感性美學與理性構法學的相互影響——以托萊多美術館玻璃展示廳的分析為例

李相宜，裘　知

(浙江大學 建筑工程學院，浙江 杭州310058)

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感性美學與理性構法學的相互影響——以托萊多美術館玻璃展示廳的分析為例

李相宜，裘知

(浙江大學 建筑工程學院，浙江 杭州310058)

摘要：從托萊多美術館玻璃展廳獨特的簡潔美感的出發，從概念、材料、結構、節點幾個理性構法方面分析建筑美學的實現方式。探討感性美學與理性構法的相互影響。

關鍵詞：托萊多美術館玻璃展廳；圓角玻璃；雙層玻璃空腔；雙邊玻璃固定體系

托萊多美術館玻璃展示廳，坐落于美國俄亥俄州的一座曾經以生產玻璃器具而聞名的小城——托萊多。由于建筑的功能是作為一個玻璃藝術品展示的空間，因此SANNA建筑設計事務所在設計概念上提取了玻璃的元素，通過最純粹最簡潔的“玻璃的建筑盛放玻璃工藝品”的方式來還原小城的玻璃歷史。

在結構方面，由于建筑分為地上與地下兩層，且地上部分的通透性尤其重要，因此地下層為鋼筋混凝土結構，而地上部分則采用更為輕質的鋼結構。

在功能方面，雖然SANNA通過玻璃空腔的方式劃分功能，極力將建筑的純粹性最大化，但考慮某些特殊功能如廁所等不能全通透處理，因此也做了一定的退讓：將這些功能放置在位置合理的黑房間里，墻面選用白色涂料。地上層主要為展區與開放藏品區，是對外開放人流密集的區域，而地下則主要為設備用房和儲藏空間。

另外，日本建筑師追求極致的純粹建筑美學，雖然從視覺上產生極致的美學效果，然而給施工和造價帶來極大困難和隱患。在本項目中，最大的成功之處在于其跨國大生產，如日本建筑設計，德國結構設計，以及澳大利亞與中國參與的材料生產等。正是這種跨國合作才實現了建筑美學、施工、造價等方面的調和，保證了建筑作品最終的完成[1]。

一、建筑美學解析

托萊多美術館玻璃亭的設計將建筑的純粹性做到極致，建筑采用了最純粹的白色與最通透的玻璃相結合，整座建筑給人的感覺可以用三個詞來概括：干凈、通透、輕盈。SANNA不僅僅是在做建筑本身，更是將建筑做成了一個玻璃展品，一個工藝品。純粹性的體現，大致歸結為以下三點：

1.超大玻璃的運用

SANNA認為，為了使玻璃的純粹性最大化，要在隱藏幕墻結構固定部分的基礎上要求玻璃間接縫最少，因此在相同的玻璃面積需求下，對玻璃的尺寸提出極為嚴苛的要求：超大玻璃的標準尺寸為2.44*3.96 m[2]。

2.柱子

為了將玻璃的純粹推向頂點，要盡可能把柱子隱藏。因此一部分柱子被隱藏在墻體中，另一部分則被置于玻璃空腔中，由于玻璃夾層的雙重透明，雙重折射，雙重反射現象，柱子的存在感也會被削弱。

3.墻與樓板

在顏色的選擇上，選用了白色。從外面看，尤其是在燈光開啟時的夜晚，墻與樓板幾乎看不到界線，很好地融入了玻璃的純粹體系。屋面被設計得非常輕薄，僅0.6 m的厚度里卻容納了結構、設備、保溫、防水等等[2]。吊頂采用白色涂料，地面采用淺色光面大理石，光線在吊頂、地面與玻璃墻面之間自由反射，達到光線自然融合的效果。

二、建筑構法對建筑美學的呼應解析

理性的建筑構法為感性的建筑美學的實現提供堅實的保障。無論是在選材、理念還是細節處理方面，SANNA在這幢看似面積不大又無復雜結構的作品中付出了相當大的心血，這也使得整幢建筑的成本相當驚人。本文從材料、結構體系、特殊節點設計三個方面分析建筑構法對建筑美學的呼應。

