當(dāng)代生態(tài)建筑表皮設(shè)計創(chuàng)新思路初探

章 彰 許柏鳴

(南京林業(yè)大學(xué)家具與工業(yè)設(shè)計學(xué)院，江蘇南京 210037)

1987年聯(lián)合國發(fā)表《我們共同的地球》并且正式提出“可持續(xù)發(fā)展”的思想，現(xiàn)今，這一發(fā)展思想得到不同經(jīng)濟發(fā)展水平與文化背景國家的普遍認(rèn)同并且為很多國家未來發(fā)展指明戰(zhàn)略方向。

可持續(xù)的思想體現(xiàn)在實體和體驗經(jīng)濟的各個方面，生態(tài)建筑的概念也因此在大環(huán)境中應(yīng)運而生，建筑設(shè)計初期便融入節(jié)能、可持續(xù)的設(shè)計理念，在建筑的平面布局、空間形體、圍護結(jié)構(gòu)等各個設(shè)計環(huán)節(jié)中，實現(xiàn)提高建筑中能源利用率，降低建筑能耗，采用恰當(dāng)?shù)慕ㄖ?jié)能技術(shù)措施[1］。

1 生態(tài)建筑表皮

陳志華先生譯勒·柯布西耶的《走向新建筑》時將surface翻譯為“表面”，“表面”這與本文中的建筑表皮是同一個概念[2］。通俗來說，建筑表皮就是指除屋頂外建筑外部所有圍護部分。如果把一棟建筑比喻成一個人，那么建筑表皮就是這個人所穿的衣服，衣服不僅有蔽體的作用，在一年四季的不同時節(jié)還能夠應(yīng)季變化發(fā)揮作用。通常，在還不了解這棟建筑之前，建筑表皮就是傳達(dá)設(shè)計語言的首要載體，其中當(dāng)代中國建筑界著名的案例有北京鳥巢，水立方，國家大劇院等。文章主要使用案例研究、文獻(xiàn)研究以及專家訪談等方法，抽取近二十年來生態(tài)建筑表皮設(shè)計案例作為研究對象，進行研究并且在坐標(biāo)中進行標(biāo)注以及統(tǒng)一對比，進而歸納總結(jié)出生態(tài)建筑表皮設(shè)計策略以及預(yù)測其未來發(fā)展方向。讀圖是設(shè)計研究人員和從業(yè)人員進行案例研究的基本功。

案例研究可以針對一個或多個案例進行有目的的研究[3］。單個案例研究可以用作確認(rèn)或挑戰(zhàn)一個理論并提出見解。多案例研究包括兩個分析階段，首先是案例內(nèi)分析，然后是跨案例分析。前者是把每一個案例看成獨立的整體進行全面的分析，后者是在前者的基礎(chǔ)上對所有的案例進行統(tǒng)一的抽象和歸納，進而得出更精辟的描述和更有力的解釋[4］。

首先通過文獻(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)，前人在歸納生態(tài)建筑表皮的表現(xiàn)方式時總結(jié)出兩大發(fā)展方向，一是材料科技創(chuàng)新方向，另一個為表皮結(jié)構(gòu)多層化創(chuàng)新方向。本文提取具有典型意義的六個有效案例，然后使用跨案例分析的方法對六例生態(tài)建筑表皮的實現(xiàn)方式進行獨立的分析研究，如圖1所示，其中案例1～4與前人歸納具有相似方向的案例，而案例5，6則是特殊案例，案例n－1，n則是未知案例的其他實現(xiàn)方式。將案例綜合統(tǒng)一進行歸納和未來預(yù)測。

圖1 案例研究方法

2 案例研究方法

案例研究方法是社會科學(xué)研究的主要方法之一，設(shè)計同樣屬于社會科學(xué)范疇，近幾十年來廣泛使用這一研究方法，例如IDEO等創(chuàng)新型設(shè)計顧問公司則將這一方法演繹為不同的表達(dá)方式，有效

3 生態(tài)建筑表皮設(shè)計案例研究

3．1生態(tài)建筑表皮材料創(chuàng)新

材料創(chuàng)新從來都不是新鮮話題，溫度感應(yīng)涂料、絕熱玻璃、光電感應(yīng)涂料、氣凝膠涂料[5］等材料層出不窮。

案例1:北京水立方，2008年北京奧運會標(biāo)志性建筑物之一。該方案由中國建筑工程總公司、澳大利亞PTW建筑師事務(wù)所、ARUP澳大利亞有限公司聯(lián)合設(shè)計。“水立方”表皮采用的是外覆ETFE薄膜結(jié)構(gòu)，這種薄膜可根據(jù)天氣的冷熱變化擴張和收縮，有自我清潔、節(jié)能、隔熱保溫等功能。

案例2:隈研吾設(shè)計并于2002年完成的長城公社下的“竹舍”，“竹舍”中所用到的竹材完全取自于長城山腳下竹林，其中傳統(tǒng)竹材和現(xiàn)代材料鋼、玻璃經(jīng)過不同的組合、穿插，并置設(shè)計手法，創(chuàng)造出了別具一格的建筑表皮。

3．2 生態(tài)建筑表皮多層化結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

生態(tài)建筑表皮采用兩層結(jié)構(gòu)是目前比較常見的技術(shù)，這種雙層外表皮圍護結(jié)構(gòu)，通常通過適當(dāng)調(diào)整最外層能夠使室內(nèi)空間獲得自然通風(fēng)和采光、增加室內(nèi)空間舒適度、降低能耗，并且可以較好的解決了自然采光和節(jié)能之間的矛盾。南極洲的伊麗莎白公主科考站建筑表皮甚至達(dá)到九層結(jié)構(gòu)。雖然“雙層皮”表皮建筑本身可以達(dá)到生態(tài)效果，但是建筑用材和建設(shè)過程并不那么環(huán)保且成本較高。

