從遮陽與通風(fēng)一體化策略看綠色建筑立面設(shè)計(jì)的潛力
——以福斯特建筑事務(wù)所作品為例

文/北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 楊翊楠

0 引言

布萊恩·愛德華茲認(rèn)為：在一個(gè)空間大眾化和價(jià)值日益標(biāo)準(zhǔn)化的世界，可持續(xù)發(fā)展提供了開發(fā)特定空間的機(jī)會(huì)，這是一種特定的設(shè)計(jì)。如果把“綠色”看成是人類在文化和氣候方面的努力，可持續(xù)發(fā)展的建筑則是提高生活品味的動(dòng)力。從來沒有單一的設(shè)計(jì)文化，即使在一個(gè)城市里也有其文化的多元性和復(fù)雜性；也從來沒有一種氣候，可用通用的空氣調(diào)節(jié)方法和標(biāo)準(zhǔn)化的建造方式去適應(yīng)。

1 可持續(xù)發(fā)展和綠色建筑

1980年，國(guó)際自然保護(hù)同盟在《世界自然資源保護(hù)大綱》中首次提出“可持續(xù)發(fā)展”概念。1987年，世界環(huán)境與發(fā)展委員會(huì)出版《我們共同的未來》，將“可持續(xù)發(fā)展”定義為：既能滿足當(dāng)代人的需要，又不對(duì)后代人滿足其需要能力構(gòu)成危害的發(fā)展。在對(duì)“可持續(xù)發(fā)展”的眾多理解和描述中，世界環(huán)境與發(fā)展委員會(huì)的定義至今是被廣泛接受且影響最大的。

《我們共同的未來》指出，“可持續(xù)發(fā)展”包括2個(gè)重要概念：需要和限制。應(yīng)將世界各國(guó)人們的基本需要放在特別優(yōu)先的地位考慮；技術(shù)和社會(huì)組織對(duì)環(huán)境滿足眼前和將來需要的能力應(yīng)施加必要的限制。

40余年來，“可持續(xù)發(fā)展”逐漸成為世界各國(guó)的共識(shí)。由于可持續(xù)發(fā)展涉及自然、環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、科技、政治等方面，不同領(lǐng)域關(guān)注的內(nèi)容各不相同。建筑業(yè)是涉及相關(guān)領(lǐng)域最多的行業(yè)之一。一方面，建筑對(duì)于改善人類生存環(huán)境具有重要作用，是人類最基本的需求之一；另一方面，建筑的建造過程需使用大量的材料和資源，普遍認(rèn)為，建筑行業(yè)要對(duì)約40%的碳排放負(fù)責(zé)，因此必須采用更多的節(jié)能新技術(shù)和新材料，并通過設(shè)計(jì)降低能耗，提倡并踐行可持續(xù)設(shè)計(jì)原則。這是目前擺在建筑師面前壓力最大、最復(fù)雜和最具挑戰(zhàn)性的課題。

為在設(shè)計(jì)中貫徹“可持續(xù)發(fā)展”理念，并落實(shí)到具體應(yīng)用層面，各國(guó)根據(jù)自身情況，分別制定綠色建筑認(rèn)證體系，如美國(guó)LEED、英國(guó)BREEAM、日本CASBEE、德國(guó)和北歐BlueAngel，澳大利亞NABERS。我國(guó)也有GB 50378—2019《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》。這些標(biāo)準(zhǔn)的具體條文，涉及建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、給排水及電氣電信等專業(yè)，可滿足的項(xiàng)目越多，則得分或等級(jí)越高。

對(duì)于建筑專業(yè)，在總圖布置、建筑形體、設(shè)備選型、材料選擇等方面的考慮均能體現(xiàn)對(duì)綠色建筑的追求。對(duì)于建筑師，設(shè)計(jì)任何一座具體的建筑，遵守法規(guī)，滿足功能需求，采用合理的技術(shù)和材料，都是必須做到的基本要求和達(dá)到目標(biāo)的手段，最終目的還是要通過這些手段達(dá)到良好的呈現(xiàn)效果。綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)中的大部分指導(dǎo)原則與最終效果呈現(xiàn)之間的關(guān)系往往比較間接，對(duì)效果的直接助力不大。滿足上述條件僅為滿足綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)所作的規(guī)定動(dòng)作。在這些內(nèi)容以外，對(duì)建筑效果有直接影響的主要是幕墻設(shè)計(jì)。

