方體的空間操作——內蒙古工業大學建筑創新實驗中心設計

賀龍，武永江，張鵬舉/

很多設計的開始，往往是從紛雜的可能性中抽取一個穩定的發展方向和框架，然后在這個方向和框架下，再探究設計的二級可能性。如果設計足夠復雜，不排除依此方式，再延伸出三級可能性的設計探討。

本案的設計過程，也是在前期整體考慮各方設計因素的條件下，首先確定了以一個方體作為對外部環境因素的基本回應，在此基礎上，通過平面切分、結構錯層、置入風井、皮骨建構等方式，對方體的基本形態進行二級可能性的空間操作探討，進而完成了對設計問題的全面響應和空間內涵的自然升華。

1 方體——設計的原始切入

建筑創新實驗中心項目位于內蒙古工業大學校園內，屬于建筑館的第三期建設內容。項目的建設旨在完成對建筑學學科下設的各類實驗室進行重新的集中和整合。設計之初通過對項目整體的梳理和分析，很快便形成一個清晰而穩定的設計方向：建筑應通過一個方體的基本形態，來統一回應場地、功能等現實需求。具體原因如下：

（1）項目場地有限，但功能容量需求較大，在完成場地退線和建筑高度控制分析后，設計認為一個緊貼設計退線和建筑高度控制線而自然生成的最大化的方體空間，是滿足建筑功能容量最直接的手段。

（2）對于實驗室本身的功能屬性來說，一個寬大方正的空間是最契合實驗設備高效靈活的布置需求。

（3）內蒙古工業大學校園建成年代較早，校園建筑整體較為陳舊，在下一步校園散點式的建筑生長過程中，校方預期在歷史感較強的校園環境中，突顯一批有一定時代性和標志性的建筑物，以此和舊有建筑形成一種年代跨度上的差異，反映學校歷史積淀的同時，帶來一定的時代氣息。在此背景下，同時考慮項目有限的資金投入，設計認為方體是在規避投資超額風險的情況下，借助其形體特有的現代簡潔屬性來彰顯時代性格最理性而有效的手段。

至此，項目宏觀的發展方向已經明確，設計開始轉向對方體具體空間設計潛力的挖掘階段。進一步分析可以清晰的看到，方體的形體手段，使有限的場地勉強承載了任務書中高容量的功能需求，但如何讓方體能從容地兼顧空間的高效、流線的順暢、結構的合理、能耗的節約、體驗的愉悅等矛盾，依然是設計需要面對的難題。問題的多重與交織，讓冗余和矯作的設計手法頓時失效，反而激發出設計對于功能、形式與結構一體化操作處理的追求，進而演化出一條清晰的空間生成路徑。

2 縱向平面切分

首先，面對基于場地退線生成的方形平面，設計的第一步操作是通過縱向的平面切分，在平面中部集中布置了南北貫通的建筑公共服務空間（公共交通、衛生間、管井等），平面東西兩側除一層局部留作門廳，其余空間全部被解放出來用作實驗室。

圖1 外景

圖2 .圖3 分析圖

圖4 鳥瞰

圖5 建筑爆炸圖

圖6 .圖7 外景

圖8 東立面

圖9 西立面

圖10 南立面

圖11 北立面

圖12 .圖13 剖面

圖14 首層平面（標高±0 .000 ）

圖15 平面（標高3 .010 ）

圖16 二層平面（標高5 .200 ）

圖17 -18 外景

圖19 外景

圖20 內景

圖21 平面（標高8 .210 ）

圖22 五層平面（標高20 .800 ）

這樣看似簡單的劃分方式，實則是在多方案比較之后謹慎確定的一步操作：公共服務空間居中集中布置，不僅減少了疏散距離和交通面積、提高了實驗室的得房率，也使平面結構形式在滿足兩側實驗室空間跨度要求的同時，在結構受力上更為均衡，減小了大柱跨帶給結構上的挑戰難度。另外，公共服務空間選擇南北向布置，除實現了自身和兩側實驗室空間上的南北通透之外，更大的意義在于讓下一步的設計操作成為了可能。

3 橫向結構錯層

實驗室空間單元為了面積的最大化，平面進深基本上由南北退線控制生成，雖然設計上保證了南北通透，但面對超大的空間進深，建筑通風的問題仍需重點關注。

除此之外，項目所在地雖屬我國北方嚴寒地區，但建筑夏季防熱問題宜需關注。當地建筑常常為了應對夏季短暫的伏天而被迫安裝空調，一年只使用一個月左右，運行成本雖低，但一次性設備資金投入卻不容忽視。從建筑師角度出發，單依靠被動式的空間手段，不一定能夠完全解決冬季防寒問題，但如果通過合理的空間手段，讓此類地區的建筑在夏季能保證良好的自然通風，從而避免糾結是否安裝空調的尷尬，倒不失為一件更具現實意義，更能體現被動式綠色設計價值的實事。

