二、“回合制”协作下的艺术判断与“力密度法”融合

当访谈者问埃施曼：“你把作品从一个小房间的规模，扩展到一栋大楼的规模，这个过程会是怎样的？”埃施曼回答：“光是听到这个问题就会让我想起当时那种揪心的感觉。我的技能储备里根本没有那些能力。我知道自己想要什么，但对于实现宏大尺度所需的材料与技术却缺乏了解。”[9] 在此可以想见这种蜕变过程的艰辛。埃施曼曾表示，建筑领域开发的一些计算机软件有助于她的创作。但她同时认为，没有任何软件能够模拟她作为艺术家的创作方式。因此，面对大体量的纤维艺术作品，她依然需要直面结构工程师，进行深度协作以解决大型作品所面的结构形态问题，这也是埃施曼跨学科协作的核心内容。

埃施曼作品中常用的结构找形方法主要有两种，一种以“力密度法”为主，另一种则是基于“动态松弛法”优化而成。二者不仅处理的作品类型不同，由方法衍生出的跨学科协作模式也不同。前者侧重于通过调整力学参数来间接控制形态，更适合须获得均匀预应力的形态，其协作模式更偏向于一种“回合制”的线性协作。而后者则允许工程师直观地塑造结构形态，更适合实现基于艺术直觉、非均匀预应力的独特造型，其协作模式更注重“共创”式的实时协作。

1.“力密度法”作为网层结构找形方法的确立

5. 作品《捕梦者》 

在此，我们依然沿着前文《捕梦者》（图5）的创作历程，来探寻围绕力密度法展开的“回合制”协作方式。在前文提及的网层绳索材料确定后，接下来便是网层结构的找形工作。《捕梦者》是为加州西好莱坞日落大道创作的作品，横跨两座大楼，尺度很大。作品灵感来自埃施曼在研究梦境中人的脑电波活动所得到的一个数据集合图（图6），由此她设计推演出了作品形态。可见，作品在灵感的来源上就包含着强烈的跨界意识。

6. 脑电波活动数据图

而面对这样一个充满想象力的复杂形态，在技术讨论中，工程师们认为要实现埃施曼设想的由多层网片构成的复杂空间形态，并确保其在风与重力作用下安全稳定，应采用“力密度法”作为核心方法。“力密度法”的本质是通过为网层中的每根绳索定义一个“力密度”（即单位长度的力），将复杂的、非线性的平衡问题转化为相对容易处理的线性方程组。[10]该方法的特性是通过调整抽象的力密度参数，间接求得结构的平衡形态。这决定了后续整个工作流程将以工程师的计算与迭代为核心来驱动。

2.“回合制”网层结构找形过程及其验证

整个找形与验证过程可划分为几个阶段，艺术团队与工程团队的协作发生在每个阶段的衔接点上，形成了“计算分析→反馈意见→修正完善”的循环。具体阶段如下：

首先是模型初步分析。工程师会将埃施曼团队的CAD设计稿转换为可用于结构分析的数字化模型，并导入S-FRAME 软件。同时，编写专门的MATLAB脚本，运用力密度法计算结构网层的形态。而后艺术团队会与工程师共同审视模型的初步分析结果。在这个阶段，艺术团队会从视觉和空间感受出发，提出调整意见。

接下来是参数迭代调整，工程师会将艺术团队的定性反馈转化为定量的工程参数。他们会在MATLAB脚本中调整特定区域的力密度值，重新运行计算，以寻求一个新的平衡形态。但面对埃施曼复杂的作品形态，这种调整常常不是即时可见的，需要用一定的时间调整好后再与艺术团队沟通。这个过程一般需要反复多次，每一次循环都意味着一个“回合”的协作沟通，直到找到既符合艺术预期又满足结构平衡的形态。（图7）但这种基于数据的反馈，会使得埃施曼团队在坚持核心诉求的同时，对原本形态做部分妥协和调整，以保证结构的平衡。由此得到的几何结构和内力分布，将会在S-FRAME 模型中更新，作为后续深化的基础。