1.主要材料：大尺寸低鐵白玻璃

(1) 白玻璃。由于白玻璃所含有的雜質較普通玻璃小很多，因此白玻璃的透光性能遠遠高于普通玻璃，這使得外界光線即是透過多個雙層玻璃空腔體系仍然能夠保證足夠的光線強度照亮室內。

(2)材料性能。白玻璃具有非常好的透光性，實驗顯示，6 mm厚的白玻璃透光率達91 %以上，而普通玻璃只有約80 %。另外由于白玻璃的成分中鐵的含量很低，因此白玻璃對各波段的光吸收比較均衡，而普通玻璃對綠色波段的光吸收較少，這就導致更多的綠色波段被反射出來使得透過普通玻璃看到的物體普遍偏綠色，因此白玻璃更能表現其內部展品的原本顏色。

(3)夾膠玻璃。由于低鐵玻璃脆性很大，易碎，因此設計師采用夾膠玻璃的手法解決。夾膠玻璃由于通過專用設備將聚乙烯醇縮丁醛(PVB)膠片夾在兩成或多層玻璃中間，經預熱，預壓后進入高壓釜內熱壓成型而成，因此具備以下幾種優良性能：

安全性：不易被擊穿，破碎后碎片與膠片粘連，不易飛散。

節能性：有良好的隔熱功能，可節電、節能。

隔音性：對聲波具有阻擊功能。

阻擋紫外線：可防止室內家具、物品的褪色。

(4)生產過程。由于整個項目對玻璃的尺寸有著極高的要求，而在當時，全世界僅有澳大利亞一家玻璃生產商可以生產這種超大尺寸的白玻璃，然而，澳大利亞沒有彎曲這種超大玻璃的技術，也就在這時，中國的三鑫玻璃廠決定挑戰這項高難度的玻璃加工任務。因此，在澳大利亞生產出來的標準尺寸的白玻璃通過海運運輸到中國深圳的三鑫玻璃廠進行進一步的彎曲、夾膠、壓膜等深度加工。

一般玻璃曲剛化是由機器在生產線上直接加熱降溫完成，但是因為本項目的玻璃尺寸大，因此不能使用曲剛化機器。三鑫玻璃廠投入50萬美金制作了世界上最大的“高壓鍋”，使用特別的客制化模具與烤爐來彎曲本幢建筑的超大尺寸玻璃，具體生產過程可以概括為：客制化模具→加溫爐→邊部應力破損檢查→復層校對→儲存轉移→膠合密閉→真空爐→完成合片。

(5) 運輸。首先在澳大利亞生產出來的白玻璃通過海運運輸到中國深圳，然后在中國加工好的彎曲的白玻璃通過較為經濟的海運方式運回美國，如果在路上由于顛簸造成玻璃破碎的話，則需返廠重鑄，最后通過空運運回美國如圖1。由于白玻璃本身的生產成本就是普通玻璃的5倍，再加上制作工藝、尺寸、加工、運輸等等特殊要求，托萊多美術館玻璃廳單單玻璃一項材料的花費數量就是相當驚人的。

圖1　超大玻璃的運輸流程

(6)取得的效果。室內各個房間的自然光強度如圖2，顏色越亮代表自然光照越充足。從圖中可以清晰地看出，除顏色最深的5個實墻部分房間外，高檔玻璃材料的選取以及三個采光內庭院的恰當布置，使光線即使透過多層玻璃也仍然可以達到自然的光線效果，使整個室內在白天基本不需要人工照明，這也是高成本的前期投入帶來的后期綠色節能效應之一。

圖2　自然光照下各個房間的明亮程度

2.結構體系：雙層玻璃空腔與鋼結構

(1) 雙層玻璃空腔。由于整個項目坐落于美國俄亥俄州，考慮到俄亥俄州的氣候條件對建筑的保溫隔熱效果有著很高的要求，因此一個外層保溫隔熱“表皮”就顯得尤為需要。然而，專業的隔熱玻璃與白玻璃不同，它的透光性能相對來講要差很多，不能滿足建筑對純粹的極致追求，同時又很難做出本項目所需要的超大尺寸圓角玻璃，再加上隔熱玻璃成本過高，考慮到隔熱玻璃的諸多弊端，設計團隊放棄了隔熱玻璃的選擇，與此同時，一個“雙層玻璃空腔體系”的概念被引入到了設計方案中。

