當(dāng)代金屬表皮在公共建筑外立面中的應(yīng)用新趨勢

吳文慧

南京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 江蘇 南京 210000

引言

自從人類學(xué)會從礦石中冶煉金屬，各種金屬就陸續(xù)開始進(jìn)入人們的生活。在建筑學(xué)領(lǐng)域，19世紀(jì)倫敦水晶宮及巴黎埃菲爾鐵塔都是早期應(yīng)用金屬作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的典型作品，同時(shí)期世界上第一座鋼筋混凝土的建筑在美國落成。伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，金屬材料不僅作為承重結(jié)構(gòu)的重要材料之一，也是各類建筑構(gòu)件如扶手欄桿、窗框立挺等的重要構(gòu)成成分。一代代的建筑設(shè)計(jì)師們將金屬材料由局部的裝飾構(gòu)件逐漸發(fā)展成為可以大面積應(yīng)用于建筑外立面上的一種新時(shí)代立面材料。

1 金屬表皮的基本特征

常見的金屬表皮材料包含鋼、銅、鋁、鈦、鋅等，其擁有較好的強(qiáng)度、韌性、延展性、可加工性，適合工業(yè)化生產(chǎn)制作各種尺寸精度的型材、板材、線材等。同時(shí)，金屬是電與熱的良導(dǎo)體，具有良好的光反射和吸收能力；金屬的光澤感、色彩、紋理和質(zhì)感與其傳遞給人們的美感息息相關(guān)[2]。與木材溫暖柔和、玻璃清冷通透、石材厚重典雅的質(zhì)感不同，金屬表皮常給人一種簡約剛毅之感。

金屬表皮的缺點(diǎn)也是很顯著的：第一，金屬幕墻如果想要達(dá)到較高的方案造型完成度，對施工工藝要求較高。施工精度不高會導(dǎo)致幕墻單元間接縫參差不齊，板面不平等問題，會使金屬幕墻建筑有“可遠(yuǎn)觀不可近察”之感。第二，金屬幕墻的建筑隨著時(shí)間推移，容易受溫度、環(huán)境等外界影響而產(chǎn)生變形、變色、脫色、起鼓等，耐久性較差[1]。

2 金屬表皮在公共建筑外立面中表現(xiàn)形式

近年來金屬表皮在公共建筑外立面中表現(xiàn)形式主要分為以下幾類。

2.1 金屬板材幕墻

金屬板材作為建筑外表皮使用時(shí)，既可采用平面金屬板也可生產(chǎn)如翼緣折起的異形金屬板。板材間通過焊接或栓接相連，并通過角碼方鋼等固定于承重構(gòu)件上，與石材、玻璃等材質(zhì)區(qū)分塑造出立面的體塊關(guān)系，傳遞建筑造型的獨(dú)特魅力。目前金屬板材幕墻的材料除常見的鋁板、不銹鋼板外，還可根據(jù)設(shè)計(jì)師對造型風(fēng)格的需要，加工出如鍍鉻銅板、銹鋼板、拉絲不銹鋼板、烤漆不銹鋼板、水波紋不銹鋼板等不同顏色、不同紋理的板材。

2.2 金屬穿孔板

穿孔板簡單來說即為打了孔的金屬板，一般是將鋁板等金屬板經(jīng)過沖壓床或銑床加工，形成指定的孔洞直徑及密度。穿孔板擁有金屬表皮自帶的工業(yè)化前衛(wèi)氣息，可以打造時(shí)尚現(xiàn)代的美感。目前穿孔板的孔洞都可以根據(jù)設(shè)計(jì)加工成不同大小、密度、形狀，形成各不相同的半透明視覺效果。且孔型不斷增加，包括矩形孔、方孔、菱形孔、圓孔、橢圓孔、六角形孔、三角孔、十字孔、魚鱗孔、八字孔、梅花孔、不規(guī)則孔等。穿孔板材料多為不銹鋼板、鋁板、鐵板、銅板等，目前實(shí)踐中大多采用穿孔鋁板，其重量輕、化學(xué)穩(wěn)定性好、加工性能好、造型美觀、色澤優(yōu)雅且組裝方便。

