冬奥会的六边形雪花，除了好看还有什么奥秘？

文｜唐克扬

“燕山雪花大如席”在北京2022年冬奥会开幕式上变成了现实。总导演张艺谋概括开幕式是“一朵雪花和一块冰”，前半段是由“水”到“冰”的故事，后半段，“雪花”是主角。运动员入场环节，引导每个国家和地区的代表团入场的少女的“雪花”引导牌，又排成了一条直线，一个圆，最后融合成一个巨大的雪花。

这一段观众们看得“不明觉厉”。但是，最终解说员告诉我们，舞台中央的那片“大雪花”，就是安放奥运“微火”的主火炬塔，它居然也是一座“建筑”。电视机前的大多数中国人——也包括我——应该还是有点儿意外。因为这个新颖的结构毕竟和奥运会过去那些火炬“塔”完全不沾边儿：毕竟，塔嘛，有个上下，也许还有大小。但是雪花，是一种多重对称而又自我相似的图形，而且飞来飞去，就像在奥运会开幕式的现场呈现出来的那样，它似乎完全不服从重力的约束。

让我们严肃地思考一个建筑学的问题：雪花，极其细微的无机世界的颗粒，真的可以变成一座我们看得懂的日常建筑的起点吗？这届建筑师竟没有帮上张艺谋的忙，但是冬奥场馆中，真有这么一座昵称“雪绒花”或“冰菱花”的建筑呢。那就是由朱小地工作室设计的五棵松冰上运动中心。建筑里45度斜线和正交直线构成的“花”并不就是雪花，媒体的叫法使人联想起学名侧金盏花，又名雪莲花的多年生林下植物，它的花瓣8到13片，和六角形的雪花并无共同点。设计师自己解释说，花格图案类似冰裂纹，相互交织的建筑结构会让人想起“冰雪的肌理”。“雪绒花”或“冰菱花”看来都只是模糊的意象，毕竟，如果你告诉匆匆的路人，这座训练馆闪亮的幕墙上能找到“无数片飘落的雪花”，他大概率不会反对。于是，这些通俗名字的后面到底是啥并没那么重要。

要知道，1611年，号称“天空的立法者”的德国天文学家开普勒——他最重要的贡献是发现了“开普勒三大定律”——可是专门为这小小的雪花写过一本书：《论六角形雪花》。在我看来，这本书的意义一点也不比开普勒定律逊色，因为它提出了一个有关视觉图形的终极之问，关乎每个人的生活经验：雪花为什么是六边形的？解答了这个问题，如何建造一座和六边形有关的房子也就有了眉目。

考虑到赛后要灵活利用规划为剧院、商超、亲子空间等，“冰菱花”的室内并没有多复杂，它就和我们走过的大多数高铁站一样，是一个巨大的长方体大跨空间。这不禁使我们想起另一座让人们开了脑洞的奥运建筑，“水立方”，按照当时参与项目建筑师的解释：“‘方’是中国传统城市建筑最基本的形态……中国传统的设计哲学催生了‘方’的概念”——事实上不光中国，古今中外的绝大多数建筑都是方形的，至少它们占据的地面形状是如此。受英国物理学家开尔文（Lord Kelvin）的“泡沫”理论启发，“水立方”的外观受益于让大多数建筑师都羡慕的新颖的ETFE膜结构气枕幕墙，它的结构部分因为应用了始于Weaire-Phelan多面体的空间桁架，算起来更不是一件容易的事。然而这一切并没有改变这样一个事实：里面的空间还是传统的，简单的，游泳比赛还是依循着古老的赛道，甚至看台的排布和第一次有游泳馆这样的建筑时也并无差别。

还是回到雪花-建筑这样一个最基本的话题。雪花的图案是抽象的复杂法则的结果，即便天天见到雪花的极地人也不见得理解这种图形的内在奥秘：它既包括旋转对称，也包括两侧对称。让矢志发现它的秘密的开普勒也琢磨不透的，是你能看到的雪花从不会重复，因为雪花形成中涉及了一系列貌似简单，但组合起来便千变万化的物理/化学机制，它们让雪花的形状在规则和不规则之间来回摆动，既繁复又单纯：比如“相变”、比如“分岔”、比如“分形”……大多数时候，不了解这些机制并不妨碍我们评判一座建筑的外观，但是我们一旦开始使用建筑，真正的挑战就来了。

为什么让大家觉得极为“高科技”的算法产生的图案大多数时候只能成为一种装饰呢？大多数时候，为什么哪怕建筑门窗也只能是四四方方的，而不能变成一朵雪花？

雪花毕竟是个活物，它寓意多而不是少，就像开幕式伴随各国入场的乐曲一样，是真正复杂性和随机性的产物。它不是造就了我们城市的四边形，趋于均一和静止；也不是奥运会会徽圆形的上三下二的排列，有什么具体的寓意，除了当然位于中央的中国，按汉字笔画流水排列不同国名的雪花，避免了特殊性可能导致的争议。单纯就物理过程而言，雪花代表的六边形是一种完美的，蕴含万物生成逻辑的图形，假如你把一堆乒乓球装进一个纸箱用力摇晃，它们会自动排列成一个立体蜂窝的形状，这种排列最紧凑，而且一旦稳定下来就不易移动，因此水果商包装他们的产品也常按照这种模式。六边形（以及它内含的三角形）还可以在空间中无缝形成一个完美的球体，二战之后在建筑工程学方面最重要的思想家之一富勒（Buckminster Fuller）就梦想着建造这么一个前所未见的人类家园，完全由这种几何形式构成。