幕墻在各種類型和規(guī)模的公共建筑中大量使用。玻璃幕墻是最常見的幕墻形式，出于節(jié)能考慮，常見做法包括；選擇Low-e玻璃或采用雙層幕墻；在幕墻外設(shè)置遮陽構(gòu)件；幕墻設(shè)置開啟扇，使其具備自然通風(fēng)條件等。每種做法有各自的優(yōu)點(diǎn)，最終達(dá)成的效果是設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)能力的反映。

2 福斯特建筑事務(wù)所可持續(xù)設(shè)計(jì)理念與作品分析

英國(guó)的BREEAM制定于1990年，是全球最早的綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)。英國(guó)的建筑師是綠色建筑的先行者。著名的福斯特建筑事務(wù)所（Foster+Partners）更是這方面的佼佼者，自1967年事務(wù)所成立以來，一直被歸類于“高技派”建筑師行列之中，熱衷于采用各種“高技術(shù)”。在建筑設(shè)計(jì)中考慮生態(tài)環(huán)境和節(jié)能，并不是全新的理念，古已有之。如今被納入綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)的各種設(shè)計(jì)策略，如堅(jiān)持自然采光、通風(fēng)以及節(jié)能設(shè)計(jì)等，一直是“高技派”建筑師普遍認(rèn)可并始終堅(jiān)持的原則，福斯特建筑事務(wù)所也不例外，在其早期作品中就已有應(yīng)用。經(jīng)過50多年的積累，該事務(wù)所成立“可持續(xù)發(fā)展小組”，提出建議、指導(dǎo)方向并衡量目標(biāo)，針對(duì)具體實(shí)踐項(xiàng)目制定可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

在福斯特建筑事務(wù)所看來，如今的許多工程遠(yuǎn)超出建筑的傳統(tǒng)應(yīng)用，需將建筑環(huán)境作為整體考慮。該事務(wù)所的項(xiàng)目涵蓋從民用建筑到主要的交通和能源基礎(chǔ)設(shè)施，再到家具和門把手的細(xì)節(jié)。整體思維理念和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)使福斯特建筑事務(wù)所擅長(zhǎng)形式和細(xì)節(jié)的打造，使綠色建筑技術(shù)手段升華為藝術(shù)，建筑作品質(zhì)量完全可與工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量媲美。

蘋果公司總部和彭博社歐洲總部均是在這種理念指導(dǎo)下，將自然通風(fēng)和遮陽設(shè)計(jì)高度整合，在體現(xiàn)可持續(xù)設(shè)計(jì)理念的同時(shí)，打造既純凈又具有豐富細(xì)節(jié)的建筑外立面，其設(shè)計(jì)策略頗具啟發(fā)意義。

2.1 蘋果公司總部

蘋果公司總部于2010年開始設(shè)計(jì)，2017年建成。園區(qū)綜合采用多種新材料和新技術(shù)，是北美獲得LEED鉑金級(jí)認(rèn)證的規(guī)模最大的建筑。蘋果公司總部是一個(gè)巨大的圓環(huán)形建筑，周邊和中間的巨大圓形花園里種滿樹木，外立面采用超大透明玻璃，使建筑與景觀融為一體，如圖1所示。

圖1 蘋果公司總部建筑外立面

外立面幕墻節(jié)點(diǎn)極為簡(jiǎn)潔，僅在兩塊玻璃間有細(xì)小接縫，可最大限度地減少視線干擾。通常情況下，此種玻璃幕墻均用于全空調(diào)加新風(fēng)系統(tǒng)的建筑中，無法實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)。若要實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)，需在外墻做開啟扇，但會(huì)破壞外立面的純凈效果。

在最初設(shè)計(jì)中，福斯特建筑事務(wù)所在玻璃頂部設(shè)計(jì)了環(huán)繞建筑一圈可開啟的百葉。在天氣適宜的情況下，開啟百葉即可實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)。通高的大玻璃也能保證室內(nèi)外視線貫通。根據(jù)福斯特建筑事務(wù)所的一貫水準(zhǔn)，此種效果已接近完美。

