[分享 Share]雪梨歌劇院背後的無名英雄：日本建築師三上祐三的設計旅程
by FAM
雪梨歌劇院50週年紀念
2023年，雪梨歌劇院慶祝其建成50週年，這引起人們對於其建造過程中充滿戲劇性與色彩豐富的過往回憶。這座位於雪梨港的多功能表演藝術中心，以其帆船（或貝殼）形狀的屋頂聞名，具有強烈辨識性，作為位於風景如畫的班納隆角的旅遊勝地，每年吸引超過1000萬名遊客前來參觀。然而，它不僅僅是一個旅遊景點，它還象徵著創新和創造力，為無數澳洲人帶來極大的自豪感。
三上祐三和雪梨歌劇院的隱藏貢獻
一個鮮為人知的事實是，一位日本建築師在創建這座傑作的過程中發揮了重要作用，該建築於2007年被列入聯合國教科文組織世界遺產名錄。1958年至1961年間，三上祐三(Yuzo Mikami，1931-2020)在丹麥一個位於山毛櫸林中的工作室裡，與丹麥建築師約恩·烏松（Jorn Utzon）密切合作，烏松是這座建築設計的創始人。
在倫敦辦公室工作的歲月 隨後，在1960年代的五年多時間裡，三上祐三在結構工程師歐文·阿魯普（Ove Arup）的倫敦辦公室工作，加入了一支團隊，負責將烏松的創意想法轉化為現實。儘管如此，三上祐三在建築界仍然是一個相對默默無聞的人物，即使在1968年返回日本後，他設計了包括東京澀谷區的「Orchard Hall (オーチャードホール)」音樂廳在內的幾個大型建築。
對三上祐三遲來的認可
如今，在這個象徵著澳洲的紀念碑完成50年後，了解三上祐三的人認為，對他的成就給予認可是遲來了。三上祐三出生於東京，主修建築學，畢業於東京國立美術音樂大學（現為東京藝術大學）。他通過在畢業後工作的著名建築師前川國男的介紹，參與了雪梨歌劇院的設計工作。前川負責設計1958年布魯塞爾博覽會（1958 Brussels Expo）的日本館。
雪梨歌劇院與三上祐三的未來認可
三上祐三的事業軌跡，從參與設計雪梨歌劇院的初期階段，到在倫敦與烏松的團隊密切合作，再到他回到日本後的建築成就，都展現了他作為一位建築師的卓越才華和對藝術的無限熱情。然而，儘管他的作品在全球範圍內受到讚譽，三上祐三的名字在建築史上仍然未能得到應有的重視。隨著雪梨歌劇院50週年紀念的到來，也許是時候重新評價這位日本建築師對於現代建築藝術的貢獻了。
雪梨歌劇院的設計之旅
當烏松，一位贏得了國際競圖並被選為雪梨歌劇院設計師的建築大師，在前一年見識了前川國男設計的館展後，他請求前川派遣一名建築師與他共事。這是一個轉折點，開啟了雪梨歌劇院建設的一段傳奇故事。
三上祐三的創意貢獻
在他於2001年出版的書籍《烏松的球體：雪梨歌劇院——其設計與建造過程（Utzon’s Sphere: Sydney Opera House — How It Was Designed and Built.）》中，三上祐三詳細描述了他與烏松以及一群才華橫溢的建築師共度的充實而快樂的日子。這本由彰国社出版，並已被翻譯成英語的書籍，收錄了他許多關於雪梨歌劇院設計的素描，為讀者提供了對這位丹麥天才及其團隊創意鬥爭的第一手見解。
紀念雪梨歌劇院建造的創新設計
三上祐三最早的任務之一，是設計一塊紀念開工的牌匾。烏松要求他提出一個獨特的想法，於是他提議安置一個圓形牌匾，而非傳統的矩形，並將其放置在兩個大廳的屋頂中心線向外延伸至外廊邊緣交匯處。
他將這塊牌匾比喻為人體的臍帶。根據三上祐三的書中所述，烏松立即喜歡上了這個想法並採納之。即使在今天，這塊直徑為61公分的銅質牌匾仍然安置在通往兩個大廳的台階底部，見證著雪梨歌劇院的歷史。
三上祐三的工作轉變
1960年，當三上祐三仍在烏松麾下工作時，他受到歐文·阿魯普（Ove Arup）的邀請，前往其倫敦辦公室擔任建築助理。三上祐三立刻決定轉職，因為他對「結構理性（Structural Rationality）」的設計充滿興趣，而且阿魯普同意贊助他獲得工作許可證，這對當時的日本人來說非常困難。這一決定在三上祐三家族保存的未出版自傳手稿中有所記載。