可是最为困扰富勒的，就是既有的人类居住形式和这种完美空间图形适配的问题：且不说六角形中很难放得进传统的家具，今天随便一个装修师傅都了解，菱形的网格虽然比正交的好看，使用六角形阵列排列瓷砖会有一个收边的问题，最边上的那一条瓷砖要么要切除多余的一半，要么就会显得参差不齐——自然界的法则和人类世界习惯使用的那几种几何形式，不总是能够完美衔接。复杂却没有意义，富于意义又不见得有用，这可能不纯是偶然的。

这种原理和结果间的断裂主要体现于以下不同的层次：首先是那些比较实际的约束，在“冰菱花”中，外层幕墙内含的菱形尽管做成了上下左右都适配的45度角，但是在那些有厚度的立体图案中，依然难以用比较经济的形式安装玻璃，所以这道幕墙只好独立于安装标准门窗的建筑内表皮，在两者之间形成一个新的外廊空间，而幕墙只能“徒有其表”。再说了，虽然两者都是为了“观看”，苏州园林花窗般的外表皮不大容易对巨大的体育场馆室内产生意义——它们的功能之别或许是命中注定的，就像水立方复杂的膜结构，潜在地造成了室内比赛的光污染，需要想办法折中、消除。就这样，依赖参数化设计得到的大部分复杂建筑形式，虽然有着和宇宙物理过程媲美的外表，但是现有的建造技术和设计流程还不足以让“（建筑师）所设即（使用者）所得”——更重要的是，被数学和物理描述的完美，，和生物过程所具有的不完美特征，乃至文明世界对建筑空间意义总有点“偏心”的命名，三者确实不是一回事。

仿佛有一种神秘的公式算出了雪花的形状，又是另外一种机制，让人类迄今为止大多数的创造物的观感与此密码无关——尽管遗传机制无处不在，你看不见DNA这东西，也不能靠直觉理解它。想象一下吧，人自身就是这种矛盾性的产物：表面上看，人的身体已经保留了那种完美天成的生物演化的痕迹，两侧对称是大多数高等生物胚胎发育过程中产生的外形特点……但是人的内脏分布却并不服从这种规律，它们既不是视觉上对称的，也不遵从概率上的对称——比如，为什么不是一半人的心脏在左胸，另一半人在右胸？这种并非对称的生物学特点，有个专门的说法叫做“手性”（handness）。

尽管人手生来一样，但大多数人是右撇子，而且在后天大多数人会发展出更为强烈的生理上的“不对称”的特征。这种广义上的不对称，在建筑上有着更多的外部因素，意味着我们造房子得有一种“非此不可”的类型，不要说是个富勒那样的球体，我们很少能造完全对称的房子，因为东客西主，左进右出，北半球的太阳大致从东升起……即使左右对称，总还有逐渐深入，里面外面谁更重要的问题。每种建筑类型具有别的类型不能取代的特点，这种特点同时是优点和缺点，变更建筑类型意味着巨大的挑战，比如公共建筑往往有一条根据语境所设定的流线，入口和出口的设置不是任意的，而是随着一套条件相对稳定。

更不用说，在这种机制上还叠加了一种更无头绪的文化认定的问题，有可能和以上讨论完全无关，比如某酒厂的领导就想把房子盖成酒瓶的样子……你也可以认为是“内容”撼动了外表，这种理由虽然遭人嫌弃，但是确确实实在古今中外的建筑实践中广泛存在。与“冰菱花”创意方向类似的另一座表皮建筑，法国建筑师让·努维尔的早年作品，位于巴黎的阿拉伯中心，使用了极其繁复的伊斯兰风的图案作为它最基本的意义卖点，而且这些图案还构成可以控制光线进入的“快门”机构，貌似有些功能方面的优点（只是1980年代的技术不足以保证它运作自如）。中国传统建筑，尤其是唐宋以后的，也大量使用这类抽象的几何图案作为门窗格式。有意思的是，尽管构成两种文化装饰特征的几何原则其实是共同的，但是在实践之中，一个一看就是中国，另一个则带有域外的风情——两者的内部空间都和表皮拉开了距离，这点又基本相似。

上述图案/图像中沉淀的某种“有意味的形式”具有潜在的意义，不可抗辩。同样，桌子一般是长方形，人或书写，或主持会议，这种功能却具有先天的选择性，而且与时俱进。服从重力的建筑结构具有同样的前定，进化缓慢，大多数建筑，除了轮廓周正，最主要的是界定一系列可以使用的“平面”，因此不管什么复杂外形的建筑都要尽可能地形成大块面的楼层，很少能做成梯田的形式。以上三种约束，（具体）文化的，（特定）功能的，结构（力学）的，都和自由飞翔的雪花相悖。

在奥运会开幕式之中，我们看到的，却是简单真的也可以复杂，个体须臾就转化成了整体。活生生的演出不受制于静止的钢筋水泥的形体，“雪花建筑”有点儿具象，但是因为“生长”不讨人嫌。

——所以张艺谋并不需要找一位建筑师设计他想要的火炬塔。

微信编辑｜吴思