現代工業建筑外遮陽整合趨勢研究

邵志偉,熊 浩

（1.山東建筑大學建筑城規學院, 濟南250101；2.山東同圓設計集團, 濟南250100）

1 引言

當傳統工業建筑還以一種簡潔外墻、大面積帶型窗的形象留在人們記憶中時，新型現代工業建筑已呈現出多樣化的趨勢。由于現代工業生產方式和流程的發展及建筑節能意識的提高，使得工業建筑設計已經突破原有建筑設計的常規模式，為工業建筑立面選擇提供了更多的可能性。建筑師在設計中不再過分強調體塊、平面的形式構成，開始借助新的技術材料，通過如建筑外遮陽類型及立面特征選擇，及兩者間構造結合方式的變化，求得建筑形式的創新，逐漸形成我們在工業建筑創作中可以使用的新的設計語言。建筑外遮陽作為展示建筑立面最直觀的表現元素，還影響著建筑的空間、外圍結構和人們活動感受，在充當內外空間媒介的同時，也展現了工業建筑的個性。

2 傳統的工業建筑外遮陽特性及方式

2.1 遮陽材料的局限性

主要表現為傳統遮陽材料的單一性，以及遮陽固定加工技術或控制方式簡單性二個方面：

2.1.1 材料的單一性

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

圖 1 傳統遮陽材料

2.1.2 固定加工和控制技術簡單

對于傳統建筑磚石和混凝土遮陽產品，主要是在建筑施工過程中根據建筑的工程進度與建筑主體一起形成，或以預制方式直接安裝，而竹木遮陽產品粗加工過程則較為簡單。

固定式遮陽常是結合建筑立面、造型處理和窗過梁設置，用鋼筋混凝土等做成的永久性構件，常成為建筑物不可分割和不能變動的部分；缺點是不能根據季節、天氣和一天時間的變化調整以滿足室內環境（如采光與熱流控制等）需求，缺少靈活性。

而室內多是利用簡單的機械傳動方式，來實現產品的遮陽功能，是一種成本低、實施簡單的控制方式。比如百葉簾遮陽可以使用手動方式或簡單的機械控制技術來實現百葉的開合和角度的調節（圖 2）。

圖 2 簡單機械控制遮陽

2.2 傳統的遮陽方式

2.2.1 自然遮陽

自然遮陽如通過植被在建筑周邊或者在建筑立面等圍護結構上來遮擋太陽光線對建筑的熱輻射。植被式外遮陽還能起到隔聲防塵、降低風速、凈化空氣、改善建筑環境微氣候等作用（圖 3）。

圖 3 傳統的植被式外遮陽

也可以將具有攀爬和吸附能力的植被種植在墻角地面上，隨著植物的生長覆蓋在建筑的外立面上，進而遮擋太陽光線。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 以構件方式為主的遮陽

建筑構件遮陽是在設計和建造過程中專門設置的遮陽構件，大多數是固定不可調節的。主要有以下幾種類型：

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

圖 5 遮陽板及遮陽隔柵

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

圖 6 出挑屋頂及雨棚

（3）屋頂及窗戶遮陽棚，其作用是保護屋頂以及建筑室內不受暴曬，降低室內熱負荷（圖 7）。

圖 7 屋頂及窗戶遮陽棚

由于傳統工業建筑遮陽產品取材多直接來自竹木磚石等自然資源，其經濟成本一般都較低，其構造技術也相對簡單。在滿足經濟、實用的情況下，然后盡量去考慮工業建筑的美感。

3 現代工業建筑外遮陽整合新特性及趨勢

3.1 復合材料的綜合應用

關于現代工業建筑外遮陽復合材料的綜合發展，主要表現在金屬及無機非金屬材料應用、遮陽產品加工水平提高、遮陽自動化程度提高三方向。

3.1.1 金屬及無機非金屬材料應用

金屬堅固耐用、易加工等優勢使其成為外遮陽產品中使用最為廣泛的材料。在外遮陽產品實際加工既可以用強度較大的不銹鋼、輕質的鋁鋅等原料制作，也可以制成各種合金的遮陽產品。而無機非金屬材料制成的遮陽產品，如薄膜、玻璃等則又具有不一樣的性能，如耐腐蝕、具有韌性等優點（圖 8）。

圖 8 金屬與無機非金屬材料

玻璃幕墻是現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溫度。在外遮陽產品中使用玻璃材料，具有使用壽命長、防水防塵、抗風壓性好等特點，但必須通過對玻璃的技術加工來加強遮陽功能，才能降低進入室內太陽輻射熱，如在鋼化玻璃上進行上釉燒結，用絲網印花法設計圖案，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玻璃、熱反射玻璃等。

