現(xiàn)代工業(yè)建筑外遮陽(yáng)整合趨勢(shì)研究

邵志偉,熊 浩

（1.山東建筑大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院, 濟(jì)南250101；2.山東同圓設(shè)計(jì)集團(tuán), 濟(jì)南250100）

1 引言

當(dāng)傳統(tǒng)工業(yè)建筑還以一種簡(jiǎn)潔外墻、大面積帶型窗的形象留在人們記憶中時(shí)，新型現(xiàn)代工業(yè)建筑已呈現(xiàn)出多樣化的趨勢(shì)。由于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)方式和流程的發(fā)展及建筑節(jié)能意識(shí)的提高，使得工業(yè)建筑設(shè)計(jì)已經(jīng)突破原有建筑設(shè)計(jì)的常規(guī)模式，為工業(yè)建筑立面選擇提供了更多的可能性。建筑師在設(shè)計(jì)中不再過分強(qiáng)調(diào)體塊、平面的形式構(gòu)成，開始借助新的技術(shù)材料，通過如建筑外遮陽(yáng)類型及立面特征選擇，及兩者間構(gòu)造結(jié)合方式的變化，求得建筑形式的創(chuàng)新，逐漸形成我們?cè)诠I(yè)建筑創(chuàng)作中可以使用的新的設(shè)計(jì)語(yǔ)言。建筑外遮陽(yáng)作為展示建筑立面最直觀的表現(xiàn)元素，還影響著建筑的空間、外圍結(jié)構(gòu)和人們活動(dòng)感受，在充當(dāng)內(nèi)外空間媒介的同時(shí)，也展現(xiàn)了工業(yè)建筑的個(gè)性。

2 傳統(tǒng)的工業(yè)建筑外遮陽(yáng)特性及方式

2.1 遮陽(yáng)材料的局限性

主要表現(xiàn)為傳統(tǒng)遮陽(yáng)材料的單一性，以及遮陽(yáng)固定加工技術(shù)或控制方式簡(jiǎn)單性二個(gè)方面：

2.1.1 材料的單一性

傳統(tǒng)工業(yè)建筑遮陽(yáng)材料，主要以竹木、磚石、混凝土為主（圖 1）。竹木材料由于缺少科學(xué)防護(hù)措施，容易受到太陽(yáng)光線和雨水等外界因素影響腐蝕，使得遮陽(yáng)周期不能長(zhǎng)久。以磚石、混凝土制成的建筑外遮陽(yáng)，由于材料本身具有較高蓄熱系數(shù)，使得其本身在對(duì)建筑遮陽(yáng)的同時(shí)，又將吸收的太陽(yáng)熱輻射傳遞給建筑室內(nèi)，造成遮陽(yáng)效率不夠明顯。

圖 1 傳統(tǒng)遮陽(yáng)材料

2.1.2 固定加工和控制技術(shù)簡(jiǎn)單

對(duì)于傳統(tǒng)建筑磚石和混凝土遮陽(yáng)產(chǎn)品，主要是在建筑施工過程中根據(jù)建筑的工程進(jìn)度與建筑主體一起形成，或以預(yù)制方式直接安裝，而竹木遮陽(yáng)產(chǎn)品粗加工過程則較為簡(jiǎn)單。

固定式遮陽(yáng)常是結(jié)合建筑立面、造型處理和窗過梁設(shè)置，用鋼筋混凝土等做成的永久性構(gòu)件，常成為建筑物不可分割和不能變動(dòng)的部分；缺點(diǎn)是不能根據(jù)季節(jié)、天氣和一天時(shí)間的變化調(diào)整以滿足室內(nèi)環(huán)境（如采光與熱流控制等）需求，缺少靈活性。

而室內(nèi)多是利用簡(jiǎn)單的機(jī)械傳動(dòng)方式，來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的遮陽(yáng)功能，是一種成本低、實(shí)施簡(jiǎn)單的控制方式。比如百葉簾遮陽(yáng)可以使用手動(dòng)方式或簡(jiǎn)單的機(jī)械控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)百葉的開合和角度的調(diào)節(jié)（圖 2）。

圖 2 簡(jiǎn)單機(jī)械控制遮陽(yáng)

2.2 傳統(tǒng)的遮陽(yáng)方式

2.2.1 自然遮陽(yáng)

自然遮陽(yáng)如通過植被在建筑周邊或者在建筑立面等圍護(hù)結(jié)構(gòu)上來遮擋太陽(yáng)光線對(duì)建筑的熱輻射。植被式外遮陽(yáng)還能起到隔聲防塵、降低風(fēng)速、凈化空氣、改善建筑環(huán)境微氣候等作用（圖 3）。

