刍议广义机械基础逻辑架构重建之八：建筑物是什么  

摘要。在机械学科引入实体运动副概念后，推广应用到建筑学科，得到箱型实体运动副的概念。并用于分析建筑结构层次，归纳发现，建筑是实体运动副的集合。而且，建筑遵循特殊的连接方式，不同于串联并联的方式。归纳总结发现并命名了一种人工物连接的新模式：梳联模式。并用此分析了建筑物，进行了建筑物的层次划分。沟通了建筑物与机械的底层逻辑关系。在更高的层次上建立了机械和建筑之间的逻辑联系；分析了几个交通工具，得出了一些有趣的结论；建立了建筑学科的结构严整性和统一性，最终把机械物和建筑物有机的联系起来，形成了一个统一的广义机械科学的理论框架。该框架逻辑严密，层次清晰，简单自洽。既可以解释原有结构，又可以构建发明新结构。

一、统一的必然性和相关问题

（一） 科学追求统一

科学追求统一，从物理科学的统一到生物学的统一，科学发展进步在某种程度上是追求统一的过程。作为人工物科学之一的机械科学，一方面追求机电一体化，机构广义化，机械统一化，另一方面有专家学者又指出，机械原理内部，包括齿轮机构，凸轮机构，棘轮机构，连杆机构等内容比较松散，内容缺乏统一性。广义机械，诸如经典机构，液压气动系统，电磁机构，微机械，柔顺机构等等，各个分支学科之间，缺乏必然的逻辑的联系，同样缺乏统一性。虽然，提出机电一体化，广义机构的概念，就是一种统一的具体措施，一个良好的开端。但是，统一多个分支学科，不仅仅需要把相关知识放在一本书内，或赋予一个统一的名称，还要在底层逻辑架构建立联系，形成一个严密的逻辑体系。

前面，作者做了一些尝试，提出了机械原理的统一的一个初步的逻辑架构方案，提出了一个从传统机械科学到液压气动到电磁机构等方面的一个初步统一方案。

现代建筑实际是一个多分支的学科，其中涉及的水、暖、气属于液压气动学科，涉及的供电、通信等属于电工电子学科。从目前看到的文献，机电一体化、广义机械化还没有涉及到建筑主体学科（不含建筑的水电气等）。传统观念认为，机械就是机械，建筑（指主体部分）就是建筑，二者基本上没有太多联系。18卷本的《机械工程手册》（机械工业出版社第二版1997）没有涉及建筑学，就已经说明二者的关系比较疏远。目前，没有看到有文献提出将建筑（主体）统一到机械学科的观点和具体做法。那么，机械与建筑主体有没有联系呢？可否统一呢？

（二）建筑与机械如何统一

作者试图在机械科学与建筑的主体结构方面，建立一个桥梁，做一个统一的尝试，把建筑主体结构归入到机械学科中，为广义机械科学再增加一个新成员。

统一机械和建筑，首先要搞清楚两件事情。一个问题是要统一的是什么，所指的建筑主体结构是什么？我们需要把这个东西给予一个定义，然后，再进行统一的工作。

第二个问题是统一的标准，怎么样才算统一？我们就仿照生物学结构的统一。按照生物学的统一的标准来衡量建筑与机械科学的统一。

   为阅读方便，作者把有关建筑和生物的统一性方面的基本内容，放在附录中。

（三）广义机械的统一性和结构严整性  广义机械结构严整性是指其结构和功能是完整的，层次是严格有序的，信息流、运动流、能量流是有序的，输入输出是有序的。每一个层次的结构都是完整的。具体体现在每一个层次的部件都具有独立性，都有个体，有完整的功能。可独立应用，小到一根针，一个构件，都有独立完整的结构和功能。每一个层次的结构都是有序的。组合过程是有序的。    从机构的构成序列上来看，是严格有序的。由机构细胞（物元或构件）组成机构组织（定常结构）；由组织类定常结构（包括物元）组成机构器官（关联副，实体运动副）；由机构器官组成机械体系（梳构，机构，液压回路，电子电路等等），再由体系构成机构个体。个体构成机构群、机器群，机构群构成种群。因此，广义机械具有严整的结构。

所有部件都是有构件构成的。 各个层次之间具有某种函数关系。上一个层次的集合的某一个子集，可以构成下一个集合的部件。 所以，广义机械结构系统是统一的。  

二、  研究对象 研究目的 研究方法和思路

(一)研究对象   研究对象是广义建筑主体涉及的技术人工物，以及家具一些办公家具等涉及的技术人工物。这种建筑物，包括构筑物和狭义建筑物。通俗的说，狭义建筑物就是一个不包含电器，水，暖，气，通讯等附属设施的房子（含楼房），就是最原始的古老的仅仅能够遮风避雨的房子。

（二） 研究方法  主要应用类比方法和归纳方法。

 类比方法，把建筑的结构与生物体的结构类比，寻求二者的共同之处。归纳法用于统计研究建筑物的结构特征，寻找共同特征。

（三） 研究思路  依据生物体和广义机械给出的结构层次，首先，归纳给出建筑物的基本层次划分。然后把建筑物的各个层次与机械物的对应层次比对，探讨它们的相似性。在此基础上，构建二者的统一的概念体系和逻辑框架。

（四）研究目的。寻求建筑物各个层次的共性，寻求建筑物的结构层次和生成规律，建立机械和建筑主体结构的联系，把建筑物统一到广义机械科学的体系下。

三、建筑物的层次划分

（一） 建筑物的层次划分依据和过程

有关生物的层次划分和结构严整性和统一性，参见图1，并请参考附录2。

在确定了相应的统一标准后，下面对建筑物进行层次划分。有关建筑物的基本概念参见附录1.

