向天才建築師布魯內勒斯基致敬

歷史上，在藝術、科學、文學等不同領域中，總有被稱之為天才的人物。往往因為這樣的角色，以前無古人的突破性創意或發明，造就了非凡的成就!

佛羅倫斯的百花大教堂圓頂，便是公認技術難度相當高，而最終在天才建築師布魯內勒斯基（Filippo Brunelleschi，1377~1446）的巧妙解法中，圓滿完成。

超過半世紀欠缺圓頂的百花大教堂，於1418年經過公開徵選，由布魯內勒斯基擔綱將這座大圓頂付諸實現。

然而，當時的兩項嚴酷條件，凸顯布魯內勒斯基面臨挑戰之巨大。首先，這是空了半個世紀，沒有屋頂的八角形外牆，牆厚不僅不厚(大約4.25米)且無任何加強穩固的扶壁支撐；其次，在預算不充裕的情形下，面對此跨度達44米的龐大圓頂，且圓頂最低點離地面52米高，如動用鷹架，必然會有經費上的支出壓力，甚至托斯卡尼一帶根本沒有那麼多的木材，因此，工程必須以無鷹架的方式進行。

布魯內勒斯基曾遊歷羅馬，學習古典建築的精妙，他必定參考過同樣是圓形屋頂的萬神殿，但萬神殿的牆厚達6米，且當時應有鷹架的支撐(另一種說法是含金幣的土堆，以形塑該圓頂的形態作為模板，金幣的用意是要讓民眾協助清理土堆時的報酬)，並採用已失傳的混凝土，作為穩固的建材。但，當時這座教堂現況為4.25米牆厚的條件，加上無法使用鷹架的限制，像萬神殿這樣令人歎為觀止的範本，想必並無太多可資參考之處。

況且，從相同體積的材料特性來看，磚的採用勢必比石材更輕，對於這樣龐大的圓頂來說，絕對比較合適。

即使當時另一座驚人的圓頂巨作，也就是位於拜占庭帝國的聖索菲亞大教堂(Hagia Sophia)，因阻抗其圓頂的強大外推力，所堆疊設置的許多制衡的小型建築量體，在佛羅倫斯這座已然完成的建築中，也並無存在這樣的機會，更何況，聖索菲亞大教堂關乎傳導圓頂推力與重量的弧三角(pendentive)構造，在這裡是完全不存在的。

這種外推力，如果採用當時已經發展近三百年的哥德教堂飛扶壁，應該可以達到抵制外推力的目標，應該是個可以嘗試的方法。但是，長久以來，在佛羅倫斯一帶，基於信念或自尊，就是不會採用飛扶壁。

因此，在沒有任何典範可以參照觀摩，加上現有條件的諸多限制，布魯內勒斯基面臨的挑戰，可謂極為嚴峻。

當然，歷史上，這個廣徵提案的工程，布魯內勒斯基算是主動請纓的，並在許多其他建築師提案失敗後，確定由他主導整個工程的進行，因此也可預期他必然有一定程度的把握與信心。但是，實際上他對於要怎麼做，卻沒透露半點線索，可能因為在那個時代，這是一種必須保密的智慧財產，甚至後世也沒有任何建築相關圖面留存下來，因此，這座終究於1436年完成的圓頂到底如何施作的，一直是個謎，只能靠諸多學者的考證研究，方能略知一二。

一個沒有屋頂的大跨距教堂，只能從一個已經完成叫做鼓(drum)的圓頂基座開始砌築，鼓的牆體厚度有限，沒有提供任何扶壁或飛扶壁支援抵抗推力，又不能使用鷹架，理想上只有磚能夠使用。

首先，布魯內勒斯基必須要先考慮避免圓頂對於鼓的破壞，他了解萬神殿厚達6米的牆厚，是對抗圓頂外推力的必要條件，但佛羅倫斯大教堂沒有這樣的條件，因此，他思考了歌德尖拱的重量傳達方式，可以讓重力由上而下垂直導向鼓的壁體(在這個方向上，牆體磚石構造的抗壓能力最佳)，而不是像古典式正圓頂(半球型圓頂)在底部，形成會將鼓壁橫向破壞的外推力。

上圖顯示，左邊採古典半圓方式的圓頂，其底部的側向推力較大，需有足夠的扶壁或是牆厚方足以支撐，右邊則是採尖拱頂式的佛羅倫斯大教堂圓頂，其底部之側向推力較小。

因此型態上，佛羅倫斯大教堂圓頂並非半球型(hemisphere)，而是接近歌德尖拱概念的大圓弧型(geodesic)。佛羅倫斯人雖不採用飛扶壁，但哥德教堂在尖拱上的技術與觀念還是默默被引用了(這點也可以從大教堂立面上的一些哥德式尖拱看出來)。