圖 3 傳統(tǒng)的植被式外遮陽(yáng)

也可以將具有攀爬和吸附能力的植被種植在墻角地面上，隨著植物的生長(zhǎng)覆蓋在建筑的外立面上，進(jìn)而遮擋太陽(yáng)光線。由于植物的攀爬與吸附能力不同，所以大多選用表面粗糙的建筑墻面，如清水磚墻、石墻等（圖 4）。

圖 4 攀爬和吸附能力的植被

2.2.2 以構(gòu)件方式為主的遮陽(yáng)

建筑構(gòu)件遮陽(yáng)是在設(shè)計(jì)和建造過程中專門設(shè)置的遮陽(yáng)構(gòu)件，大多數(shù)是固定不可調(diào)節(jié)的。主要有以下幾種類型：

（1）各種形式的遮陽(yáng)板及遮陽(yáng)隔柵，這是最常見的構(gòu)件遮陽(yáng)類型，形式也多種多樣（圖 5）。

圖 5 遮陽(yáng)板及遮陽(yáng)隔柵

（2）建筑出挑屋頂及雨棚，對(duì)于單層或高度較低的建筑物而言，利用屋頂或挑檐遮陽(yáng)比較適用（圖 6）。

圖 6 出挑屋頂及雨棚

（3）屋頂及窗戶遮陽(yáng)棚，其作用是保護(hù)屋頂以及建筑室內(nèi)不受暴曬，降低室內(nèi)熱負(fù)荷（圖 7）。

圖 7 屋頂及窗戶遮陽(yáng)棚

由于傳統(tǒng)工業(yè)建筑遮陽(yáng)產(chǎn)品取材多直接來自竹木磚石等自然資源，其經(jīng)濟(jì)成本一般都較低，其構(gòu)造技術(shù)也相對(duì)簡(jiǎn)單。在滿足經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的情況下，然后盡量去考慮工業(yè)建筑的美感。

3 現(xiàn)代工業(yè)建筑外遮陽(yáng)整合新特性及趨勢(shì)

3.1 復(fù)合材料的綜合應(yīng)用

關(guān)于現(xiàn)代工業(yè)建筑外遮陽(yáng)復(fù)合材料的綜合發(fā)展，主要表現(xiàn)在金屬及無(wú)機(jī)非金屬材料應(yīng)用、遮陽(yáng)產(chǎn)品加工水平提高、遮陽(yáng)自動(dòng)化程度提高三方向。

3.1.1 金屬及無(wú)機(jī)非金屬材料應(yīng)用

金屬堅(jiān)固耐用、易加工等優(yōu)勢(shì)使其成為外遮陽(yáng)產(chǎn)品中使用最為廣泛的材料。在外遮陽(yáng)產(chǎn)品實(shí)際加工既可以用強(qiáng)度較大的不銹鋼、輕質(zhì)的鋁鋅等原料制作，也可以制成各種合金的遮陽(yáng)產(chǎn)品。而無(wú)機(jī)非金屬材料制成的遮陽(yáng)產(chǎn)品，如薄膜、玻璃等則又具有不一樣的性能，如耐腐蝕、具有韌性等優(yōu)點(diǎn)（圖 8）。

圖 8 金屬與無(wú)機(jī)非金屬材料

玻璃幕墻是現(xiàn)代建筑的代表特征之一，其自身的隔熱能力在很大程度上決定了室內(nèi)溫度。在外遮陽(yáng)產(chǎn)品中使用玻璃材料，具有使用壽命長(zhǎng)、防水防塵、抗風(fēng)壓性好等特點(diǎn)，但必須通過對(duì)玻璃的技術(shù)加工來加強(qiáng)遮陽(yáng)功能，才能降低進(jìn)入室內(nèi)太陽(yáng)輻射熱，如在鋼化玻璃上進(jìn)行上釉燒結(jié)，用絲網(wǎng)印花法設(shè)計(jì)圖案，噴砂法使玻璃變的模糊等等方式。一般常見的有染色光化學(xué)玻璃、熱反射玻璃等。