圖23 總平面

鑒于以上兩點，項目作為創新實驗中心，設計希望讓建筑本身成為最大的實驗裝置，在研究地區建筑空間通風效率方面，有一定的實驗性探索。

因此，在豎向平面切分的基礎上，設計接著對兩側實驗室空間單元進行了橫向結構錯層的操作處理，從而得到一個南高北低、南北貫通的空間單元，這一空間策略源于炎熱地區的空間設計經驗，理論上也符合通過改變空間剖面形態，提升中性面，加強空氣熱壓通風的原理。同時，錯層的空間策略讓建筑北半部分下沉，形成了半地下的實驗室空間，從而在建筑頂部有機會再增加一組實驗室功能房間和與之連通的屋頂室外實驗場地，進一步提高了功能性房間的數量。

4 豎向風井置入

在橫向結構錯層的基礎上，設計同樣利用提升中性面的熱壓通風原理，在建筑公共服務空間南端，依次置入了3 組獨立的兩倍層高的風井，并分別與建筑二至四層的實驗室空間單元連通，使建筑主要空間單元依靠風井的拔風作用，讓通風效率得到進一步的提升。3 組風井前后相錯，每一組風井都可通過南向太陽輻射直接得熱，為熱壓拔風創造更多負壓動力。風井北向側壁用半透明的陽光板封閉，實現了陽光透過井道對中廳空間光線上的補充。除了南向的間接光線，中廳空間的光線更多源于頂部的天窗采光，塑造光影的同時，也讓中廳空間作為另一種形態的風井，對公共空間和一層實驗室空間單元的通風效益起到加強作用。

5 內外皮骨建構

完成以上3 步核心操作，設計從空間結構一體化的角度再次回歸于建筑平面，在不影響實驗室使用效率的前提下，分別在平面東西兩側布入兩排柱網，讓建筑從西向東依次形成“小- 大-小-大-小”的跨度格局，進一步優化結構空間的同時，一定程度上也對實驗室區域進行了空間格局的限定和使用方式的引導，從而讓建筑的整體骨架更加趨于結構理性和空間理性的融合與統一。

骨架的獨立與完整，誘發了圍護系統游離的存在狀態，從而讓建筑的內外構成自然轉化為一種皮骨互依互立的建構關系，基于這樣的建構關系，同時考慮方體的時代感，設計最終選擇了一種類玻璃幕的表皮做法。選擇這種做法，還有一個更深層次的原因，就是設計對于實驗室內部空間光線控制的考慮：實驗室大層高、大進深、大面寬的空間特點，導致外墻必須全面的打開，才能保證室內光線的整體亮度和均勻度，而全玻璃包裹是回應上述光照需求最直接有效的做法。在玻璃的細節處理上，設計通過雙層玻璃，內夾特制的白色絮狀保溫材料的做法，在保障外墻節能技術要求的同時，又使室外光線經玻璃的過濾變得均勻柔和，進而形成舒適宜人的室內光環境。

6 空間呈現

空間呈現作為一種結果，是最易被人關注的一面，某些時候甚至成為個人評判喜惡的唯一標準。但這種壓力并未讓設計甘于“刻意”的干預空間的呈現結果，而是潛心于對具體問題的回應，在回應的過程中讓空間趨于一種“自然”的呈現狀態。

圖26 -28 內景

雖然說方體本身就是設計對結果呈現的一種先期預設，但在進一步設計過程中，設計并沒有拘泥于方體的完整性，內部系列的空間操作不同程度地對現代簡潔的方體表皮形成了沖擊，從而導致完整的表皮發生了局部的變異，讓人從外部空間便能自然地捕捉到建筑內部空間的構成關系。同時，沖破建筑表皮裸露于外部環境的建筑語匯，又自然地與舊有建筑的紅磚、鐵皮等材料語言發生了同化，從而在表現新舊建筑年代跨越感的同時，又保證了新舊建筑的歷史延續性。同時，被同化的材料語言借助空間建構的組織邏輯，又順利地傳遞到建筑內部，進而使建筑內部空間也自然呈現了兩種時代感的材料互相交織的空間狀態。不同材料語言的組織邏輯，自然地強化了建筑空間體系、結構體系和維護體系的建構關系。從而實現人們在空間體驗的過程中，通過視覺識別的方式便能清晰地感知到空間本體的組織邏輯和建構內涵。

同時，這種“自然”的呈現在公共服務空間的空間特征上亦有體現。出于空間效率的考慮，建筑所有的公共服務空間集中于平面中部的南北夾縫中布置，而這種集約的布置，又恰恰定義了公共服務空間狹長窄高的空間特質。這樣的空間特征與日本町屋文化下的狹長主義建筑空間特征非常相似，但這種相似并非源于形式的模仿，而是在于其背后如出一轍的形成邏輯所導致的“自然”相似。

另外，對于實驗室功能單元的空間塑造，設計更是全面放松，完全遵從熱壓的通風原理和結構的理性布置，自然地生成了錯層的空間形態和柱網限定下主次空間的使用格局，從而定義了實驗室功能單元獨有的空間特色。□

項目信息

業主：內蒙古工業大學

建設地點：內蒙古呼和浩特市

建筑設計：內蒙古工大建筑設計有限責任公司

方案創作團隊：張鵬舉，賀龍，李鑫

施工圖設計團隊：陳超，楊宗上，趙智勛，郝榮，朱喜

榮，陸曉飛，陳芳

建筑面積：5966 m2

設計時間：2018.06-2019.12

建造時間：2020.03-2021.06

攝影：竇俞鈞