對Ove Arup的讚揚
「儘管阿魯普是一位偉大的工程師，領導著一個龐大的設計組織，並且執行著無數任務，但他也尊重為他工作的人的個性和生活，努力將他們視為平等的人類，」，三上祐三在他的著作中這樣寫道。
雪梨歌劇院的屋頂設計巧思
1962年，三上祐三在慕尼黑獨立工作大約一年後，加入了歐文·阿魯普與夥伴們的辦公室。在這段期間，他也迎娶了卡琳（Karin），一位德國鋼琴家，根據現居東京的建築師，也是三上祐三56歲的女兒三上惠理華（Erika Mikami）的說法，他們是在幾年前相遇並「一見鍾情」。她提到，他們倆也共享對音樂的熱愛。
三上祐三在雪梨歌劇院屋頂設計的重要角色
在歐文·阿魯普及其夥伴們的公司，三上祐三積極參與了雪梨歌劇院貝殼形屋頂的細部設計，這是賦予該建築獨特外觀的關鍵特色，同時也參與了屋頂瓦片的設計。
烏松的貝殼形屋頂設計與創新解決方案
烏松提交競圖的作品特色是貝殼形的屋頂，但由於其自由形態，無法按原樣建造。要實現建造，屋頂必須遵循一個幾何模式，這樣各個部分才能精確製造。經過三年的密集研究後，烏松有了一個「頓悟」，提出了所謂的球形解決方案，其中每個貝殼形狀都將取自一個球體。
對雪梨歌劇院的獨特貢獻
《雪梨歌劇院——從構想到標誌（Sydney Opera House — Idea to Icon）》一書的作者邁克爾·莫伊（Michael Moy），在三上祐三2020年去世後為《雪梨晨鋒報》撰寫了一篇整版訃告，他說三上祐三因為是唯一一位與烏松和阿魯普都有工作經歷的建築師，為該建築帶來了獨特的視角。
三上祐三在Ove Arup團隊中的獨特地位
「我想，對阿魯普來說，擁有祐三這樣的員工是一種優勢，因為祐三早期與烏松的合作經驗，」莫伊說。「在阿魯普公司裡，誰能比祐三更了解烏松的思維？當然，阿魯普本人也相當瞭解烏松，但那種關係缺乏設計團隊早期日子的親密性。」
日本建築師的歐洲創業之路
三上祐三不僅在建築領域取得了卓越成就，還在文化意義上是一位開拓者。他在歐洲開創了職業生涯，這在當時的日本是非常罕見的。直到1964年，日本才解除了對海外旅行的限制。他的經歷在日本建築師中是獨一無二的，因為大多數日本人那時甚至不被允許出國旅行。
國際視野與獨特貢獻
「我們現在生活在一個全球化的世界裡，許多人都會出國留學，」御茶水女子大學建築系教授元岡展久（Nobuhisa Motooka）說。「但在當時，三上祐三在日本的建築師中是獨一無二的，他在歐洲工作並發揮了重要的作用。」三上祐三的國際視野和在歐洲的工作經歷使他在日本建築界中脫穎而出。
三上祐三對雪梨歌劇院貢獻的自豪
三上祐三本人對於能夠為兩位讓雪梨歌劇院成為現實的巨人工作感到自豪。他在手稿中寫道：「沒有人質疑烏松在設計雪梨歌劇院時的原創性和天賦。」同時，他也強調了阿魯普對於烏松的極高技能和超人的協作，「這讓競賽提案中美麗的夢想在班納隆角（Bennelong Point）成為現實。對於阿魯普的幫助，烏松永遠懷有深深的感激。」
三上祐三的獨特經歷
三上祐三說明，「由於命運的奇妙轉折，我能夠從烏松和阿魯普兩個辦公室的角度參與這項獨特的設計工作。沒有其他人有過這樣的經歷。」。1968年，三上祐三返回東京，這是在烏松因時間和成本問題的政治壓力而辭職兩年後的事。新南威爾士州政府委託了包括一位名叫Peter Hall的年輕建築師在內的三名澳洲人完成這件龐大的展演建築。三上祐三在他的書中回憶說，他為Peter Hall感到「抱歉」，他在1959年訪問烏松在丹麥的辦公室時曾遇見過他，並向他展示了周圍的情況。
雪梨歌劇院未完成的畫作