雙層表皮幕墻外遮陽(yáng)是由擋光構(gòu)件、空氣間層（空腔結(jié)構(gòu)）、內(nèi)外表皮等整合設(shè)計(jì)共同構(gòu)成。它們作為建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)還有遮陽(yáng)隔熱的功能，是一個(gè)不可分割的整體。通過其空氣間層及構(gòu)件來阻止太陽(yáng)光線穿過建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)雙層表皮幕墻空氣間層的擋光構(gòu)件吸收的熱量通過空氣間層內(nèi)的氣壓將其帶走，不會(huì)因?yàn)闃?gòu)件的熱輻射使得建筑室內(nèi)的溫度升高，形成良好遮陽(yáng)隔熱效果。

3.1.2 遮陽(yáng)產(chǎn)品加工水平提高

各種遮陽(yáng)材料根據(jù)遮陽(yáng)功能需求進(jìn)行加工，常用的加工方法有打孔、壓花處理。金屬遮陽(yáng)板的形狀、打孔的大小、排列方式及表面紋理都會(huì)影響到遮陽(yáng)效果（圖 9），常見的金屬材料外遮陽(yáng)類型主要有卷閘簾和機(jī)翼翻板遮陽(yáng)。

圖 9 形狀與紋理不同的遮陽(yáng)板

機(jī)翼翻板遮陽(yáng)是安裝在建筑物外立面的大型遮陽(yáng)，一般是由連續(xù)的金屬板構(gòu)成百葉狀的遮陽(yáng)形式。由于金屬的性能優(yōu)勢(shì)，建筑采用機(jī)翼遮陽(yáng)可抵擋紫外線并吸收對(duì)人體有害的輻射，并有效遮擋太陽(yáng)直射產(chǎn)生的熱量，節(jié)約至少30%的空調(diào)消耗，并最大可承受130km/h的風(fēng)速，降低現(xiàn)代建筑物外部裸露的玻璃幕墻所要承受的風(fēng)壓（圖10）。

圖 10 數(shù)字化控制機(jī)翼翻板遮陽(yáng)

3.1.3 遮陽(yáng)自動(dòng)化程度的提高

固定式外遮陽(yáng)已經(jīng)無(wú)法滿足建筑的舒適化要求，遮陽(yáng)的靈活性顯得越來越重要，可以適宜氣候環(huán)境的變化，從而獲得良好的室內(nèi)環(huán)境。

數(shù)字化控制作為一種智能化遮陽(yáng)控制技術(shù)手段，在現(xiàn)代工業(yè)建筑外遮陽(yáng)的設(shè)計(jì)中，尤其是在高層建筑和遮陽(yáng)面積較大的工業(yè)建筑中，得到較多應(yīng)用。目前國(guó)外成功開發(fā)的智能控制系統(tǒng)主要是時(shí)間控制和氣候控制兩種。時(shí)間控制系統(tǒng)需要事先根據(jù)當(dāng)?shù)靥?yáng)在不同季節(jié)的不同起落時(shí)間進(jìn)行記錄，根據(jù)記錄的時(shí)間準(zhǔn)確地控制遮陽(yáng)角度和升降；而氣候控制系統(tǒng)則是指裝有太陽(yáng)追蹤、溫度、雨量、風(fēng)速等的感應(yīng)器根據(jù)氣候的變化對(duì)建筑外遮陽(yáng)構(gòu)件進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的外遮陽(yáng)智能化整體系統(tǒng)（圖 11）。

圖 11 數(shù)字化控制遮陽(yáng)

3.2 現(xiàn)代的外遮陽(yáng)整合方式

3.2.1 現(xiàn)代的立體生態(tài)外遮陽(yáng)整合

與傳統(tǒng)的吸附式植被外遮陽(yáng)不同，現(xiàn)代的立體植被外遮陽(yáng)已成為工業(yè)建筑外遮陽(yáng)與立面整合設(shè)計(jì)較為新穎的一種遮陽(yáng)方式。即將植被置于外立面或屋頂來阻止太陽(yáng)光線對(duì)建筑主體的直射。立體植被外遮陽(yáng)所需的維護(hù)管理成本較低，能夠減弱建筑墻體溫度變化幅度，起到天然的凈化空氣、保濕隔音、保溫隔熱方面等效果。按植物生長(zhǎng)方式的不同可分為：垂吊式和支撐式植被遮陽(yáng)兩種類型。

垂吊式植被遮陽(yáng)將垂延性植物種植在陽(yáng)臺(tái)、屋頂?shù)阮A(yù)留的建筑構(gòu)件上，再利用其生長(zhǎng)植被對(duì)建筑窗洞口、墻體立面進(jìn)行遮陽(yáng)。支撐式植被遮陽(yáng)主要通過外立面安裝的承重支撐結(jié)構(gòu)，形成一定的植物攀爬與生長(zhǎng)的空間，以遮擋太陽(yáng)光線對(duì)建筑立面窗洞口等照射的一種遮陽(yáng)方式，（圖12）。

