金屬表皮材料的建構手法

張曉磊 張曉敏 楊英宇

(1.赤峰市節能監察中心，內蒙古 赤峰 024000;2.赤峰市規劃局，內蒙古 赤峰 024000;3.赤峰紅山經濟開發管委會，內蒙古赤峰 024000)

無論是新奇前衛還是樸實無華，建筑的形象必然是通過表皮材料得以展現。在眾多建筑表皮材料中，除了水泥、涂料、混凝土等不具有原始形態的塑性材料可以隨形而覆，在一定的尺度范圍，選用這些材料作為建筑表皮時必然是通過塊、板、片的連續展開以達到整體飾面的目的。金屬作為一種現代的建筑材料也不例外，用作表皮飾面的金屬材料——板、條、片間的不同連接及展開方式所帶來的不同形式的接縫賦予表皮以截然不同的紋路肌理，直接影響著建筑表皮的整體效果。本文就針對目前建筑領域常見的金屬表皮的表現手法進行剖析。

1 二維平面的拼接

拼接是最為常用的建構手法之一，作為有限尺寸的金屬材料，為了使小尺度的材料能夠形成覆蓋整片界面，金屬板、塊、條間必須根據設計的意圖，按照一定的規則相接，并依次雙向連續展開，形成連續的面——金屬表皮。這種以拼接形成的建筑表皮多依附于建筑的形體而存在，它既可以是平面的板也可以是隨墻體而變的形態，但多數情況下為二維面狀的建筑表皮。對于板、條的存在且表面無明顯肌理的金屬材料而言，材料拼接所形成的接縫成為決定表皮肌理的主要因素。

2 二維平面的編織

編織是一種古老的建構藝術，是使線狀的材料構件獲得二維的面狀形態和一定材料強度的基本手法。編織是紡織業中常用的基本技法，生活中也不乏編織的工藝品(見圖1)。隨后，編織進入建筑領域，經過短暫的過渡，迅速的發展起來。金屬作為一種新型的工業材料，最初是以絲網的形式涉足編織領域。因其柔韌可塑的材料特性與編織工藝對材料性能的需求不謀而合，使其一進入這一領域便如魚得水般的迅猛發展。編織的金屬材料在工程實踐中因優異的柔韌性而被賦予各種不同的形態。隨著技術、時代及材料工藝的發展，編織材料擁有了更多豐富多樣的語言。

圖1 編織工藝品

2.1 線狀金屬的肌理編織

金屬絲材、線材及絞線等基材按照經緯方向相互錯落交叉、連續搭接，便構成呈網格狀的孔洞型材料的表皮——金屬絲網。圖1為常見的編織草編、竹編等。這種構造簡約且有半透明的效果、細膩的肌理和柔中帶剛的質感的金屬絲網，近年來迅速成長，并成為相當流行的工業化建筑材料。

2.2 條狀金屬的肌理編織

建筑中常見的絲網類金屬材料多是金屬絲、金屬線等線材，通過機械加工而成的工業類建材，這類材料已經發展形成不同形式的板面表皮，設計師可根據設計進行選擇性使用。于是，建筑師走進材料的生產加工領域，把表皮的建構融入設計，根據設計的理念及表現手法，生產出理想的表皮材料。建筑師以條狀金屬材料為基材，遵循編織的建構原則，按照設計構思及所要表達的建筑內涵，對原始的網格編織進行演繹，使這層編織的表皮具有獨特的建構手法和表達語言，是建筑師智慧的彰顯。

慕尼黑猶太人中心就以螺旋形編織的銅網作為建筑上部的覆層(見圖2)。細而扁的銅條與橫向的銅線作螺旋狀編織，形成三角形的網面孔洞(見圖3)，與其背后玻璃幕墻的三角形架相呼應，銅網和玻璃的空間間隔賦予這層銅網輕盈如紗的感覺，視覺上極為通透多層的表皮效果，與下部的石材基座形成強烈的對比，故編織的表皮形象深得廣大建筑師的喜愛。

圖2 慕尼黑猶太人中心

圖3 金屬編織表皮細部

2.3 金屬板片的二次編織

編織是一個廣泛適用的建構方式，不僅是線形金屬材料可以被編織，金屬片、板等材料也被廣泛應運，通過二次編織來重新組織，帶來另一番建筑意象。金屬板片的二次編織賦予建筑表皮雙重的視覺特性——它既展現出金屬材料本身的表面特征，又具有編織帶來的獨特肌理，帶來豐富的視覺體驗。光亮的、粗糙的、不透光的、半透明的……各種不同表面特性的材料通過編織的二次建構，都將被賦予材料本身所不能的表皮特征，具有材料本身和編織的雙重表面屬性。

