悉尼歌剧院的创意并非来自橙子

北京方雨

                                    提 要

    乔·乌松说，他当时设计悉尼歌剧院的外观时，灵感来自家乡丹麦的海边古堡和墨西哥的玛雅神庙，并决定把上层建筑设计成看不到窗户的白色轻盈雕塑。

    悉尼歌剧院的外观设计被采纳后，遇到曲面屋顶在工程上难以实现的问题。乔·乌松经过三年的冥思苦想，才想到这些屋顶的曲面可以同属一个球面方程，从而解决了结构部件设计制造和安装问题，也使所有的曲面看上去非常和谐。

    即便球面方程的解决方案可以被通俗地称为“橙子”（但乔·乌松的文章从未这样说过），那也是在外观设计后三年才想出来的。所以，不是乔·乌松看到橙子才设计了悉尼歌剧院，而是悉尼歌剧院设计出来之后很久，才让他想到“橙子”。

上周末的《开心辞典》中有这样一道题：“悉尼歌剧院设计灵感来自于什么？”参赛者有的说像风帆，有的选“贝壳”，也有的选了我认为根本不搭界的“橙子”。但让我意外的是，王小丫给出的标准答案竟然真的是“橙子”。王小丫解释说，设计者当年的创意其实是来源于切开的橙子。

我曾到过悉尼，这座歌剧院也是我最喜欢的建筑。这座美丽的建筑坐落在悉尼港，面向大海，我一直听到的故事是这个建筑既像贝壳，也像风帆，怎么能和橙子联系起来？更重要的是，我无论如何切不出像悉尼歌剧院鱼背状屋顶的一瓣橙子或一片橙子皮，莫非设计者的橙子表面是有棱角的？所以我决心“大胆假设”王小丫说得不对，然后“小心去求证”。

这个答案当然不是王小丫自己想出来的，一定有它的来路。于是我仔细阅读了维基百科英文版，又查了悉尼歌剧院的官方网站，却没有得到有关“橙子”的线索。在一些英文博客中发现了类似的说法，但似乎都没有权威性。线索倒是来自中文的《百度百科》，在“悉尼歌剧院”一条中有这样一段话：“据设计者晚年时说，他当年的创意其实是来源于橙子。正是那些剥去了一半皮的橙子启发了他。而这一创意来源也由此刻成小型的模型放在悉尼歌剧院前，供游人们观赏这一平凡事物引起的伟大构想”。

既然是设计者自己说的，那我就追根寻源，查一下设计者这段话的来源和这个模型。我终于在网上搜到了上面所说的那个模型的图片( 见附图)。这个位于悉尼歌剧院门口的青铜浮雕模型有一段设计者乔·乌松的话：

 
悉尼歌剧院门口的青铜模型：壳形分片全都满足同一个球面方程

设计者乔·乌松的说明

After three years of intensive search for a basic geometry for the shell complex I arrived in October 1961 at the spherical solution shown here.

I call this my “key to the shells” because it solves all the problems of construction by opening up for mass production，precision in manufacture and simple erection and with this geometrical system I attain full harmony between all the shapes in this fantastic complex.

我把这段话翻译如下：

“对这样一个复合的壳形系统，我力图寻找一个对应的基本几何形状。经过三年深入细致的探求，终于在1961年10月找出了大家面前这个球形的解决方案。我把这个方案称作“解决我壳体的钥匙”，因为它解决了开展大规模制造、加工零件的精度问题以及简单装配问题。并且，利用这个几何体系，我使得这个奇妙的复合结构中所有的形状完全和谐一致。”

在这段说明中，乔·乌松并没有说歌剧院外形的灵感来自什么，而且也没有提到橙子。但可以确定，这个球面是乔·乌松在外观设计初稿提出三年后才想到的。实际上，他的外观设计被采纳后，遇到了建造上的极大难题，为此他冥思苦想，终于得到了这些壳形片都在同一个球面上的思想（见附文）。所以，这个灵感即便来自橙子，也并非乔·乌松设计这座歌剧院外观时的灵感，而是他在研究工程上如何实现这个设计时的灵感。这个方案极为重要，因为设计这样一个外观固然需要天才，但更重要的是如何去实现它。例如，设计建筑的框架时，如果没有描述这些曲面的数学方程，就将无法设计零部件的精确尺寸。而乌松提出所有的壳体分瓣表面都满足同一个球面方程，就揭示了所有壳形的内在联系，并给出了一个最简单的解决方案（球面是除了平面外最简单的曲面）。由于这些壳形全是同一个球面的一部分，工程师们就有了计算依据，因为所有的壳形外壁、肋骨和每一片瓦片都具有同样的曲率，这使得制造这些特殊建材变得非常简单，而且可以分块浇注壳体外墙。如果没有这样一个数学方程，只能采用模型按比例放大样，但那不仅极其费时，而且无法保证精度。不过，现在也有人说，这个方案也并不是乌松最早提出的。