但對(duì)于追求完美、不能容忍任何多余元素的喬布斯來說，這是無法接受的設(shè)計(jì)。在喬布斯的堅(jiān)持下，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)重新設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)，沿玻璃在樓板中挖出剖面呈半圓形的空腔，在空腔中設(shè)置自動(dòng)開啟的百葉和紗扇，將自然通風(fēng)的建筑構(gòu)件隱藏在樓板中，實(shí)現(xiàn)極致純凈的視覺效果（見圖2～4）。

圖2 蘋果公司總部通風(fēng)空腔節(jié)點(diǎn)

圖3 蘋果總部外立面局部

圖4 蘋果公司總部室內(nèi)效果

除隱藏通風(fēng)腔外，樓板還有多種用途，可結(jié)合輻射加熱和冷卻保證空氣回流。另外，遮陽板從玻璃幕墻外側(cè)向外懸挑深遠(yuǎn)，可有效遮擋太陽光熱輻射，降低室內(nèi)能耗。通過精心設(shè)計(jì)的特殊節(jié)點(diǎn)，整合樓板、遮陽板、通風(fēng)腔及其他設(shè)施，將遮陽、自然通風(fēng)和視覺效果完美結(jié)合，營(yíng)造仿佛身處森林的辦公空間。同時(shí)建筑物可實(shí)現(xiàn)全年80%的時(shí)間處于自然通風(fēng)狀態(tài)，大大降低能耗。

2.2 彭博社歐洲總部

彭博社歐洲總部位于倫敦核心地段，靠近英格蘭銀行、圣保羅大教堂和圣史蒂芬大教堂，2013年開始設(shè)計(jì)，2019年投入使用。在整體思維理念下，福斯特建筑事務(wù)所最終完成藝術(shù)氛圍濃厚、恢復(fù)古羅馬遺址原始地點(diǎn)、為市民提供底層開放公共空間且綠色節(jié)能的高品質(zhì)總部辦公建筑。該項(xiàng)目擁有英國(guó)BREEAM認(rèn)證，并在所有大型辦公建筑中獲得最高評(píng)分。

彭博社歐洲總部由大片無框玻璃、砂巖和古銅遮陽板共同組成的外立面十分引人注目（見圖5）。實(shí)現(xiàn)可持續(xù)設(shè)計(jì)的重要構(gòu)件是立面上的古銅遮陽板，上述遮陽板分布在3～8層的建筑外立面上。具有通風(fēng)功能的遮陽板共117片，僅為立面遮陽板的一部分，分布在不同立面位置，與其他遮陽板共同構(gòu)成立面系統(tǒng)的重要組成部分。每片遮陽板并不是輕薄的板狀構(gòu)件，實(shí)際上是1個(gè)空腔，在平面呈銳角三角形，尖角朝外，根據(jù)不同朝向，在大小、密度、間距和傾斜角度方面均有所變化（見圖6）。

圖5 彭博社歐洲總部建筑外觀

圖6 彭博社歐洲總部立面局部

具有通風(fēng)腔的遮陽板，沿對(duì)角線挖去1/2的體量，朝向玻璃幕墻的一側(cè)有可開啟的門。當(dāng)天氣適宜自然通風(fēng)時(shí)，三角形通風(fēng)腔朝向玻璃幕墻的一側(cè)，通過自動(dòng)控制系統(tǒng)，打開通風(fēng)門，形成對(duì)外開啟的洞口。內(nèi)部對(duì)應(yīng)的位置有自動(dòng)開啟的類似平開門的構(gòu)件，旋轉(zhuǎn)打開。二者之間形成風(fēng)通道，外部自然風(fēng)從此通風(fēng)腔折疊形成的洞口吹進(jìn)通風(fēng)腔，再通過內(nèi)部開啟扇進(jìn)入室內(nèi)（見圖7～9）。

圖7 彭博社歐洲總部通風(fēng)系統(tǒng)

圖8 彭博社歐洲總部立面局部（通風(fēng)腔一側(cè)）

圖9 彭博社歐洲總部通風(fēng)腔開啟時(shí)的狀態(tài)