7. 导出的单层结构网层的平面几何形态

再往后是结构分析阶段，在形态基本确定后，工程师还会进行深入的结构分析，模拟作品在自重、风荷载等作用下的响应。工程师们此时会依据分析结果向埃施曼展示作品在强风等荷载中的预期变形和内力分布，以便使她理解其作品在动态环境中的真实状态。

最后是装饰网层的模拟与验证。本来，埃施曼团队使用与Autodesk合作开发的专用插件，已经对装饰网面进行了建模，并模拟出其张拉和悬垂效果。然而工程师们认为，实际中的受力情况会更复杂，因此艺术团队的建模无法完全准确模拟。为此，他们决定采用数字和实物两向验证（图8）：一方面对艺术团队制作的装饰网面模型进行精细的有限元分析(FEA)，用以解析装饰网面的永久和临时荷载状况，了解装饰网面对结构网层产生的荷载分布，以及整个纤维作品的预期变形形态。另一方面搭建缩小比例的实物模型进行对照测试，用以验证相关数据的实效性，从而更全面地预测情况。

8. 处于张拉状态下的装饰网层建模与装饰网层实物模型

3. 工程思维下的材料与连接节点测试与修正

在大型纤维艺术作品的工程实践中，材料与连接节点的可靠性直接决定了作品的安全性与耐久性。为确保结构网层绳索的预期伸长量控制在设计范围内，并获得特定连接节点的精确强度数据，工程师基于绳索行业标准进行了系统的实验测试。（图9）由于作品结构复杂且尺度巨大，对现场每根绳索进行预张拉循环在实践中难以实现。为此，工程师选取了15 个绳索样本进行实验室测试，每个测试案例包含三个样本以充分考虑材料性能的变异性。测试主要分为两种类型：循环拉断试验，通过模拟预加载循环和最终拉断的综合过程，用于校准结构分析模型中的绳索弹性模量；非循环拉断试验，则专注于评估不同连接类型的极限强度承载力。测试结果显示，其中一种打结式拼接连接的平均测试承载力，未能达到标准。这一发现促使工程师立即改进了该连接细节，并与艺术团队进行了信息同步。基于测试数据，团队制定了最终用于现场安装的绳索设计长度表，其中综合考虑了单编织和双编织构件的预期伸长量、设计内力及其与抗拉强度的比值。

9. 测试装置示意图

这种依据实测数据在最后阶段进行的针对性修正，确保了作品在户外高空环境长期使用中的安全性与形态稳定性。其“测试→分析→反馈→修正”的工作模式，强化了“艺术—工程”协作中数据驱动优化和阶段性问题解决的“回合制”特征，体现了工程严谨性对艺术实现的重要保障作用。

总结下来，在《捕梦者》创作中，艺术与工程的协作犹如一场分工明确的接力赛。工程师是赛跑的主力，负责将艺术家的概念愿景通过参数化计算转化为可行的结构形态；而艺术家则在特定的节点介入，提供方向性的指导。这种模式确保了工程的严谨性与安全性。但协作本身并非连续实时进行，而是通过一系列有间隔的、目标明确的“回合”来推进。而这多次的“回合”但却并非低效的体现，其暗合了不同领域专家为交流和协作默契所必需的磨合过程。因为艺术家和科学家通常身处不同的世界，一旦团队组建起来，需要时间来建立富有成效的伙伴关系，以便能够有意义地交流思想并为最终产出设定预期。[11] 同时，她的成功也印证了关于跨学科协作一个的观点：无论科学家和艺术家在各自领域建立的界限如何，科学和艺术界的成员通常都有义务跨越这些界限进行工作。[12]

作者：田 顺，广州美术学院副教授、硕士生导师。

责任编辑：张书鹏

文章来源：《装饰》杂志