在对建筑物进行层次划分之前，作者对经典机械部分，广义机械部分进行了层次划分。生物有很多重要的特性。类比生物，我们仅仅类比生物的结构严整性，类比生物的最基本，最简单的部分。（全面的类比几乎是不可能的，毕竟一个是生命体，一个是非生命体）。即便如此，也遇到很大的困难。机械原理仅把机械分为三个层次：构件，机构，机器。三个层次没有办法与生物的六个层次对应。为了对应生物的层次，在探索的开始阶段，走过了不少曲折之路。例如，从少数几个层次对应，到大部分对应和全面对应；从形式对应，到结构对应，层次概念对应，到深层次逻辑对应；从硬性的机械的对应，到顺理成章，到理应如此，到豁然醒悟，早该如此！经厉比较漫长的探索，修改，验证，学科内部的纵横协调，建立了机械原理部分的一个比较满意的概念体系和逻辑结构。到了拓展应用到液压气动阶段，则比较顺畅。特别是，在分析液压阀的结构时，有一种相见甚晚的感觉。因为，我们犹豫再三，反反复复，多次修改建立的一个实体运动副概念和对应的一个实物层次，早已存在于液压气动学科。液压阀是液压气动学科的一个实实在在存在的实物层次，是与实体运动副处于一个层次，二者有密不可分的兄弟关系。看到液压阀，增强了建立实体运动副概念的自信。我们想，如果先从液压气动系统进行层次划分，或许不会如此困难。

 现在，到了建筑领域，我们有充分的自信，建立建筑学科的统一的概念体系和逻辑架构。

建筑物历史悠久，分支较多。有民用建筑，工业建筑，园林建筑，市政工程等等。层次划分，涉及面广，信息量大。这儿，仅陈述主要结论，不涉及具体细节。

首先，得到建筑物的六个基本层次（不包括材料层次）。这六个层次与生物体和广义机械物的层次具有相同的或相似的物理结构性能，具有统一的基本条件。对应生物的群落，生态系统等更高层次，不做类比。

第二，在各个层次对比建筑物和机械物。并依据具体情况，建立或扩展基本的概念体系。把二者统一在一个基本的概念体系和逻辑框架之下。

经分析归类，仿照生物体结构，参考机械的层次划分，得到与机械相似的建筑物的结构层次。

（二）建筑物的层次划分和生成关系

建筑物，从简单到复杂，分为以下几个层次：

1、建筑材料层次

建筑材料是土木工程和建筑工程中使用的材料的统称。建筑材料可分为结构材料、装饰材料和专用材料等。 结构材料是以力学性能为基础，用于制造受力构件的材料，包括木材、竹材、石材、水泥、混凝土、金属、砖瓦、陶瓷、玻璃、工程塑料、复合材料等等；装饰材料包括各种涂料、油漆、贴面、瓷砖等；专用材料指某些具有特殊功能的材料，例如防水、防腐、阻燃、隔音、隔热、密封材料等。建筑材料是制造生产建筑构件的基础。建筑材料不是本文的研究对象。

2、建筑构件层次 建筑构件

建筑构件是指构成建筑物的各个基本要素。建筑构件多是建筑材料经过架构制造得到的。按照其功能和承载能力，建筑构件分为结构构件和非结构构件。结构构件用于支撑和承载建筑物自身重量和外部载荷的构件，是建筑的杂役组成部分。建筑构件就是建筑产品当中的零件。建筑物当中的构件主要有:砖、瓦、楼(屋)面、墙体、柱子、基础等。按照构件的受力特征划分，建筑构件还可以分为受弯构件、受压构件、受拉构件、受扭构件、压弯构件等。机械领域的许多构件，可以用于建筑领域。

构件是构成其它部件的基本结构单元。

3、建筑复杂构件层次

多个构件通过固定或活动连接可以构成复杂构件。复杂构件的各个组成部分之间没有相互运动。分析发现，复杂构件在建筑物的各种各样的部件中，存在多种复杂构件，与机械领域的复杂构件具有相同或相似的结构及特性。例如建筑领域的定常结构与机械领域的定常结构，不仅结构相同或相似，有的甚至可以互相代换。复杂构件包括复合构件和定常构件。构筑物具有与机械学科中定常结构几乎相同的特性。所以我们把构筑物，作为一个重要的和独立的层次与机械中的定常结构对应。它们具有类似的结构，相似的生成模式，在某些领域，几乎是相同的。把定常结构引入建筑物，作为一个独立层次，和重要分支，很协调，顺理成章。定常结构可以作为其它部件的基本结构单元。定常结构还可以独立应用。

4、建筑实体运动副层次

实体移动副主要是由多个构件组合得到的一个功能部件。两个端部构件可以相对运动。实体运动副概念是在对广义机械层次划分时提出的一个新概念。实体运动副概念把原运动副概念由虚变实。实体运动副在层次划分中扮演十分重要的作用。它是与三生物层次中器官对应的层次。是从固定不动走向相对运动的关键一环。它是构成机构的基本结构和功能单元。在建筑物中，我们发现它的身影，无处不在的身影。这就是容积形实体运动副。它是构建楼房的基本结构和功能单元，也是一些家具的基本结构和功能单元。

实体运动副概念是在为机械物划分层次时形成的。对应建筑物，仿照机械物的层次，在建筑物中规划出一个类似层次。研究发现，一个简单的带门的房间，就是一个容积形实体运动副。而且，这种实体运动副在建筑物中普遍存在。在某些家具中也普遍存在。于是机械和建筑在这个层次建立了密切的逻辑关系。箱型实体运动副是机械中的实体运动副在建筑物中的具体应用。

一个容积形实体运动副就是一个有一个门的基本房间。可以有通风透光的固定式窗户。家具中与其对应的是皮箱，柜子等，工业的应用是大厂房。

箱型实体运动副是建筑物的基本结构和功能单元。某些简单实体运动副也可以作为构筑物的基本结构单元。

5、建筑标准房层次

这个层次是容积形运动副的简单的组合。由两个或多个基本房结构组合满足人的基本居住需求的房间组合。例如一房一卫构成的客房标准间，厨卫客厅卧室齐备的标准家居房。等等。组合是一种连接模式。箱型实体运动副的连接模式具有特殊性。