2.3 對(duì)比分析

蘋果公司總部的設(shè)計(jì)是福斯特建筑事務(wù)所首次嘗試通風(fēng)遮陽與美學(xué)表現(xiàn)的高度整合。通風(fēng)效果較好，但為達(dá)到純粹和極簡(jiǎn)的美學(xué)效果，環(huán)形建筑的一圈各層是統(tǒng)一的水平挑板，這種做法忽略不同方向?qū)φ陉栆蟮牟煌m然在南側(cè)有很好的效果，但無法兼顧各面，因此福斯特建筑事務(wù)所的介紹文字中并未提及高度整合的水平挑板的遮陽作用。

彭博社歐洲總部則有意識(shí)地進(jìn)行整合設(shè)計(jì)，極精巧的構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，在達(dá)到自然通風(fēng)和遮陽技術(shù)要求的同時(shí)，構(gòu)成極具表現(xiàn)力的外立面。構(gòu)件高度整合了美學(xué)表現(xiàn)和技術(shù)性能，是極成功的設(shè)計(jì)。

值得說明的是，蘋果公司總部和彭博社歐洲總部均為進(jìn)深較大的建筑，僅靠外立面精心設(shè)計(jì)的隱藏式開啟扇無法達(dá)到自然通風(fēng)效果。要保證自然通風(fēng)，主要依靠煙囪效應(yīng)。在蘋果公司總部中，環(huán)形建筑中部設(shè)置從地下室到頂層貫通的通風(fēng)豎井；彭博社歐洲總部則依靠中部的巨大中庭。只有二者同時(shí)存在，才能達(dá)到預(yù)期性能。

此外，2座建筑功能極其復(fù)雜，例如，在蘋果公司總部，部分房間需要保密，故多設(shè)1道玻璃隔墻，相應(yīng)多設(shè)1道半圓形通風(fēng)腔，自然風(fēng)的走向和通風(fēng)效果會(huì)變得復(fù)雜且難以憑經(jīng)驗(yàn)估計(jì)。福斯特建筑事務(wù)所通過計(jì)算機(jī)或由專門的合作團(tuán)隊(duì)進(jìn)行實(shí)體模型模擬，確保在各種復(fù)雜情況下的設(shè)計(jì)效果不打折扣。

3 啟示

福斯特建筑事務(wù)所設(shè)計(jì)的蘋果公司總部和彭博社歐洲總部均為高品質(zhì)建筑，造價(jià)高昂。部分人認(rèn)為，這樣的建筑不符合我國(guó)國(guó)情，因此借鑒意義不大。

筆者對(duì)此持不同看法，我國(guó)是發(fā)展中國(guó)家，但快速發(fā)展的勢(shì)頭明顯，部分一線城市的建設(shè)量，特別是個(gè)別建筑的品質(zhì)和造價(jià)，已與歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家基本持平。在此種情況下，少數(shù)高標(biāo)準(zhǔn)建筑采用自行研發(fā)的昂貴新技術(shù)，不是浪費(fèi)，反而是提升科技含量、帶動(dòng)建筑行業(yè)科技進(jìn)步的有益嘗試。

我國(guó)已向世界承諾，2030年前實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”，2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”。目標(biāo)的本質(zhì)不是為了省錢，而是采用合理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，讓我們生活在更好的環(huán)境中。在達(dá)到這個(gè)目標(biāo)的過程中，整個(gè)建筑行業(yè)需付出艱辛的努力。建筑師的職業(yè)特點(diǎn)決定其在解決技術(shù)問題的同時(shí)，需考慮效果呈現(xiàn)。

整體思維本就是我國(guó)傳統(tǒng)文化的重要特征，面對(duì)未來的建設(shè)項(xiàng)目，借鑒“高技派”的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)手法，有意識(shí)地采用“高技術(shù)”，有效整合綠色建筑技術(shù)手段與具有工業(yè)特征的美學(xué)表現(xiàn)，創(chuàng)造符合未來發(fā)展要求的高水平建筑，是有追求和有擔(dān)當(dāng)?shù)闹袊?guó)建筑師必然要承擔(dān)的使命。

圖片來源：福斯特建筑事務(wù)所官網(wǎng)