案例3:法國建筑設(shè)計公司Karawitz于2010年在靠近巴黎的貝桑庫爾設(shè)計了一座被動式節(jié)能房屋。屋頂?shù)奶柲芄怆姲蹇梢蕴峁? 695 kW·h/年的能量。建筑有兩層表皮，室內(nèi)表皮為鋼和落地玻璃，與外界直接接觸的第二層表皮使用了天然竹子材料，并使用實木板材把框架包裹了起來，統(tǒng)一規(guī)格的可折疊百葉扇貝安裝在南面的大落地窗外部，為房屋提供陰涼和陽光。

案例4:德國最大的電力公司RWE AG總部大樓，由Ingenhoven Overdiek設(shè)計事務(wù)所設(shè)計，這是個經(jīng)典的生態(tài)建筑案例，整棟大樓外表面由兩層幕墻包裹構(gòu)成。

3．3 生態(tài)建筑表皮系統(tǒng)創(chuàng)新

當(dāng)下，除了以上兩種生態(tài)建筑表皮設(shè)計外，通過解讀最新的案例5和案例6發(fā)現(xiàn)，在打破固有思維的情況下，生態(tài)建筑表皮呈現(xiàn)出采用最初級的材料，例如樹木、草皮，但是運用系統(tǒng)解決方案技術(shù)來達(dá)到建筑表皮生態(tài)環(huán)保的效果。

案例5:2005年巴黎Quai Branly博物館外墻改造項目，由植物學(xué)家出身的設(shè)計師Patrick Blanc完成，整面墻通過滴灌系統(tǒng)保持水分和養(yǎng)料，完全沒有土壤。他的作品被稱為垂直花園系統(tǒng)，可以在任何地方和氣候環(huán)境下生存。整個系統(tǒng)由三部分組成，首先是起支架固定作用架設(shè)于建筑表面的一層鋁制框架，然后在鋁層上又加上一層PVC板，最后在PVC板表面鋪上了一層合成纖維毛氈以便植物能夠扎根。

案例6:米蘭正在建設(shè)的垂直森林，由意大利建筑師Stefano Boeri設(shè)計，立體森林是一個生產(chǎn)、優(yōu)化和恢復(fù)能量的系統(tǒng)。由植被所覆蓋，該塔可以幫助室內(nèi)平衡微氣候、過濾城市環(huán)境中的灰塵顆粒。植物的多樣性和其本身特點能促進系統(tǒng)生成濕氣、吸收二氧化碳和灰塵顆粒、產(chǎn)生氧氣并保護該塔免受輻射和聲學(xué)污染。這不僅可以改善生活空間的質(zhì)量，也能節(jié)約大量能源。

3．4 案例歸納分析

如圖2所示，X，Y，Z軸分別代表材料升級、系統(tǒng)升級、結(jié)構(gòu)升級三個指標(biāo)。每一個指標(biāo)有五個等級，一代表初級，五代表最高等級。在與專家討論分析的基礎(chǔ)上，將以上六個案例分別定位標(biāo)注在坐標(biāo)中，案例1的XYZ坐標(biāo)(4，5，1)，案例2的XYZ坐標(biāo)(2，2，1)，案例3 的 XYZ 坐標(biāo)(2，3，2)，案例 4 的 XYZ 坐標(biāo)(3，4，2)，案例5 的 XYZ 坐標(biāo)(1，4，1)，案例6 的 XYZ 坐標(biāo)(1，5，1)。

圖2 案例坐標(biāo)

4 結(jié)語

通過對以上案例的歸納總結(jié)，得出以下結(jié)論:1)生態(tài)建筑表皮設(shè)計未來有三個方向:a．材料科技創(chuàng)新方向;b．多層表皮結(jié)構(gòu)創(chuàng)新方向;c．跳出固有思維模式，建立建筑表皮系統(tǒng)設(shè)計思想，設(shè)計手法是使用初級材料，系統(tǒng)化解決建筑表皮設(shè)計方案。2)未來在科技材料、結(jié)構(gòu)升級和提供系統(tǒng)解決方案上都有很大的創(chuàng)新空間。把這三個方向相比較可以發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)材料創(chuàng)新需要大量的基礎(chǔ)科學(xué)研究，從材料歷史的發(fā)展角度來看，材料的革新并市場化從來都是能夠改寫歷史的。表皮結(jié)構(gòu)創(chuàng)新能比較好的達(dá)到效果，但是一般造價相對較高;系統(tǒng)升級生態(tài)建筑表皮還處于探索、難點各個擊破的階段，也將是生態(tài)建筑表皮未來發(fā)展趨勢之一。

[1] 黃繼紅，范文莉．以建筑節(jié)能為導(dǎo)向的建筑整合設(shè)計策略[J］．工業(yè)建筑，2008(2):26-29．

[2] 賀 勇．建筑表皮的材料認(rèn)知與建構(gòu)邏輯——以慕尼黑的三棟新建筑為例[J］．建筑學(xué)報，2009(7):75-77．

[3] Meredith J．Building operations management theory through case and field research[J］．Journal of Operation Management，1998(16):441-454．

[4] 孫海法，劉運國，方 琳．案例研究的方法論[J］．科研管理，2004(2):108-113．

[5] 劉知己，曾 典．建筑改造中的表皮節(jié)能策略[J］．山西建筑，2006，32(2):230-231．