建筑的箱型实体运动副的连接模式，与串联并联模式不同。连接模式扩展到梳联，梳联是一个新的名词。梳联就是首首连接的模式，就像一把梳子一样。从串联机构并联机构到梳联结构，连接模式有了一个新拓展，我们将串联并联和梳联的产物，通称为枢构，在系统层面机构、梳购统一于枢购。

标准房是构建简单建筑群的基本结构和功能单元。

6、简单建筑群层次。

这个层次是各种标准房的组合。组合模式包括平移对称，反射对称和旋转对称和自相似对称等。其生成物是单元楼房，或联排平房。单元楼房还可以进一步组合，构成多单元楼。

7、复杂结构群

复杂建筑群层次是简单建筑群的组合。可以认为是一个小区的建筑。是梳联在小区地面上的多个楼房。小区地面是一个大构件。各个楼房之间是梳联关系。复杂建筑群还可以组合得到更复杂的建筑群落。

以上仅以民用建筑为例，对建筑物结构划分。其他各个类型的建筑，仿照民用结构进行基本的层次划分。应当都能够找到对应的各个层次，或各有特色。例如，工业建筑有容积形实体运动副层次。容积形实体运动副即厂房，工业用房间很大，多为框架结构。有些还有立柱。而地面是实体运动副构件的一部分。

（三）生物体与建筑物的层次比较

图1是生物体结构层次根树图。图2 是建筑物的层次划分之根树图。在类比过程中，对于生物体的群落、生态系统，生物圈等更复杂的层次，暂不做研究和类比。对基础的材料层次也不做研究。

图和图2可以看出，生物体和建筑物的层次结构和生成关系具有相似性。建筑物于经典机械的结构具有相似性，建筑物于广义机械的结构具有相似性。

  图1 生物结构根树图         图2  建筑物根树图                

在本项研究中，各个元素的生成关系，是一种逻辑推理关系，与历史发展长河中，它们的实际产生关系或许不同。

图2 是建筑物的层次根树图。该图表达了建筑物的基本层次和基本生成关系，构筑物位于第二个层次。构筑物是一个独立的建筑门类。除民用结构的构筑物外，还有园林建筑等。

图2中基本房就是一个箱型实体运动副构成的独立房间（参见图4）。是建筑的基本结构单元。一个门，或开有固定的窗户，用于通风透光。有时，把带有可以开闭的窗户的单间房子也称为基本房。此外，还有标准厂房等。

图2 标准房是在某些情况下，能够满足基本生活需要的基本房组合。例如标准客房，是一个房间，配卫生间的组合房子（参见图5）。标准家居房是一个具有厨卫客厅的卧室的基本房组合（图6）。

简单房群是标准房的组合。例如旅店，住宅楼。实际应用中，不完全是简单的组合，还会有其他的设施。

 经过分析比较，归纳，得到了建筑物的与机械结构相似的结构层次， 为统一机械与建筑奠定了基础。迈开了统一技术人工物的第一步。

考虑到现代建筑物的复杂性和多样性，或许还要进一步细化，深入细节，修正理论。但是基本框架已然形成。

四、建筑与机械的结构统一性

有了建筑物的层次划分，有了建筑物与机械相同的层次划分，就有了二者比较的基础，有了统一的基本条件。下面，沿着生物体的统一性思路，从底层开始，逐级寻求并建立它们的统一的逻辑关系。

（一）构件层次的统一   

现代建筑中，很多构件是机械领域用到的，如桁架，钢管，木材，玻璃等等。有些构件是在机械领域不曾用到的，例如，砖，瓦等，有些是古老的构件。建筑需要的特殊构件，例如砖，瓦，石块，混凝土梁，柱，楼板等。这些构件和其它一些构件，是建筑的基本结构单元。

建筑领域，还有一个特殊的构件就是箱型构件。箱型构件是机械领域同样应用的构件，例如油箱，邮箱。只是建筑领域用的更普遍，更多。用途也有不同。

盒型构件，箱型构件或称为房型构件。箱型构建虽然是建筑物普遍应用的构件，但通常不被注意，或不用构件的名称称呼。有些人或许认为它与构件无关。现代建筑，特别是装配式建筑，把房间的构件属性突显出来。箱型构件，就是一个可容纳物体的构件。

箱型构件用于建筑就是房间，用于家具就是箱体或抽屉。用于构建箱型实体运动副，就作为构件。一个构件是盒子形状，通常作为房间型构件。建筑中，还有一个构件比较常用，就是板型构件，通常作为门或墙体应用。二者多是定常结构。

与传统机械构件比较，建筑构件的特性有变化。构件的运动特性没有了。被加工的特性也被忽略了：甚至不需要加工，直接应用。

建筑中，构件不是基本的运动单元。例如一套铁路轨道，铁路轨道是一个大构件。铁路轨道是不运动的。一个坦克车，在一个荒芜的地面上运动。这个地面，我们也认为是个构件。而且它这个构件是地表面内一部分，这个构件也是固定的。

在机械领域，还有水，空气，等与此类似。当我们选择了，选定了它们为我们所用的时候。那么它们就是构件。这个物件可能运动也可能不运动，也可能很少加工，甚至不是经过加工的，只是被我们选择应用的就是构件。而我们不用他的时候，它又不是构件了。

给出构件的新定义是：

 1、单元体：一物质或物体被称为单元体，是因为该物质或物体的各个部分之间没有宏观的相对运动。如果一个物质或物体的各个部分之间没有宏观的相对运动。则该物体或物质称为单元体。其尺度是通常意义下的机械产品的尺度。

2、构件：同时具有或符合如下三个条件的单元体称为构件：

      A 、经人为选择，加工或直接应用的独立的单元体，

             B、该单元体具有能够满足人的某种客观或／和主观需求的特性，

      C 、该物质或物体具有某种连接功能。

构件是构成各种复杂部件的基本结构单元。按照功能分类，构件分为构型构件，连接构件，装饰构件，信息展示构件，其它构件等。按照物质形态分类，有刚体构件、弹性体构件、流体构件、电磁场构件，复合构件，其它构件。有些构件需要其它构件的辅助，才能独立应用。

