全部，一個項目要做好真的不容易。
另一點就是相比跨國公司，我們的能力還是有差距。比如國際上其他標準的熟悉程度。比如鑄鋼件試驗失敗後，如何找到對的德國專家來與克虜伯公司對接，還是考驗一個公司的綜合能力。
再分享一個ARUP官網上的一篇文章《我們現在還能造出蓬皮杜藝術中心嗎？》。文中說的幾個觀點小i覺得值得我們的反思。
有興趣的可以讀原文。
https://www.arup.com/perspectives/would-the-pompidou-get-built-today
參考文獻：
1. An Engineer Imagine, Peter Rice
2. 結構工程師——蓬皮杜藝術中心——建築的文化想像 盧永毅等
3. the ARUP Journal, June 1973
4.https://www.rsh-p.com/projects/centre-pompidou/
延伸閱讀
結構大師——彼得·萊斯
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