三上祐三在他的著作中提到，有人比喻完成雪梨歌劇院就像是讓三人完成一幅未完成的林布蘭畫作。他認為這個比喻非常貼切。這不僅反映了雪梨歌劇院建設過程中的複雜性，也揭示了三上祐三對其的深切情感。
對烏松辭職和「可調整廳」概念的取消的不滿
三上祐三對烏松的辭職和「可調整廳（convertible hall）」概念的取消感到不滿。這個概念最初是烏松為雪梨歌劇院的主廳提出的，但在過程中他放棄了這個想法。可調整廳是為了適應具有不同聲學要求的活動而設計的，它透過移動內部天花板和牆壁來實現，進而確保每場演出的最佳混響時間（例如，交響音樂會為1.9秒，歌劇為1.6秒）。
可調整廳的聲學設計
聲學效果還取決於內部結構的材料，如木材或混凝土，以及每個觀眾座位周圍的空氣量。三上祐三寫道，混響時間會隨著可用空氣量的增加而增加，意味著每個觀眾座位需要大約10立方米的空氣才能達到兩秒的混響時間。
關於可調整廳的堅持與失望
三上祐三個人堅信，「可調整廳」在技術上是可行的，但澳洲團隊提出將主廳僅作為音樂會場地，而將第二個較小的廳作為歌劇場地。根據他的著作，三上祐三對這一計劃的改變感到非常失望，他試圖說服霍爾堅持烏松最初的可調整主廳想法，用於歌劇和交響音樂會，但未能成功。
實現夢想：建造真正的可調整廳
1968年回到東京後，三上祐三於1973年成立了他自己的「MIDI綜合設計研究所（MIDI Architects）」，並於1984年受委託設計了擁有2150個座位的Orchard Hall (オーチャードホール)。在那裡，三上祐三實現了他長期以來的夢想，創建了一個真正的可調整廳。
三上祐三訓練員工的嚴謹態度
辦公室位於東京的建築師小川真樹，曾在三上祐三的事務所工作，他表示三上祐三對員工要求非常嚴格，但也深入培訓他們以「耳朵設計」的方式進行工作。這種訓練方式不僅強調技術的精確性，更注重於對聲學細節的敏感度和理解。
「Orchard Hall (オーチャードホール)」音樂廳的聲學設計
對於位於東京涉谷「Orchard Hall (オーチャードホール)」音樂廳，三上祐三設計了三個巨大的聲學反射裝置，這些裝置由電動馬達驅動，巧妙地嵌套在舞台後方，並能夠根據每場演出的需要移動到合適的位置，無論是交響音樂會、室內樂演奏、歌劇還是流行音樂會。
創新移動式建築，對傳統聲學設計的突破
「每個反射裝置重達約40噸，幾乎與一輛動力火車車廂一樣重，」小川真樹說，他曾在三上祐三的指導下參與「Orchard Hall (オーチャードホール)」音樂廳的設計。「牆壁非常堅固，所以這幾乎就像是一座移動的建築。」，日本許多音樂廳都配備了接近天花板的聲學反射板來調節混響時間，但小川真樹表示，三上祐三認為這樣的設備不足以達到最佳的聲學效果。
三上祐三實現的可調整廳夢想
在三上祐三訃告中，邁克爾·莫伊（Michael Moy）寫道：「在三上祐三的心中，世界現在擁有了烏松所構想的可調整廳：不是在雪梨班納隆角，而是在東京的澀谷區。」這一表述彰顯了三上祐三對於實現可轉換廳夢想的堅持和成功。
Orchard Hall (オーチャードホール)音樂廳的持久魅力
自1989年開幕以來，Orchard Hall (オーチャードホール)音樂廳雖經過修繕，但其主體結構仍與建造時大致相同，負責營運管理這一表演藝術場地的東急集團（Tokyu Group）向三上祐三和小川真樹承諾，將「永久」保持大廳的原貌不變。小川真樹指出，這一重要開發商的立場深深地感動了他們兩人。
複合文化設施中唯一保留的設施
位於澀谷的複合文化設施「Bunkamura」裡，「Orchard Hall (オーチャードホール)」音樂廳是唯一保持完整的設施。該複合設施的其他部分，包括一家電影院、一家博物館和一個戲劇劇院，在2023年4月份作為該區域長期重建計劃的一部分被關閉。
致力於記錄三上祐三的工作