零件是构件，零件符合构件的定义。

这个定义，已经包含了建筑构件。这样，在构件层次，建筑与机械是统一的。就是说，构件是建筑物和机械物的基本结构单元。

（二）复合构件和定常结构层面的统一   

1 建筑中的复合构件和定常结构

建筑物的复合构件和定常结构  两个或多个构件固定连接形成一个整体，称为复杂构件。复杂构件分为两种，一种复杂构件没有获得新功能，称为复合构件，复合构件有时就称为构件。一种获得新功能称为定常结构。定常结构是构件之间通过固定连接形成的，如机械产品梳子，如绳子，绳子有自己的拓扑结构。有刚性，弹性，局部柔性，完全柔性等多种，定常结构各构件之间存在着某种确定的关系。例如，刚性定常结构的距离不变。有些半柔性机构具有仿生特性，有些柔性机构的亏格数不变，如一个背心。房间由砖砌成，砖是一个构件，房间获得新功能，房间可以称为定常结构。也可以认为是复合构件或大构件。

定常结构是机械物中的常见结构。既可以独立应用，也可以作为一个部件应用。例如龙门吊的大梁就是定常结构。

2、建筑物中的构筑物

建筑物中用到的定常结构更多更普遍。定常结构构成广义建筑的一个大分支：构筑物。

构筑物是建筑物中的一大类定常结构。构筑物完全符合定常结构的定义。构筑物都是由构件通过固定连接和活动连接构成的。连接后的一个整体都获得了新的功能。所以构筑物是定常结构。构筑物是固定的。

机械中的定常结构与建筑物中的定常结构构筑物有时是通用的。例如钢结构梁既可以用于桥梁，也可以用于龙门吊。它们本质上是相同的。

定常结构通常由刚性构件固定连接构成。实际应用中，还有另一种获得定常结构的方式。即应用简单实体运动副经固定连接形成的定常结构。

所以，建筑中的定常结构与机械中的定常结构是统一的。构件是复合构件和定常结构的基本结构单元。同时，复合构件和定常结构是下一个层次部件的基本结构单元。

（三）实体运动副层面的统一

 1建筑物中的实体运动副：箱型实体运动副

 在机械领域，实体运动副的构件可以是一维构件，二维构件或三维构件。二维三维构件可以构成容积形实体运动副。容积形实体运动副用于建筑领域，就是箱型实体运动副。

定义：箱型实体运动副是一个由箱型构件作为定子构件、板型构件或三维构件作为运动子构件，简单耦合子作为耦合子的单自由度实体运动副。通常，箱型实体运动副作为房子应用时，箱型构件是固定的，作为柜子应用时，箱型构件多作为活动子。

箱型实体运动副，用于建筑时称为房型结构运动副，简称房型运动副。房子不等同于机构。箱型构件，板构件，基本耦合子三者形成盒型运动副整体。箱型构件可盛放物体。箱型构件的形状是任意的，例如立方体，球形，柱体形等形状，重要的是中空的。箱型构件至少有一个开口（通道），开口可以位于箱型构件的任意处，开口是人与物的出入口，或兼有通风透光的作用。板型构件或框架与开口配合，可封闭或打开该开口，控制某种物体的输入输出。一个房型运动副，可以有多个耦合子（但是不构成机构），仍然是一个房型运动副。一般说，两个运动副的耦合子，是不能固定连接在一起的。一个箱型构件至少有一个门的单一房间。有多个门和窗的单一房间，有时也称为基本房间。    从简单实体运动副，到一个房型运动副，其演变过程由多种方式。如下的描述，只是一种生成方式。

一个折页是一个实体运动副。两个带螺钉孔的铁板是两个构件A和B。如果一个构件A连接在箱体上，箱体就构成构件A的一部分。因为箱体与构件A经过固定连接，按照构件连接定理，两个构件变成一个构件。如果另一个构件B连接在箱盖上，箱盖就构成构件B的一部分。因为箱体与构件A经过固定连接，按照构件连接定理，两个构件变成一个构件.与箱子连接在一起的折页，还是一个实体运动副。一个折页与房门和房子的门框连接，其结构也是一样，带上房间的折页本质上还是一个实体运动副。只是具有了房子的功能。

通常房间有门有窗。有时，有多个门或窗。有门有窗的房间，是在一个箱型构件上梳联多个实体运动副。（图 6）

建筑中应用的实体运动副是一个特殊的实体运动副，其特点是定子构件是容积形，运动子构件是平板形或三维形状。这种实体运动副不是建筑主体专用的。在机械中也有应用。例如带盖的邮箱，油箱等。理论上，它们有传承的血缘关系。

 2、家具中的容积型实体运动副

谈到房子，会想到家具。在新的广义机械逻辑架构中，基本的家具是什么？

对比发现，某些家具是一种与房子结构相似的箱型运动副。其连接方式是梳联连接。房子的定子是箱型构件。无抽屉有门的柜子，与房子结构相似。只是不是每一个门前都有通道。例如中药药柜。有抽屉的柜子，定子是非箱型构件，箱型构件（抽屉）是运动的。    有抽屉时，柜子（桌子）是箱型构件运动。抽屉有抽拉式，也有转动式抽屉。一种置于墙角的转动柜，抽屉是转动的。所以．房联结构，相互固定连接的构件，可以是箱型构件，也可以是板型构件或框架。或两种连接方式的混和。一个房子，内有壁柜，壁柜就可以有抽屉．   椅子，凳子，饭桌，书架是一个定常结构。

 床，有抽屉，是一个箱型移动副，床，无抽屉，是一个定常结构。

 桌子，有抽屉，是一个箱型移动副，桌子，无抽屉，是一个定常结构。

 房子，柜子（有抽屉），桌子（有抽屉）是同构的。

带抽屉的桌子、柜子，其定子构件是一个框架，抽屉相当于房间，框架相当于门板。这是门板做定子的情况。所以梳联结构，哪一个构件都可以作为定子。箱型移动副的两个构件都可以是三维构件。