雙層表皮幕墻外遮陽是由擋光構件、空氣間層（空腔結構）、內外表皮等整合設計共同構成。它們作為建筑的外圍護結構，同時還有遮陽隔熱的功能，是一個不可分割的整體。通過其空氣間層及構件來阻止太陽光線穿過建筑的外圍護結構，同時雙層表皮幕墻空氣間層的擋光構件吸收的熱量通過空氣間層內的氣壓將其帶走，不會因為構件的熱輻射使得建筑室內的溫度升高，形成良好遮陽隔熱效果。

3.1.2 遮陽產品加工水平提高

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

圖 9 形狀與紋理不同的遮陽板

機翼翻板遮陽是安裝在建筑物外立面的大型遮陽，一般是由連續的金屬板構成百葉狀的遮陽形式。由于金屬的性能優勢，建筑采用機翼遮陽可抵擋紫外線并吸收對人體有害的輻射，并有效遮擋太陽直射產生的熱量，節約至少30%的空調消耗，并最大可承受130km/h的風速，降低現代建筑物外部裸露的玻璃幕墻所要承受的風壓（圖10）。

圖 10 數字化控制機翼翻板遮陽

3.1.3 遮陽自動化程度的提高

固定式外遮陽已經無法滿足建筑的舒適化要求，遮陽的靈活性顯得越來越重要，可以適宜氣候環境的變化，從而獲得良好的室內環境。

數字化控制作為一種智能化遮陽控制技術手段，在現代工業建筑外遮陽的設計中，尤其是在高層建筑和遮陽面積較大的工業建筑中，得到較多應用。目前國外成功開發的智能控制系統主要是時間控制和氣候控制兩種。時間控制系統需要事先根據當地太陽在不同季節的不同起落時間進行記錄，根據記錄的時間準確地控制遮陽角度和升降；而氣候控制系統則是指裝有太陽追蹤、溫度、雨量、風速等的感應器根據氣候的變化對建筑外遮陽構件進行自動調節的外遮陽智能化整體系統（圖 11）。

圖 11 數字化控制遮陽

3.2 現代的外遮陽整合方式

3.2.1 現代的立體生態外遮陽整合

與傳統的吸附式植被外遮陽不同，現代的立體植被外遮陽已成為工業建筑外遮陽與立面整合設計較為新穎的一種遮陽方式。即將植被置于外立面或屋頂來阻止太陽光線對建筑主體的直射。立體植被外遮陽所需的維護管理成本較低，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。按植物生長方式的不同可分為：垂吊式和支撐式植被遮陽兩種類型。

垂吊式植被遮陽將垂延性植物種植在陽臺、屋頂等預留的建筑構件上，再利用其生長植被對建筑窗洞口、墻體立面進行遮陽。支撐式植被遮陽主要通過外立面安裝的承重支撐結構，形成一定的植物攀爬與生長的空間，以遮擋太陽光線對建筑立面窗洞口等照射的一種遮陽方式，（圖12）。

圖 12 垂吊式與支撐式植被遮陽

覆土：從古代覆土就己經被應用在一些居住建筑上，如窯洞不僅節約用地，還能起到了遮陽等節能的作用，對于周圍環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美環境中（圖13）。

圖 13 覆土植被遮陽

3.2.2 建筑外遮陽與立面體量整合設計

工業建筑立面設計中，建筑遮陽不僅是減少能耗、實現建筑功能的技術措施構件，也是建筑立面上的一種藝術性視覺造型元素。在遮陽設計與工業建筑藝術的整合中，需要掌握各方面影響因素，選擇好合理的遮陽方式后也要讓整個工業建筑滿足審美需求，使整棟建筑外觀讓人賞心悅目。

在結合遮陽的建筑形體設計時，可以通過工業建筑形體選擇和體量組合設計來實現建筑外遮陽與立面的高度整合。下面通過六種結合遮陽的建筑體量設計方法有助于對工業建筑形體的創作，使建筑造型充滿生機與活力，進而組成一系列遮陽空間來改善工業建筑的節能和對環境的適應性。

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

出挑：利用結構的出挑，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、挑廊等形式（圖 14）。隨著技術的發展，在工業建筑形體的設計中，可以將這些空間改造成生態緩沖空間，起到更好的復合作用。