圖 12 垂吊式與支撐式植被遮陽(yáng)

覆土：從古代覆土就己經(jīng)被應(yīng)用在一些居住建筑上，如窯洞不僅節(jié)約用地，還能起到了遮陽(yáng)等節(jié)能的作用，對(duì)于周圍環(huán)境的自然景觀更有特色，上面覆蓋的植被也將其很好的融入了周圍的優(yōu)美環(huán)境中（圖13）。

圖 13 覆土植被遮陽(yáng)

3.2.2 建筑外遮陽(yáng)與立面體量整合設(shè)計(jì)

工業(yè)建筑立面設(shè)計(jì)中，建筑遮陽(yáng)不僅是減少能耗、實(shí)現(xiàn)建筑功能的技術(shù)措施構(gòu)件，也是建筑立面上的一種藝術(shù)性視覺造型元素。在遮陽(yáng)設(shè)計(jì)與工業(yè)建筑藝術(shù)的整合中，需要掌握各方面影響因素，選擇好合理的遮陽(yáng)方式后也要讓整個(gè)工業(yè)建筑滿足審美需求，使整棟建筑外觀讓人賞心悅目。

在結(jié)合遮陽(yáng)的建筑形體設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過工業(yè)建筑形體選擇和體量組合設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)建筑外遮陽(yáng)與立面的高度整合。下面通過六種結(jié)合遮陽(yáng)的建筑體量設(shè)計(jì)方法有助于對(duì)工業(yè)建筑形體的創(chuàng)作，使建筑造型充滿生機(jī)與活力，進(jìn)而組成一系列遮陽(yáng)空間來改善工業(yè)建筑的節(jié)能和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。

挖減：在基本的建筑空間形體運(yùn)用減法的原則，使其成為工業(yè)建筑的使用空間和外界交流的緩沖空間，有加強(qiáng)通風(fēng)、遮陽(yáng)的作用，同時(shí)還使建筑的整體造型豐富多彩。

出挑：利用結(jié)構(gòu)的出挑，獲得陰影空間以能夠遮擋輻射和降雨的影響，主要有挑檐、挑臺(tái)、挑廊等形式（圖 14）。隨著技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)建筑形體的設(shè)計(jì)中，可以將這些空間改造成生態(tài)緩沖空間，起到更好的復(fù)合作用。

圖 14 挖減與錯(cuò)位

錯(cuò)位：在建筑平面或豎向上使建筑形體交錯(cuò)連接，使其在彼此之間不影響自然通風(fēng)的情況下，又可起到遮陽(yáng)的作用。這種方法通常會(huì)創(chuàng)造出富有表現(xiàn)力的建筑造型，是現(xiàn)代工業(yè)建筑設(shè)計(jì)中常用的手法之一。

扭轉(zhuǎn)：這種形體設(shè)計(jì)手法可以為建筑爭(zhēng)取相對(duì)較好朝向。如“鋸齒形”造型可以將原來建筑的朝向經(jīng)過旋轉(zhuǎn)45度，調(diào)整為偏南朝向。從而在很大程度上改善了建筑朝向，同時(shí)也增加了建筑的動(dòng)感和韻律感（圖 15）。

圖 15 錯(cuò)位與扭轉(zhuǎn)

倒置：讓建筑造型像倒置的椎體，從上往下采用層層內(nèi)收的方法，從而使建筑下部能避免直接受到陽(yáng)光的照射。這對(duì)整體結(jié)合遮陽(yáng)的建筑形體設(shè)計(jì)具有巨大的啟示作用，并能產(chǎn)生奇特的造型藝術(shù)效果。

凹凸：在建筑的平而設(shè)計(jì)中利用體形本身的凹凸變化，進(jìn)行形體之間的相互遮擋，并起到隔熱遮陽(yáng)的作用，同時(shí)在凹進(jìn)去的部分開窗，能夠起到較好的遮陽(yáng)效果（圖 16）。