所以，家具是可以搬动的定常结构或容积形实体运动副及其组合。其工作状态是固定的。家具就是机械，是建筑物里的机械。

3、实体运动副的固定连接

 多个实体运动副经固定连接形成的整体有三种，一种是各个运动副之间相对静止，如三个转动副闭环连接形成的三角形，是一个固定结构。还有一种是梳联连接形成的结构。就是房子形成的这个结构，如楼房，联排平房等。第三种是串联并联连接构成的主体。通常称为机构，例如连杆机构，串联机构，并联机构。机构属于机械领域。其中，第一种连接模式是定常结构。

 箱型实体运动副与简单的杆件形实体运动副，虽然本质上都是实体运动副，但是其功能是有较大差别的。一把说来，连杆形实体运动副的运动过程很重要，杆件的形状不太重要，箱型实体运动副的运动后的状态很重要（或开或闭），箱型杆件的形状和大小很重要。

（四）、两种新的连接模式：梳联连接模式和嵌套连接模式

1、什么是梳联

在一般意义上研究连接模式，我们把被连接物简化为一个构件。我们规定，一个部件，有两个端部，两个端部是构型连接区（多端点的部件可以分解为二端点部件）。两个或多个部件做构型连接，只能在连接区连接。两个或多个部件连接的模式，无外乎就是几种情况。1首尾相连（称为串联），可以构成串联结构，包括串联机构。2首首相连同时又尾尾相连（称为并联），可以构成并联结构，包括并联机构。3首首相连，或尾尾相连，另一端开放（称为梳连或半并联），可以构成梳联结构。并联是与串联并列的模式。在机构中，采用的是前两种连接模式。未看到第三种连接模式的明确表述。

在进行构件连接时，可以认为并联是与串联连接并列的。并联连接模式，在构成机构时，并联与串联模式的关系，则是串联模式在先，并联模式在后。串联机构（运动链）是并联机构的基本结构单元。二者具有生成关系。所以，在不同的情况下，二者的关系是不同的。

我们知道，机构是由实体运动副固定连接构成的整体。其实体运动副的输入输出端，一个称为首，一个称为尾。首尾相连，不闭合，则构成串联机构，如闭环，也称为闭环机构，其基本特征是:1实体运动副与实体运动副之间是首尾相连，2，一个机构只有一个构件是固定不动的，称为机架，3只有一个输出端，4各个运动的构件是相互联系的、非独立的。若成为机器，则必须配备恰当的主动副。

在引入实体运动副后，以实体运动副的视角看建筑，我们观察建筑，建筑物是容积形实体运动副的集合，建筑物（如楼房联排平房等）的连接方式是梳联方式，与机构的连接完全不同。建筑采用的是第三种连接模式。

 梳联模式，实际上，在机械中，也是普遍存在的。例如常见的梳子。梳子是由杆梳联连接构成的。生物中的多足动物机构是由多个腿机构梳联构成的。

梳子的梳联其基本结构单元是构件。多足动物的基本结构和功能单元是腿机构。建筑的梳联，其基本结构和功能单元是容积形实体运动副。

2、梳联连接模式的特征

梳联的基本特征是（以建筑物为例）。1首首相连，不论是楼房还是平房，都是把三维构件一端连接在一起，箱型运动副的容积构件固定在地面上，而平面构件是活动的自由的。2，一个楼房或平房的所有运动副的箱型构件构件都是固定不动的，都是机架，3，每一个实体运动副都有输出端，平面构件运动子是输出端，4，各个实体运动副的平面构件是相互独立的。5，梳联实体运动副，通常是被动副，依靠人力开关。我们称这种连接模式为梳连模式。楼房称为梳连结构。梳连结构是与机构不同的结构。是介于定常结构或构筑物与机构之间的一种结构。有动的部件，不是联动，是简单运动，运动各自为政。还有，梳联结构可以比较方便的进行嵌套选接。

所以称为梳联，是因为连接的产物样式像梳子。多个杆状构件，在同一侧固定连接。杆状构件，相互平行，是平移对称。还有旋转对称和反射对称等。

3、机械中的梳联

实际上梳联连接模式，在机械中多有应用。只是没有给出明确的概念。例如梳子，篦子等早已存在。只是没有被指明罢了。

在引入梳联模式后，连接模式就比较全面了。梳联实际上是一种半并联模式。梳子是杆件形构件的半并联连接。梳子齿单侧固定连接，并相互平行，这是平移对称构成的。楼房是一种半并联结构，是实体运动副的半并联。四足步行机构是单机构的半并联。

梳联连接模式可以用于构件层次，运动副层次或机构层次。   所以各个层次都有半并联。半并联是一种普遍存在的结构现象，基本结构单元可以是构件，或是运动副或是单机构。半并联（梳联）是与串联、并联、网联具有同等地位的连接模式。     4、梳联结构分类：

1）、依据复杂性分类，分为梳联定常结构，梳联箱型结构，梳联复杂机构。

 至此，部件的生成方式发生很大的变化。新增加了一个梳联连接方式，其产物主要是梳联结构。显然，梳联构成的主体不是机构。原来的机构概念已不能涵盖房型结构。机构新增加了一个伙伴：梳联结构。这是一个新的概念，一个新的范畴，而且是确确实实存在的。在广义机械学中，房构应该是理所当然的有一席之地。梳联结构或箱构和机构统称为枢构。

2）依据对称性分类

梳联模式，从对称的角度看，有平移对称梳联（图3b），反射对称梳联（图3a），旋转对称梳联（图3c），平移反射定常梳联（图3 d）和自相似对称梳联等。图3 表达的梳联结构，以杆形构件为例。杆形构件可以用实体运动副，或机构代换，得到的产物仍然是梳联结构。

             图3 构件的梳联连接对称模式

建筑也有仿生建筑和非仿生建筑，悉尼歌剧院，是一种仿生建筑。构成建筑群。从仿生的角度看，有仿生梳联，和非仿生梳联。建筑群是梳连连接。一个小区的楼房是梳连连接。小区的路面是一个大构件。