3 三維空間的非常規建構

隨著建筑技術的發展及建筑審美的需求，建筑師們已不滿足單純二維平面的表皮效果，逐步探索表皮在三維空間中的深層潛力。于是，金屬表皮在建筑結構允許的范圍內開始擁有表皮自身富有表現力的空間形態，朝著日益多元化的方向邁進。相對平面類建筑表皮而言，三維空間形態或明顯凹凸肌理的建筑表皮打破原本的建構思路，以全新的理念構建具有豐富空間形態表現力的各種特殊肌理的表皮形態，將表皮打造成建筑最為獨特的標志，并帶來強烈的視覺沖擊。這里針對具有三維空間形態的建筑表皮的建構手法作深入分析，并從平面材料的三維空間建構和三維材料的普通建構兩方面分別進行介紹。

3.1 平面材料的三維空間建構

在特殊的建構方式及合理技術的支撐下，二維性空間的材料也可以獲得前所未有的三維空間形態。這一表現手法極大地豐富了建筑表皮的語匯，由此演變出各種不同形態、效果的建筑表皮。下文筆者就立體建構、扭曲、折疊三種方式做具體介紹。

1)立體建構。將平面的金屬板材、片材在三維空間中相互間呈一定角度折疊或拼接并依次連續展開，構成圖案或形態的同時，形成表面較為明顯的凸起或凹陷的肌理，筆者將這一表皮建構的手法稱之為平面材料的立體建構。采用這種方式形成的建筑表皮一般具有較強烈且豐富的凹凸肌理。光與影在這里勾勒并強調出這片表皮極其豐富的立體肌理。立體建構的一種表現就是以平面的材料建構形成較為具態的“形”，從而成為賦予表皮肌理的基本單元。

2)扭曲。扭曲也是建構表現手法。平直的材料在扭轉的外力下獲得優美、自然的彎曲線條，同時營造出隨機轉折的粗細和明暗的對比。簡單的金屬薄板通過扭轉、曲折獲得意想不到的視覺裝飾效果，同時材料的強度和剛度也因此而得到增強。根據扭曲范圍的差異，該種形式的表皮有著多樣的表達方式。其中，小尺度的扭曲一般表現為表皮材料自身的扭轉曲折，以扭轉變形的材料形態構成表皮特殊的表面肌理。這種肌理構成建筑表皮的基本單元，賦予建筑表皮以獨特的表現力。

3)折疊。折疊也是使平面的材料獲得立體的空間形態的建構手法之一。這種建構方式不僅可以擺脫原始單一的材料形態，創造出復雜的建筑形體并獲得表皮表面豐富的空間形態和異形肌理，還可以在一定程度上挖掘材料深層的潛能——增強材料的強度和剛度等。

3.2 三維材料的表皮建構

相對二維平板狀的金屬材料而言，具有三維空間形態的金屬材料更容易創造出新的建筑表皮。使二維的金屬基材獲得三維的空間形態的手法有很多種，折疊的、彎曲的、扭轉的……即使是采用常規的手法組織這些三維形態的金屬材料，也可以收獲別樣感覺的建筑表皮形象。新加坡新藝術中心便是較早的以折疊金屬板材構成建筑獨特外表皮的建筑實例(見圖4)。建筑師邁克爾·維爾福德和倫敦“1+10”工程師事務所聯合設計并開發了這種以斜向折疊的玻璃與三維鋁面板共同組成的集遮陽、隔熱于一身的三維復合型玻璃窗外表皮，并以這種表皮為基本單元，規則地排列成半卵形的屋頂。隨著表皮曲率的增加，折疊的鋁板向外凸起，像“鳥嘴”一樣，形成表皮整體均勻陣列的三角形凸起的獨特肌理。

圖4 新加坡新藝術中心

本文重點研究金屬材料在建筑表皮設計中具體的表現手法，通過對相關資料的查閱及對以金屬作為表皮的建筑案例的分析，筆者從材料的金屬建筑表皮的設計以及最基本的建構方式出發，對不同類型、不同視覺效果的金屬表皮進行剖析，總結出拼接、編織及立體建構、扭曲、折疊等三維空間非常規的建構，以期能夠為金屬建筑表皮的設計提供具有一定實用意義的理論指導。