其次，在運用磚的材料上，布魯內勒斯基應該很熟稔當時在地中海沿岸一帶盛行的加泰隆尼亞磚造拱頂(catalonia vault)的技術，這種砌磚成圓頂的工法，採用了層層疊磚的方式，讓磚塊彼此緊貼，產生摩擦，進而形成自身抵抗地心的能力，且最薄只需要兩層磚即可形成穩固的拱頂，更重要的是，這樣依賴上下層磚彼此緊貼摩擦的施作方式，從圓周四周同步向圓心施作，依其向心擠壓的力量，可達自身平衡，不需要模板、鷹架的輔助。

建築師高地（Antoni Gaudí i Cornet）的桂爾教堂（Cripta de la Colònia Güell），也採用了這種砌磚技術。

只能抗壓的磚，在此具備了輕薄、雙層、免鷹架模板的優點，於是佛羅倫斯大教堂圓頂也具備了這幾項特性。布魯內勒斯基在4.25米的基座上，施做了雙層以磚為主的薄殼(內層厚2.5米，外層厚度不到1米，相對於萬神殿，還是很薄的) ，該雙層之間的空間大約剩1米，可提供施工人員的動線，並在此空間中以拱肋(rib)像支架般加強兩薄殼的連結，然後，同步從四周一起砌築，可達免用鷹架的情形。

但，泰隆尼亞磚造拱頂一般也沒有超大跨距的保證，如果在像佛羅倫斯大教堂圓頂這麼大的跨度，在砌磚時，必然會有尚未達到擠壓、乾固，因而落下的危險。

因此，布魯內勒斯基採用了我個人認為最為天才的作法，就是魚骨頭的疊砌方式（herringbone pattern），herringbone是鯡魚骨頭排列的樣子，因其形似中文的「人」，因此在中文採用的領域又稱人字形模式。

當布魯內勒斯基在羅馬競技場，應該可以看到地坪鋪設此魚骨頭的形態，但那僅僅是當作鋪面紋路變化的藝術表現，唯有布魯內勒斯基才能將它轉換成結構的技術。

因為無法採用鷹架，所以磚的疊砌必須確保其不會掉落，我們從剖面可以看到，越高的位置其磚的疊砌面將愈加陡峭，因此，磚塊在施作的過程中，必然會有滑落的可能。

在布魯內勒斯基立體思維的巧妙安排之下，此人字形磚砌排列出楔型的方式，可以在逐漸傾斜的平面向度上，讓傾斜的磚塊也產生自我擠壓，避免滑落的危險。

上圖白色磚塊顯示受制於楔型人字形磚塊的束縛，可保持穩固不致滑落。

最後，當整個圓頂的形體逐漸成型之際，布魯內勒斯基採用了像是木桶的箍圈般，在圓頂周圍圈了兩種圍束，一種是砂岩梁(石梁)，由基部到頂部共有四道，採用的石梁配置成像是鐵軌狀的排列，石梁間用金屬扣件予以連接，第一道位於圓頂的最底部，現今仍可以從未加裝飾完成的腰帶看到局部石材裸露出來，據說是米開蘭基羅建議無須遮飾處理，才維持至今忠實呈現該結構的樣態；另一種是位於第一道與第二道之間的木製鍊條，該鍊條由一段一段的木梁連接而成。

結合上述尖拱形態、加泰隆尼亞拱頂及人字形砌磚模式等三個概念，並加上像是現今鋼筋混凝土梁柱內箍筋的圍束構造，呈現非常高度的智慧結晶，有賴布魯內勒斯基優越的三維空間能力，以建構安全穩固的施作程序，著實是相當了不起的成就。

十年前，在大教堂附近的博物館，出土了一個被認為是布魯內勒斯基思考試驗的小型圓頂，圓周長約為9英尺，其人字形的組成與大教堂圓頂相同，被視為布魯內勒斯基留下的珍貴模型。

儘管某些技術並非布魯內勒斯基獨創但其在本身豐富的知識體系下，將這些專業技巧整合運用便令世人驚嘆不已，達到其在建築史上無出其右的偉大成就。

後記：儘管有如此巨大的成功，但百年後由米開蘭基羅設計的梵諦岡聖彼得大教堂圓頂，卻未參酌其作法，一方面布魯內勒斯基實際上怎麼做到的，一直也是個未知之謎，另一方面，聖彼得大教堂在經費條件上與之不同，鷹架是可納入的基本設施，因此，磚石皆可依循模板的基礎施作，加上金屬的技術更加成熟，更多的鐵鍊環束著此座大圓頂。

並且整個圓頂在22個月內完工，這對於布魯內勒斯基來說，應該很不可思議，我們從一張標註完成時間的剖面圖可以看到，歷經十多年一層一層的施作，是多麼慢工出細活。

另外，一個有趣的現象是，米開蘭基羅設計的這個圓頂，同樣未公開相關的設計圖面，以致詳細的施作細節亦不得而知。其一說法是米開蘭基羅要避免承包尚有不利的意圖，另一種說法則是不希望他死後(他並未活到圓頂動工)，設計被後繼者竄改，失去設計原意。好在其接手工程的波塔(Giacomo della Porta，1533~1602，米開蘭基羅的學生)，算是非常忠實地將他的設計原意具體而完美的實現。