多个盒型运动副在盒型构件一端对称的固定连接在一起，构成联排平房或楼房。联排平房和楼房统称为箱型结构。箱型实体运动副是箱型结构的基本结构和功能单元。盒箱型结构既不是刚性结构也不是机构，是一类特殊的局部可动的结构，介于刚性结构和机构之间。     箱型结构，可以嵌套。在一个构件上还有实体运动副。平面构件上有实体运动副，例如门中门，窗中窗。盒型构件上有实体运动副，如室内套间。这些都是一个嵌套结构。一个大型商城具有多层级的嵌套结构。多层级的嵌套结构中的任何一个房间，都是可达的。一个是可以通达，一个要有满足要求的通道口径。一个多单元楼房是一个网联半闭环机构。分立的两个楼，是半闭环机构房结构群。联排平房结构，楼房结构，或者就叫半并联机构。

梳联连接和串并联连接方式的混合连接，称为杂连连接。其生成物产物杂联结构。例如房车。

5、梳联的应用扩展

 梳联不仅在实体运动副层次有梳联连接，在其他层次如构件层次机构层次机构群层次都可以进行梳联连接。还可以进行对称连接或非对称连接。得到各种结构形式。

6、嵌套连接

嵌套连接是在容积运动副的基础上，嵌入另一个容积运动副。房子的套间就是这个结构。嵌套连接分为内嵌套和外嵌套。内嵌套面积不变。外嵌套增加面积。图6采用的连接方法是嵌套连接。

（五）、梳联模式在建筑物中的运用，楼和平房群

  枢构，包括机构和箱型结构。房构，即箱型结构，把箱型运动副的箱型构件一端固定连接在一起，形成的整体称为箱型结构。箱型结构的各个箱型运动副之间无相对运动，箱型运动副各个板型构件与各自的箱型构件有相对运动。其中所有箱型构件是固定的。机构，以运动副为基本结构和功能单元，以固定连接为基本连接方式，构成的整体，各个运动副的构件之间有相对运动，其中有一个运动副的构件是固定的。该整体的某些构件之间是可动的。机构和箱型结构二者称为枢构。箱型结构是介于机构与定常结构之间的一种结构模式。枢构的上位功能是机路。机路包括枢构、液压气动回路和电路。    生物当中的动物和植物，并不是截然分开的。一些生物，既表现出动物特性也表现出植物特性。动物最重要的特性是可以移动，是吃植物或动物的，因此动物是异养，植物主要通过光合作用来获得能量，是自养。而有些生物，它具有两种特性，一可以移动，又可以自养。我们研究的建筑和机械等也存在类似的情况。就是说建筑和机器并不是完全分离的。在一些构筑物当中，本来是不可移动的，实际上，它使用一些移动副，例如一些很长的跨度很大的梁。在其端部都是有移动副，用于消除热胀冷缩形成的内部应力。而另一端设置转动副。主要是简化受力状态。汽车属于机械，但是他这个路面属于建筑工程，建筑工程属于路面设计，道桥设计。桥是一个构筑物，而它的应用是交通。而交通是与可动的机械有联系，应该属于机械领域的。因此这两者之间有区别有联系。就像所述的机电一体化。现在的机电设备都是机械和电不可分割的，是互相协作、互相依存的。

图4-图7  给出了几种房型。

梳联形成的房间布局有多种形式。单元房，标准房，是最基本结构。单元房是所有楼房的基本结构和功能单元（图4）。一房一卫，是普通的标准客房（图5）。标准的住宅房，通常厅卧厨卫齐全如图6。当然，这些所谓的标准，不是绝对的。通常是可变的。图7是三个单元房梳联构成的排房。

     图4 单元房（单间）         图5  一种标准客房

   图6  一种标准住宅模式         图7  单元房的梳联连接

五、  三种根树图比较

（一）生物体结构统一性和经典机构统一性之树形图比较研究

    前面，对建筑物进行了层次划分，得到了建筑物的根树图和生成关系。又对建筑和机械的结构统一进行了研究。

我们用根树图，来表达生物的结构层次。我们知道生物体具有六个结构层次（见图8）。包括生物细胞层次，生物组织层次，生物器官层次，生物系统层次，生物个体以及种群层次。还有一个是生物大分子层次，是基础层次，群落等层次，本文不做研究。

经典机构的根树图（图9 图10）

生物体于经典结构的结构具有高度的相似性。研究主要解决了，经典机构各个分支之间的亲缘关系。前面的博文已有论述，不赘述。

（二） 广义机械结构之根树图（图11，图12）研究

经过努力，我们对经典机械和广义机械也做了类似生物的层次划分。见图11，图12。研究表明，他们同生物结构层次具有很大的相似性。我们用两种图来表达。一个是树状图，一个是根树图，来源于图论。根树图是树图的一种，是有向图，无有环，无圈。根树图能够比较准确的表达家族图谱，用来表达家族的传承过程，比较有效。但是在用来表达经典机械科学和广义机械科学的逻辑结构，由于经典机械科学当中含有环，所以存在一些不尽如人意之处。所以我们用了两种图形。根状图和修正的根树图来近似的表达。树状图比较简单，比较直观，容易理解。根树图是图论当中的概念。修正的根树图不受图论的限制，内部有闭环存在，有双向箭头。

生物结构层次与机械结构层次，还有一点不同，就是在机械科学的各个层次，每一个层次的部件都可以组成独立应用的个体，这个现象在生物体当中不太常见。

我们看到，在生物当中单细胞可以组成个体，但是没有看到单个的组织可以形成一个个体，没有看到一个器官可以组成一个个体。一般的是多个组织或多个器官组成植物。而多个系统来组成动物。而在经典机械中，我们发现，每个层次的部件都可以组成个体。例如，构件可以组成个体，这是最早的人工物，一些简单的工具如针，钉子，刀等等。第二个层次，组织层次也就是说定常结构层次也可以组成很多实用的工具，如梳子，桁架。耙子，桥梁等等。器官层次也就是说实体运动副层次，日常的工具很多，如扳手，剪刀，曲别针，等等，都是这一个层次的日常工具。