為了記錄三上祐三的工作，小川真樹與三上惠理華和兩位學者正在努力出版一本書。這本書將基於這位已故建築師留下的大量紀錄、圖紙和筆記，在雪梨這一地標建築50週年之際，小川真樹表示，他希望人們記住那些設計和建造這一傑作的人的能量。雪梨歌劇院呈現了設計者、結構工程師和建造者的熱情，他們認真合作，創造了這座建築。
三上祐三於2020年8月27日因老衰逝世，享壽89歲
你所不知道的雪梨歌劇院，帶你揭秘偉大建築的建造歷程
原文網址：https://kknews.cc/news/zaxpgel.html
或許你沒有去過澳洲，但你一定聽過雪梨歌劇院。它的外形像三個三角形翹首於海邊，白色的屋頂猶如貝殼。你一定想不到，這座「殼形」的屋頂，並不是真正的薄殼結構，而是採用了肋拱結構。其設計建造過程極其曲折艱辛，歷時14年，超支達1457%。從設計圖紙被選中的那一刻起，正式拉開了建築師和結構工程師長達十幾年的「鬥爭」。
一.結構外形
「靈感來源於切開的橙子」
雪梨歌劇院的外觀為三組巨大的殼片，聳立在南北長186米，東西最寬處為97米的現澆鋼筋混凝土結構的基座上。
由三大部分組成：音樂廳、歌劇廳和貝尼朗餐廳，前面兩個是音樂廳和歌劇廳，後面較小的是貝尼朗餐廳。
二.建築方案
「故事總有幾分戲劇性」
時間回到1955年，澳洲政府為雪梨歌劇院舉辦了全球性的設計比賽，吸引了233名來自32個國家的建築師參賽。最終意外勝出的是丹麥籍名不見經傳的建築師Jørn Utzon(約恩.伍重)。
雪梨歌劇院草圖
約恩.伍重的設計評委美國設計師埃羅.沙里寧看到後欣喜若狂，力排眾議，最終確立了其優勝的地位。然而，約恩.伍重是著名的紙上建築師，他曾經在18次建築比賽中勝出了7次，最終僅有雪梨歌劇院落地建成。因為他的設計大多著重建築的美學部分，從技術層面上看卻存在較多問題，實現起來也是難倒了工程師們。這不，結構大師Arup就在雪梨歌劇院這個項目上傾力近10年的時光。
三.屋頂結構方案
「從建築方案到落地是一個艱難而曲折的過程」
大家進入歌劇院內參觀時，第一眼看到的是各種素麵朝天的水泥柱子。很多人會覺得幻滅。然而，當年這一條條如肋骨狀的預製混凝土嵌板可是偉大的建築創新。這些混凝土肋一共有2194個嵌板，每個重量約15噸。
尋求解決方案是由建築師和工程師團隊之間緊密的溝通和交流相互推動的。為了保持伍重的原始想法，奧雅納公司的工程師們在1957年至1963年之間開發了多達12種不同版本的混凝土屋頂設計。屋頂從建築師原始草圖的自由形狀演變為最終設計的球形幾何形狀。
雪梨歌劇院早期模型
奧雅納和伍重
薄殼結構的早期探索
A.競賽設計 ,1957 B.早期拋物形設計，1958
伍重手繪 拋物狀屋脊，拋物狀屋肋
單層混凝土薄殼 單層混凝土薄殼
建築師最初設想：
100mm(屋頂處)~500mm(基座處) 混凝土薄殼結構
方案失敗原因：
- 混凝土殼結構形狀合適的情況下，薄的混凝土殼結構才能得以實現。而伍重的結構顯然不能滿足要求。
- 如果殼體屋蓋都是凸面向上平放，當受到重力作用時，可以通過殼體的薄膜壓力來抵抗外界荷載；當受風力作用時，所受的向上風吸力，只要小於殼體自重，一般無害。所以殼體的優越性是在重力作用下其產生的大部分內應力是壓應力，對混凝土這種耐壓性能好的材料，採用殼體結構形式是十分合適的。但雪梨歌劇院的殼體屋蓋不是平放，而是斜向懸挑，這樣殼體受到對的作用時，其內應力根本不是薄膜壓應力，殼體的優越性完全沒有了。特別是受到風力作用時，如風力施加於殼體凸面，則是與殼體自重聯合作用下，更會增加殼體的傾覆傾向。所以斜向懸挑放置的殼體屋蓋，其內力不全是壓力，而存在力矩，這樣就不能採用殼體厚度很薄的殼體。
雙層混凝土薄殼結構
C.拋物形設計，1959-61 D.圓形屋脊設計，1961
雙層混凝土薄殼 混凝土包裹屋頂空間桁架
雙向屋肋，結構百葉牆 百葉薄殼取代百葉窗