圖 16 倒置、凹凸

在建筑遮陽(yáng)設(shè)計(jì)與工業(yè)建筑藝術(shù)的融合中，技術(shù)與藝術(shù)美學(xué)結(jié)合對(duì)建筑視覺造型有著積極意義。建筑遮陽(yáng)構(gòu)件是一個(gè)活躍的立面造型元素，良好的遮陽(yáng)設(shè)計(jì)方式和構(gòu)件不僅對(duì)建筑形體塑造有很大的影響，也符合建筑可持續(xù)發(fā)展的要求。傳統(tǒng)工業(yè)建筑外遮陽(yáng)中，構(gòu)件與建筑立面兩者間的美學(xué)要素關(guān)系不夠緊密，現(xiàn)代遮陽(yáng)構(gòu)件通過多種復(fù)合表皮的形式融入到建筑之中，并以節(jié)奏與韻律、虛實(shí)與凹凸、光影與層次等美學(xué)原則表現(xiàn)出來。

4 現(xiàn)代工業(yè)建筑外遮陽(yáng)的整合發(fā)展趨勢(shì)

4.1 智能化

高新科技的發(fā)展促使各個(gè)領(lǐng)域的產(chǎn)品趨向于智能化控制和利用，建筑遮陽(yáng)也不例外。隨著智能樓宇概念的提出，重新塑造了建筑的新形象，賦予建筑以生命，促進(jìn)了人與建筑間的溝通，是當(dāng)下追求科技與人性共贏目標(biāo)的必然產(chǎn)物。由于遮陽(yáng)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的塑造性，成為智能樓宇系統(tǒng)最具發(fā)展?jié)摿Φ姆种В谄湓O(shè)計(jì)階段就利用技術(shù)控制遮陽(yáng)系統(tǒng)集成了樓宇智能化的概念。已成功開發(fā)出氣候電機(jī)控制和時(shí)間電機(jī)控制系統(tǒng)，開辟了建筑遮陽(yáng)智能化發(fā)展的新道路。

4.2 復(fù)合化

遮陽(yáng)作為建筑立面上不可或缺的功能及裝飾元素，其設(shè)計(jì)的好壞直接到影響建筑的外觀效果、運(yùn)行狀況、使用壽命等方面。隨著時(shí)代的進(jìn)步，人們對(duì)建筑性能的要求越來越高，這就促使遮陽(yáng)功能向多元化發(fā)展，即遮陽(yáng)不僅僅局限于遮擋陽(yáng)光，還融合了保護(hù)墻面、引導(dǎo)通風(fēng)等方面的作用。將遮陽(yáng)設(shè)計(jì)與建筑其他方面的設(shè)計(jì)相復(fù)合并構(gòu)成整體，實(shí)現(xiàn)功能的多樣性，是建筑遮陽(yáng)近年來最顯著的發(fā)展趨勢(shì)。復(fù)合化做法可將遮陽(yáng)設(shè)計(jì)與外廊設(shè)計(jì)、屋頂設(shè)計(jì)、陽(yáng)臺(tái)設(shè)計(jì)、墻面設(shè)計(jì)等復(fù)合，節(jié)約能源的同時(shí)又實(shí)現(xiàn)了功能的多樣性，這種將建筑遮陽(yáng)復(fù)合化的做法受到建筑師的廣泛認(rèn)可，這也是形成當(dāng)下發(fā)展趨勢(shì)的原因。

4.3 創(chuàng)新化

人們對(duì)建筑遮陽(yáng)的研究并不僅局限于形式和控制方面，而是逐步傾向于工藝和材料方面的創(chuàng)新，于是出現(xiàn)了多種具有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)的新型遮陽(yáng)。這些建筑遮陽(yáng)雖目前未被廣泛使用，但不可否認(rèn)的是經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)后成功的新型遮陽(yáng)會(huì)逐步被接受，最后形成發(fā)展趨勢(shì)，這也是當(dāng)今世界科技發(fā)展的要求。

4.4 規(guī)范化、專業(yè)化

建筑遮陽(yáng)的節(jié)能效果毋庸置疑，在當(dāng)今能源問題的驅(qū)動(dòng)下，普及使用遮陽(yáng)只是時(shí)間問題。為了避免建筑遮陽(yáng)行業(yè)混亂現(xiàn)象的發(fā)生，其發(fā)展需走穩(wěn)健的道路，即在規(guī)范遮陽(yáng)領(lǐng)域的前提下使遮陽(yáng)產(chǎn)品專業(yè)化。如今遮陽(yáng)廠商也如雨后春筍般涌現(xiàn)，在優(yōu)勝劣汰的良性競(jìng)爭(zhēng)下，可以發(fā)現(xiàn)留下的終究是正規(guī)專業(yè)化的優(yōu)秀企業(yè)，這就促使遮陽(yáng)產(chǎn)品向著規(guī)范化、專業(yè)化的方向發(fā)展，可以說，這是遮陽(yáng)企業(yè)能夠長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的唯一也是必然出路。

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