图8   生物体结构统一性之树形图

图9  传统机械原理结构统一性之树形图

在机构层面，独立应用的一些工具更多。例如指甲刀，指甲刀虽然简单，它实际上是一个机构。剥线钳，也是一个机构。日常这样的机构是很多的。它门可以作为一个个体独立应用。这是与生物不同的地方。

实际的现代建筑，集成了多种现代技术于一身。除建筑主体外，还包括液压气动和电工电子等等。广义机械包含了建筑科学大部分技术领域。

图10 传统机械原理统一性之根树图

图11广义机械科学结构统一性之树形图

图12    机械原理结构统一性之树形图

  （三）广义机械各个层次的统一路径之异同

有了建筑物的层次划分。我们就建立了建筑物，机械物和生物体的相同的层次结构。为统一建筑机械两个不同的学科打下了基础。

接着分析对比两个分支及建筑物和机械物的各个层次，找到他们的共性，建立一个统一的包含两个分支学科的逻辑架构。我们找到了各个层次的统一的路径，并建立了一个统一的逻辑体系。

我们还发现，在第一个层次，第二个和第三个层次的统一路径，是一个融合和不断扩展的应用过程，在这三个层次他们的生成关系，生成逻辑都是相同的或相似的。机械中能找到同层次的建筑物的类似的生成模式；在建筑中，也可以找到机械的同层次的生成模式。融合他们，统一他们好像是水到渠成、自然而然顺势发展就可以得到的。

但是从运动副层次，发展到机构机器，再发展到建筑物，各自的生成逻辑发生了变化，统一路径发生了变化。从运动副生成复杂建筑，他们的生成方式发生了变化。依靠原来机构的生成方式，就行不通了。虽然建筑当中引入了实体运动副概念，但是原来的生成逻辑不能使用。用原来的生成逻辑，生产的结果是串联、并联或混连机构。生成物都不会是建筑。建筑必须采用其自身的生成逻辑。归纳研究发现了他的生成逻辑，我们把它称为梳联连接模式，采用梳联连接模式能够形成建筑物。 

所以从运动副层次走向与生物系统层次相同的层次，走到建筑结构和机械机构这一个层次，其统一的路径和方式与前三个层次是不同的。必须用一种新的统一方式。在原来的机械领域，我们认为机构的串联并联连接方式是全面的，是完善的。而实际上，连接模式还存在着第三种连接模式，第三种连接模式没有人注意，没有人发现，没有人指出。在现实中，它存在了百年，千年。没人关注它。在连接的三种基本模式当中，缺失了这一个模式，一个被我们忽视，或忘记的模式。我们发现，这种连接模式不仅存在于建筑物之后，而且广泛的存在机械当中。统一的路径是把两种连接路径模式扩展到三种路径模式。 

（四） 广义机械与生物的进化方向的相似性

在生物的结构层次当中，发现生物在运动副层次之后（参见图8），出现了两个发展方向，或者说两个分支。一个是植物分支，一个是动物分支。在引入建筑物的广义机械学科中，也出现了类似的分叉现象。这个分叉现象出现在运动副层次之后。运动副层次与生物器官是同一个层次。这个分叉就是建筑物与机构机器的分野。不能动的植物对应不能动的建筑物、构筑物。动物分支对应于机构和机器。

所以，广义机械的结构层次与生物结构层次出现了一个非常令人吃惊的相似性。广义机械，包含了建筑的广义机械，不仅有相似的层次划分，也是在器官层次（运动副层次）之后出现了分叉。看来，我们把建筑物归入到广义机械框架下，是完全合理的，具有其必然性的。至少在形式上看上去是完美的。这是一个令人十分惊奇的现象。这说明我们类比生物来研究广义机械和技术人工物，方向是对的。

在广义机械科学结构统一性的树性图中，我们可以看到很多虚线。这些虚线表达了一个闭环。我们看到，一个关联副也可以构成定常结构。这是一种结构反馈。而关联副中也可以包含有机构。运动副可以包含自身，这也是一个自我反馈或反哺的情况。这个在图论的树形图当中是没有的情况。

当然，生物与广义机械在生存发展的本质上还是有很大的差异的，在形式上也有差异。例如，广义机械是五生命的物质。再例如，广义机构，广义机械的每一个层次都可以生成独立的个体，生物不具备这个特性。在生物当中，生物细胞有单细胞生物。组织层次没单个组织构成的个体，系统层次也没有。

（四）杂连结构的应用  

   1、汽车是什么

在引入相关和梳联的概念后，对汽车（客车）火车和拉杆箱进行新的机构学解读，可以获得简单清晰合理的描述。

在新的逻辑视角下，汽车由三大部件组成（图13）。一个主动副，一个实体移动副，一个箱型实体运动副。箱型实体运动副是一个新概念，是一个房间，可以置于汽车底盘上的房间。实体移动副是一个新应用的概念。实体移动副包括汽车底盘汽车车轮和路面。把路面作为汽车的一部分，统一解读汽车结构，是一个全新的视角。汽车底盘是一个活动构件（运动子），汽车车轮（含悬架）是耦合子，其中车轮是关联元素，路面是一个固定构件（定子）。实体移动副是一个可分离的移动副。汽车的运动，是移动副运动子的运动。箱型实体运动副，固定连接在底盘上（梳连连接），箱型实体运动副提供人员活动空间。主动副用于驱动实体移动副，实现汽车的主动运动。

2、火车是什么

类似的，一列火车，有四大部分组成，箱型运动副，实体球副，实体移动副。还有主动副。

多个实体球副或万向铰固定连接，构成一个串联机构（图15b），像一条蛇一样的一个载体。这个球副的耦合子就是火车的连接钩，可以分离的实体转动副。

火车底盘移动副，就是由车轮构成的实体移动副。包括车架，车轮和铁轨，铁轨是固定复杂构件（定子），车轮及其悬架是耦合子，车轮是关联元素，这是一个可分离式实体移动副。车架是另一个复杂构件（运动子）。一列火车，有若干个这样的移动副。铁轨四一个共用的固定构件，一个复杂构件。