薄殼結構進階方案：
混凝土殼外殼+堅固的鋼結構內部結構
方案失敗原因：
- 建築師棄用，殼的主要結構會被隱藏起來
- 仍然存在很多結構問題，並不完善
預製混凝土肋拱結構
E 圓弧屋脊設計，1961 F 圓弧屋脊設計，1961
拋物狀屋脊，圓弧屋肋 拋物狀屋脊，圓弧屋肋
混凝土包裹屋頂空間桁架 預製混凝土屋肋
結構接點穿過百葉牆 結構塔牆
G 橢球面設計，1961 H 橢球面設計，1961
橢球面屋脊，橢球面屋肋 橢球面屋脊，橢球面屋肋
鋼結構外包混凝土表面 現澆及預製混凝土
肋拱結構方案：
1961年，由Arup高級結構工程師Jack Zunz提出採用以預製預應力Y形、T形水泥肋骨拼接的殼體及因之而帶來的厚重邊沿結構，其靈感來源於古代哥德式穹券。
方案分析：
這種三鉸拱並列拼接而成的」殼體」結構，外表面呈球面形狀，其凹面形成招風的「口袋」,因此拱在風吸力的作用下，其受力狀態與平常拱在重力荷載作用下的情況完全相反，拱內力不是受壓，而是受拉，必須利用拱的自重和施加預應力才能抵消其拉力。拱在風額荷載和自重作用下所引起的整體傾覆問題，則需在拱腳採取抗拉措施解決。
結構體系上的受力問題雖然得以解決，但是在施工難度上卻有很大的問題。原來的設計不但沒有規律，各扇型結構都有不同的彎曲度，完全沒有邏輯可言，而且不同的彎曲面是互相接觸的， 在無規律彎曲面的接合上，是很難確保施工的品質管理。
屋頂結構剖面圖
豎向力：沿著內部肋骨向下延伸到底座
水平力：外部載荷沿殼體向下傳遞
球狀設計，預製混凝土肋拱結構
J 橢球面設計，1961 K 球狀設計，1961
橢球面屋脊，橢球面屋肋 大圓屋脊，小圓屋肋
現澆及預製混凝土 現澆及預製混凝土
L 球狀設計，1962 M 最終球狀設計，1962-63
大圓屋脊，小圓屋肋 大圓屋脊，小圓屋肋
現澆及預製混凝土 現澆及預製混凝土
最終方案：
由建築師約恩.伍重在肋拱方案的基礎上提出。所有的殼體都是半徑75米球體的一個部分。所有的混凝土都可以在相同的模具中鑄造。
位於雪梨歌劇院門口的青銅浮雕模型
肋拱布置示意圖
施工中澆築肋拱
四.新技術在結構設計中的運用
「烏松的屋頂給結構設計帶來了巨大的挑戰」
非常值得一提的是，在雪梨歌劇院的設計中，Arup公司的工程師們開創了計算機輔助設計的先河。在此之前，建築行業的工程師們並不使用計算機進行計算，結構分析計算是在各種工具的幫助下手工進行的，例如計算尺和對數表。或者最多使用像Curta計算器或FACIT計算機這樣的小型機械、手搖裝置。奧雅納率先在雪梨歌劇院項目上應用電腦，推動了當代技術的極限，並徹底改變了工程實踐。奧雅納公司的工程師們進行了一系列的模型測試，以評估不同版本屋頂設計的穩定性。這些測試包括在南安普頓大學結構實驗室的一個大型有機玻璃屋頂模型上進行的應力分布測試，以及在特丁頓國家物理實驗室和南安普頓大學的風洞模型的一系列測試。
南安普敦大學風洞試驗模型
計算機幫助運算
結構設計是一門藝術，沒有唯一解。只有不斷地探索去尋求相對的最佳，而無絕對的最優 。
——————Ove Arup
參考資料：
[1] 「雪梨歌劇院」話題之一| 結構大師彼得·萊斯的駐場故事
[2]汪達尊, 傅濤. 建築的巨人結構的侏儒——從雪梨歌劇院談起[J]. 建築工人, 2000(7).
[3] 你所不知道的雪梨歌劇院http://blog.sina.com.cn/s/blog_4d43aa9c0102wd14.html
[4] 違反常規的建築—雪梨歌劇院(結構篇)
[5] 建築結構剖析之雪梨歌劇院
[6] Happy birthday to our Sydeney Opera House
[7] 力學計算網
[8] An engineering walk around the sydeney opera house