“雙層玻璃空腔體系”的外層部分由大面積的平板玻璃和轉彎處的圓角玻璃組成的倒角矩形構成，內層則根據建筑的結構、功能需求，圍合出不同的空間。內層與外層間所夾出的空腔內部安裝有空氣調節設備，用以保證空腔內部的溫度與濕度，這樣既達到了保溫隔熱的目的，又有足夠的靈活性來滿足建筑師對建筑純粹性的期望。也有部分空腔寬度較大可進入，以方便工作人員進入清掃。

就雙層玻璃空腔體系的保溫隔熱性能而言，雙層玻璃的每層玻璃都有兩個反射面，因此光線穿透雙層玻璃需前后經過兩次折射與四次反射，這對于能量傳遞有著巨大的阻礙。在炎熱的夏季，外界強光能量難以進入室內，而在寒冷的冬季，室內熱量也很難通過空腔中巨大的空氣熱不良導體散至室外。

對比雙層玻璃空腔體系與普通雙層真空隔熱玻璃體系，我們可以看出，由于空氣與真空都是熱的不良導體，而空腔的體積遠遠大于真空，再加上空腔內部裝有空氣調節設備，空腔體系較真空體系有更好的絕熱作用。同時，真空體系的雙層玻璃距離非常近，這就對于雙層曲面玻璃的施工提出了相當高的要求，空腔體系相對顯得更加靈活方便。

(2)鋼結構體系。為了使整幢建筑的結構體系更加輕盈純凈，建筑選用了鋼結構作為結構基礎，其中用于支撐建筑的鋼柱直徑小到20 cm[2]，同時屋頂也盡可能地做薄。

為了使柱子的存在不要喧賓奪主，設計師花費兩年時間用于設計與調整建筑的柱網位置，來用最大可能將柱子隱藏。如前所述，建筑師大致運用三種方式來隱藏柱子：將柱子放置在空腔內、將白色柱子放置在白色實墻附近、將柱子直接隱藏在實體墻內部。柱子與空腔、墻壁的幾種位置關系如圖3。

圖3　柱子與空腔、墻壁的幾種位置關系

3.一些特殊節點構造與施工細節

(1)雙邊玻璃固定體系。常見的玻璃幕墻體系，一般情況下都是四邊或四角有金屬固定體系，且玻璃的尺寸一般也都比較小，然而在本項目中，這些金屬支架以及玻璃尺寸都是不符合建筑師對純粹性的要求的。因此，建筑師大膽地提出了“雙邊玻璃固定體系”的想法。取消了玻璃固定體系的兩個垂直部分的這種做法為提高整個建筑的純粹性起到了相當巨大的作用，但這絕非一件容易的事情。我們知道，對于這種超大尺寸玻璃減少了兩邊方向的支撐已經非常困難，尤其對這種脆性相當大的低鐵玻璃來說，在玻璃受到豎向力作用時，十分易碎。

在這種情況下，屋頂結構部分與玻璃支撐體系必然要相互可動，以緩沖屋頂在豎向荷載作用下的形變對玻璃體系的壓力。設計師開發了第一種解決方案，他們為了達到玻璃連接配件最小化來迎合審美的需求，開發出了如圖所示的節點屋頂與玻璃銜接的節點處理方式如圖4。在這套方案中，夾膠的雙層玻璃不等高，卡住頂邊框，玻璃與連接玻璃的上邊框留有一定的活動距離，使得當屋頂承受外部荷載而發生形變下沉時不至于壓碎下面的玻璃。