乔·乌松文章中说明自己用球面确定每片壳形的数学方程

 
我还找到了乔·乌松2000年6月的一篇文章Sydney opera House Utzon Design Principles，这在篇文章中，作者详细介绍了他设计歌剧院的灵感（insparation）：悉尼港的地理形状使他联想到自己家乡丹麦的克伦堡(Kronborg)，所以他决定建筑一个像克伦堡那样巨大的平台和宽广的台阶。而为了让人们看海的视野尽量少受阻挡，在这个平台上的，应该是一个轻盈的犹如雕塑的建筑顶部（"light" sculptural roof），与下面的坚实宽广的平台形成对比。这个上层建筑应该是白色的，且尽量不用门窗，否则看上去就会像一个办公楼而不像雕塑。作者还说，他的设计灵感还来自墨西哥的玛雅神庙。乔·乌松逝世于2008年，享年90岁，所以这篇文章就是他“晚年”对悉尼歌剧院设计灵感的说明，但也没有一个地方提到橙子。

 
乔·乌松家乡丹麦的克伦堡(Kronborg)


墨西哥的玛雅神庙（来自乔·乌松文章）

确定每一片连续的壳形都满足同一个球面方程，施工问题迎刃而解

（来自乔·乌松文章）

 
壳形表面上任何地方都是半径相等的正球面或正圆弧，大大简化了构件制造和装配

所以，乔·乌松并没有说过悉尼歌剧院外观设计的灵感来自橙子。当然，让我有些失望的是，他也没有说灵感来自贝壳或风帆，只是说像一个“轻盈的雕塑”（民间说像风帆没有任何依据；说像贝壳，应该是来自乌松经常用到的英文shell，但在建筑中shell是薄壳结构的意思，并非专指贝壳，也是误读）。但我细想一下，这很自然：如果设计者明确告诉我们这样一个抽象的建筑像什么，岂不完全失去了想象的空间？同样，我们也从没听说过哪位雕塑家说自己抽象派的雕塑“像”什么。那为什么会有“橙子”的说法呢？再看看那个歌剧院门口的青铜球形模型，还真像一个橙子（不过并不是“剥开”的橙子）。我想，一定是哪位不懂数学，却具有丰富想象力的人编出了这个貌似合理却不符合事实的故事。这件事再次告诉我们，科学发明与创造是艰难复杂的，绝不像大众中流传的通俗故事那样简单轻松。

附：《维基百科》关于悉尼歌剧院建造的相关资料

The shells of the competition entry were originally of undefined geometry, but, early in the design process, the "shells" were perceived as a series of parabolas supported by precast concrete ribs. However, engineers Ove Arup and Partners were unable to find an acceptable solution to constructing them. The formwork for using in-situ concrete would have been prohibitively expensive, but, because there was no repetition in any of the roof forms, the construction of precast concrete for each individual section would possibly have been even more expensive.

From 1957 to 1963, the design team went through at least twelve iterations of the form of the shells trying to find an economically acceptable form (including schemes with parabolas, circular ribs and ellipsoids) before a workable solution was completed. The design work on the shells involved one of the earliest uses of computers in structural analysis, in order to understand the complex forces to which the shells would be subjected. In mid-1961, the design team found a solution to the problem: the shells all being created as sections from a sphere. This solution allows arches of varying length to be cast in a common mold, and a number of arch segments of common length to be placed adjacent to one another, to form a spherical section. With whom exactly this solution originated has been the subject of some controversy. It was originally credited to Utzon.

译文：

在最初的歌剧院设计竞赛中，这些壳并没有几何学上的定义,但在设计过程的开始阶段，这些“壳”被定义为由一系列的混凝土肋骨支撑起来的抛物线。然而，奥雅纳工程顾问公司的工程师们找不到建造这些“壳”的方法。使用现场浇筑混凝土来建造的计划由于造价高昂而遭到了否决，因为屋顶的结构都是不同的，这样就要求有不同的模具，最终导致造价高昂。

从1957年到1963年，设计队伍反复尝试了12种不同的建造“壳”的方法（包括抛物线结构，圆形肋骨和椭圆体），最后终于找到一个经济上可以接受的解决方案。“壳”的设计是最早利用电脑进行结构分析的工作之一，以研究壳上所承受的复杂的力。1961年中期，设计队伍找到了一个解决方案：所有的“壳”都是球面的一部分。该办法可以使用一个共同的模具浇注出不同长度的圆拱，然后将若干有着相同长度的圆拱段连接在一起形成一个球形的剖面。究竟谁是这个解决方案的发明者存在一些争论，但曾经归功于乌松。