圖 14 挖減與錯位

錯位：在建筑平面或豎向上使建筑形體交錯連接，使其在彼此之間不影響自然通風的情況下，又可起到遮陽的作用。這種方法通常會創造出富有表現力的建筑造型，是現代工業建筑設計中常用的手法之一。

扭轉：這種形體設計手法可以為建筑爭取相對較好朝向。如“鋸齒形”造型可以將原來建筑的朝向經過旋轉45度，調整為偏南朝向。從而在很大程度上改善了建筑朝向，同時也增加了建筑的動感和韻律感（圖 15）。

圖 15 錯位與扭轉

倒置：讓建筑造型像倒置的椎體，從上往下采用層層內收的方法，從而使建筑下部能避免直接受到陽光的照射。這對整體結合遮陽的建筑形體設計具有巨大的啟示作用，并能產生奇特的造型藝術效果。

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

圖 16 倒置、凹凸

在建筑遮陽設計與工業建筑藝術的融合中，技術與藝術美學結合對建筑視覺造型有著積極意義。建筑遮陽構件是一個活躍的立面造型元素，良好的遮陽設計方式和構件不僅對建筑形體塑造有很大的影響，也符合建筑可持續發展的要求。傳統工業建筑外遮陽中，構件與建筑立面兩者間的美學要素關系不夠緊密，現代遮陽構件通過多種復合表皮的形式融入到建筑之中，并以節奏與韻律、虛實與凹凸、光影與層次等美學原則表現出來。

4 現代工業建筑外遮陽的整合發展趨勢

4.1 智能化

高新科技的發展促使各個領域的產品趨向于智能化控制和利用，建筑遮陽也不例外。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，促進了人與建筑間的溝通，是當下追求科技與人性共贏目標的必然產物。由于遮陽系統具有很強的塑造性，成為智能樓宇系統最具發展潛力的分支，在其設計階段就利用技術控制遮陽系統集成了樓宇智能化的概念。已成功開發出氣候電機控制和時間電機控制系統，開辟了建筑遮陽智能化發展的新道路。

4.2 復合化

遮陽作為建筑立面上不可或缺的功能及裝飾元素，其設計的好壞直接到影響建筑的外觀效果、運行狀況、使用壽命等方面。隨著時代的進步，人們對建筑性能的要求越來越高，這就促使遮陽功能向多元化發展，即遮陽不僅僅局限于遮擋陽光，還融合了保護墻面、引導通風等方面的作用。將遮陽設計與建筑其他方面的設計相復合并構成整體，實現功能的多樣性，是建筑遮陽近年來最顯著的發展趨勢。復合化做法可將遮陽設計與外廊設計、屋頂設計、陽臺設計、墻面設計等復合，節約能源的同時又實現了功能的多樣性，這種將建筑遮陽復合化的做法受到建筑師的廣泛認可，這也是形成當下發展趨勢的原因。

4.3 創新化

人們對建筑遮陽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新，于是出現了多種具有獨特優點的新型遮陽。這些建筑遮陽雖目前未被廣泛使用，但不可否認的是經過實踐檢驗后成功的新型遮陽會逐步被接受，最后形成發展趨勢，這也是當今世界科技發展的要求。

4.4 規范化、專業化

建筑遮陽的節能效果毋庸置疑，在當今能源問題的驅動下，普及使用遮陽只是時間問題。為了避免建筑遮陽行業混亂現象的發生，其發展需走穩健的道路，即在規范遮陽領域的前提下使遮陽產品專業化。如今遮陽廠商也如雨后春筍般涌現，在優勝劣汰的良性競爭下，可以發現留下的終究是正規專業化的優秀企業，這就促使遮陽產品向著規范化、專業化的方向發展，可以說，這是遮陽企業能夠長遠發展的唯一也是必然出路。

[1]薛志峰等.超低能耗建筑技術及應用[M].北京：中國建筑工業出版社，2005.

[2]涂鋒祥.運用遮陽技術推進建筑節能[J].建筑科技，2005，（15）：33-34.

[3]劉德華.工業建筑的發展趨勢[J].新建筑，2004（03）.

[4]蔡恒友.關于工業建筑美[J].工業建筑，2003（04）：17-27.

[5]田費麟.中國工業建筑面臨新世紀挑戰[J].新建筑，2004（03）

[6]任敏.建筑外遮陽與建筑設計[D].南京：東南大學，2007.

[7]張揚.建筑遮陽設計研究[D].同濟大學，2006.

[8]余茹.現代節能建筑與立面設計[D].鄭州：鄭州大學，2011.

[9]蔡恒友.關于工業建筑美[J].工業建筑，2003（04）：17-27.