然而，新的問題接踵而至。因為本項目中的玻璃并不全以平面的形式存在，還有相當大比率的曲面玻璃。這種雙層玻璃不等高的處理方法，再加上雙層玻璃在彎曲時曲率不同，玻璃邊緣十分易碎，增大了曲面玻璃的生產難度和施工處理難度，延長了生產時間，生產的不合格率也相應增加，這些都大大增加了建筑的經濟預算。

圖4　雙邊玻璃固定體系與屋頂結構部分

對此，設計師重新調整了節點設計方案，在新方案中，玻璃與玻璃固定體系不再是相對滑動的可動關系，而是更改為固定的關系，并巧妙地增加了一個滑軌，使屋頂的結構部分體系與玻璃固定體系兩者之間形成了相對可動的關系。新的方案還更加注重屋頂的保溫防水，增加了一條排水槽，方便雨水的快速排出。節點大樣與相應的立體SU模型如圖5。

(2)地下室天窗。地下室天窗的節點處理也是托萊多美術館的另一個精彩之處。為了純粹性的最大化，設計師希望承接圓形玻璃天窗的金屬邊框寬度最小，這就為施工時玻璃的放置提出了很大的要求，因為邊框太窄，玻璃在向下放置的過程中哪怕稍有一點不平衡就很容易側翻掉下去摔碎。于是在施工過程中，工人圓形玻璃下面墊了一個巨大的氣枕，使玻璃水平放置在氣枕上，再慢慢放氣，直到玻璃順利搭接在金屬邊框上。

圖5　最終方案的SU模型示意圖

另外，節點處的排水系統也值得一提，在頂層玻璃邊緣有一條排水槽，雨水沿排水槽流入匯集到排水溝后排走，另外，內層玻璃邊緣有另一條排水槽，主要用于室內水蒸氣凝結后收集并排除。天窗玻璃被特意設計成球面，一方面，可以緩解人們踩在玻璃上的壓力，另一方面有助于雨水從頂部向四周流下匯集到周圍一圈排水溝內。如圖6、圖7。

圖6　天窗節點SU立體示意圖

圖7　球形玻璃天窗可緩解上部荷載

綜合本文分析，這個僅有地上地下兩層的看似面積不大的小項目，遠沒有看上去的那么簡單。在這個項目中，我們看到的不僅僅是人力、財力、精力的付出，更是看到了建筑師為了將純粹性追求到極致的追求完美推敲細節的設計精神。美學是感性的，往往是設計師的一個單純的想法，可能是異想天開的，可能是一廂情愿的，然而建筑的美學不同于繪畫般天馬行空，建筑的美學在于實現。理性的建筑構法是建筑美學實現的堅實基礎。同時，簡潔不等于簡單，極致簡潔的美學效果為其實現帶來了極大的難度，而美學不斷提高的要求也鞭策著建筑構法的不斷進步。建筑師不斷追尋美學的道路上的同時也需要理性地思考造價與構法三者間的進退取舍。

參考文獻：

[1] 大師系列叢書編輯部.大師系列妹島和世+西澤立衛的作品與思想[M].北京：中國電力出版社，2005：148-151.

[2] SANNA.托萊多藝術博物館玻璃大廳[J].建筑創作，2012(2)：52-61.

(責任編輯王楠楠)

Perceptions of the Glass Pavilion at the Toledo Museum of Art from the View of the Influence between Aesthetic and Construction——In the Toledo Art Museum exhibition hall glass analysis as an example

LI Xiang-yi, QIU Zhi

(School of architecture, Zhejiang University, Hangzhou, Zhejiang 310058)

Abstract:This paper appreciates the special aesthetic of the purity of Toledo museum, and discusses the influence between aesthetic and construction in the perception of concepts, materials, structure and details.

Key words:Glass Pavilion at the Toledo Museum of Art; Fillet Angle; Double Glazing Wall; Tow-side Glazing System

中圖分類號：TU-80

文獻標志碼：A

文章編號：2096-1383(2016)02-0151-04

作者簡介：李相宜(1993-)，女，浙江杭州人，主要從事建筑學研究。

收稿日期：2015-10-12；最后修回日期：2016-02-15