箱型实体运动副。箱型实体移动副是实体转动副或者是实体移动副。实体转动副构成转动门；实体移动副构成推拉门。多个箱型实体移动副，可以用柔顺实体转动副连接，柔顺实体转动副是空心的，空心部分形成一个通道，供人员和物质流通。

连接方式。箱型实体运动副固定在串联机构的实体球副的构件上（构件是平板型），实体球副构件的下面固定火车实体移动副的运动子一端。三个部件构成一个载体。

还有主动副，用于驱动火车移动。两种情况，一个是有火车头的，火车头驱动其它车厢，其他车厢没有主动副。一个是动车型的。每个车厢都有一个驱动副。这就形成了一列火车。

火车的主动副与移动副之间是串联或不相连，主动副与容积型运动副之间是梳连，容积型运动副与容积型运动副之间是串联。

图13 汽车的机构学解读               图14 拉杆箱的机构学解读

图15   火车的机构学解读

图15 a是箱型实体运动副。其中右侧两个箱型实体运动副用柔顺实体转动副连接。图15b是三个球副固定连接形成的串联机构，其构件是平板或平面框架。图15 c三个实体复杂移动副。它们共用一个固定构件：铁轨。图15d是装配完成的实际列车车厢和一个火车头。

3、拉杆箱是什么

图14是一个拉杆箱。对拉杆箱的机构学解读，有两种方法。一个是，放在货架上的拉杆箱，一个是使用中的拉杆箱。放在货架上的拉杆箱，由轮式转动副，拉杆移动副和箱型转动副组成。轮式转动副与移动副串联连接。实体移动副与箱型实体转动副是梳联关系。这是一个杂联结构。

一个是使用中的拉杆箱。这是一个分时工作移动机构。轮式转动副退化为一个关联元素。地面、轮子与车架底部，构成一个行走实体移动副。地面是一个构件。车轮与地面的接触处构成耦合子。移动工作的时候，箱型实体运动副处于关闭状态，拉杆实体运动副处于伸出状态。箱型实体运动副工作时，行走实体移动副和拉杆实体运动副不工作。拉杆箱是一个移动机构，是一个两轮车辆。这是一个实体运动副组合，有串联连接，有梳联连接。这也是一个杂联结构。

火车汽车为什么能够运动？网上搜索答案，会有几十个字甚至更多的文字解答，到底如何运动，也不甚了了。按照新的解读，答案很简单直接：因为汽车和火车都有一个主动移动副。答案直击重点，一语中的。

六、结论

在确定了相应的统一标准后，对建筑物进行了层次划分。得到建筑物的六个基本层次（不含材料层次）。这六个层次与生物体和广义机械物的层次具有相同的物理结构和相似的性能，具有统一的基本条件。第二，在各个层次，依据具体情况建立或扩展基本的概念体系，使二者统一在基本的概念体系和逻辑框架之下。

而连接模式，由串联并联模式扩展到梳联，梳联是半并联模式，并引入一个新的名词枢构。枢构包括，串联机构并联机构和梳联结构。是连接模式的一个拓展，我们将二者，通称为枢构，在系统层面机构梳构统一于枢构。

正如生物在器官层面之后有两个分支一样，广义机械层面也有类似的分叉现象。出现了建筑结构和机构两个分支。形成了一个与生物结构类似的统一结构体系。生物体与广义机械在结构层次和生成关系上，出现高度相似性。

至此，我们认为基本完成了建筑物与机械物的结构统一。

附录一  什么是建筑

（一）建筑物

广义建筑物包括构筑物和建筑物。狭义的建筑物只是一个能住人的房子。

 广义建筑物是建筑物与构筑物的总称

狭义建筑物一般指人们或为了其可观赏之形象、或为了其可使用之空间的，相对于地面固定且有一定存在时间的人造物。它是建筑学或建筑设计研究的对象。一般情况下，狭义建筑物建造出来的目的既侧重于得到人可以活动的建筑空间。

构建物又称营造物，是指房屋以外的、人们一般不直接在内进行生产、生活和其他活动的设施，如铁道、码头、机场、高炉、围墙、道路、水坝、水井、隧道、水塔、桥梁和烟囱等。   （二）建筑的三种基本结构和组成：

建筑的基本结构是框架结构、壳体结构和混合结构。

1.  框架结构是由柱子、梁和框架组成。柱子承受垂直荷载，将荷载传递给梁，然后梁将荷载传递给框架。这种结构通常用于高层建筑、桥梁和大型工业建筑。

2. 壳体结构是一种通过曲面形状来承受荷载的结构。它通常用于建筑物的屋顶和穹顶设计。壳体结构的特点是具有较大的自由曲面，能够提供较大的内部空间，同时具有较好的抗压和抗弯能力。

3. 混合结构是框架结构和壳体结构的结合。它将框架结构和壳体结构的优点结合起来，以满足特定的设计要求。混合结构通常由框架结构承担垂直荷载和壳体结构承担水平荷载。

附录二

什么是生物体的统一性？

生物学的统一是在细胞学生产生之后完成的。

（一）细胞学说主要内容：  1、所有的生物都是由一个或多个细胞组成的； 2、细胞是所有生物的结构和功能的单位； 3、所有的细胞必定是由已存在的细胞产生的。细胞学说建立的意义： 揭示了生物体结构具有统一性，使人们认识进入到细胞水平。    （二）生物的层次划分：包括细胞层次，组织层次，器官层次，系统层次。个体层次和种群层次等。

(三) 、生物体的结构严整性和统一性  

严整的结构,是指生物结构的完整性和严格有序性。除病毒外，细胞是生物体结构和功能的基本单位。生物的结构严整性：应从生物体的构成上来说明，除病毒外生物体由细胞组成，由细胞组成组织；由组织组成器官；由器官组成植物体或由器官组成系统再由系统构成动物体或人体。因此具有严整的结构。

病毒虽无细胞结构，但其有严整的结构，结构主要由核衣壳构成。生活方式为寄生。能够通过寄生在宿主细胞体内，利用其核苷酸、氨基酸合成自身核酸和蛋白质。

（四）生物的统一性

生物学都统一于细胞，独立的细胞可构成单细胞生物。