穿孔板的多孔性使得金屬表皮兩側(cè)空間互相滲透，模糊了原有的內(nèi)外界限，從形式上創(chuàng)造一個(gè)半開放的空間[3]。同時(shí)，穿孔板在陽光或燈光的照射下，能夠產(chǎn)生豐富的光影效果與層次感。近年來大量建筑師運(yùn)用穿孔板工藝結(jié)合計(jì)算機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)可以生成特定圖案及效果的建筑表皮，使建筑擁有更加獨(dú)特的外立面特征及氣質(zhì)。例如圖1為加拿大考斯頓設(shè)計(jì)的“興．舍”，通過穿孔的大小及密度變化形成“森林”表皮圖案。

圖1 “興．舍”立面中“森林”表皮

2.3 金屬格柵板

金屬格柵板根據(jù)生產(chǎn)加工工藝不同可分為壓焊式與壓制式兩種。目前金屬格柵板在公共建筑外立面中主要有兩種運(yùn)用方式。其一可兼為設(shè)備機(jī)房百葉設(shè)計(jì)，多為水平方向格柵，且格柵單元葉片傾斜角度及排布密度均需統(tǒng)籌考慮設(shè)備通風(fēng)散熱與外立面造型要求。其二多為建筑造型或裝飾，可為水平或垂直方向格柵，格柵單元可為片狀或管狀等靈活形態(tài)，片狀厚度或管狀直徑大小均可根據(jù)立面整體效果需要進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整，進(jìn)而指導(dǎo)工廠加工。例如，武漢華為研發(fā)區(qū)內(nèi)部分玻璃幕墻外懸掛豎向金屬格柵，實(shí)現(xiàn)朦朧的優(yōu)雅美感。

2.4 雕花外殼

Rhino、Revit平臺下的參數(shù)化設(shè)計(jì)及三維打印雕刻技術(shù)的發(fā)展使得金屬雕花外殼成為近年來新的流行趨勢。與穿孔板運(yùn)用孔徑大小及密度不同來創(chuàng)造圖案效果的原理所不同，雕花外殼的鏤空部分已不局限于某一種規(guī)則幾何形態(tài)，而是直接以某種圖案為原型，結(jié)合工廠激光雕刻工藝生產(chǎn)為單元構(gòu)件，按編號順序通過龍骨及錨栓相互連接。例如阿格德角議會宮（圖2所示），2900㎡的白色金屬雕花外殼，以一種驚人的方式演繹了海底的主題。

圖2 “阿格德角議會宮”金屬雕花外殼

2.5 金屬編織網(wǎng)

金屬編織網(wǎng)是指用各種金屬絲或纜線通過一定編織方法而形成。金屬編織網(wǎng)的柔軟性、組裝的靈活性及拼接的無限性，可以創(chuàng)造更加復(fù)雜如雙曲或“非歐幾里得”的建筑形體的表皮。例如，為紐約事務(wù)所SO-IL設(shè)計(jì)的位于韓國漢城Kukje藝術(shù)展廊（圖3所示），建筑柔軟的外表皮將建筑與藝術(shù)和歷史的關(guān)系重置。內(nèi)部幾何體積被網(wǎng)狀面紗表皮籠罩而得以弱化。這個(gè)金屬編織網(wǎng)是由510000個(gè)單獨(dú)的金屬環(huán)焊接而成，堅(jiān)固而柔軟的網(wǎng)包裹在建筑外，賦予建筑一個(gè)模糊的可解讀為多種意義的身份。同時(shí)，金屬編織網(wǎng)隨著視線、光線角度的變化而產(chǎn)生豐富的視覺效果。另一方面，金屬編織網(wǎng)相比較于穿孔板，其構(gòu)成元素多為金屬絲，尺度小而細(xì)膩，減少了大面積使用金屬網(wǎng)板帶來的工業(yè)感及粗獷感。

圖3 Kukje藝術(shù)展廊

2.6 風(fēng)動幕墻

風(fēng)動幕墻是近年來開始廣泛運(yùn)用于一些偏文藝示范類建筑（如景區(qū)接待中心、住宅示范區(qū)、圖書館、展覽館等）外立面中的幕墻形式，亦可稱其為風(fēng)鈴幕墻，其原理可以簡單歸納為利用動力學(xué)的風(fēng)力來模仿風(fēng)吹的效果。結(jié)構(gòu)較為簡單，通常用不銹鋼拉索把金屬風(fēng)動片串聯(lián)起來，固定住風(fēng)動片的單邊，限制僅在一個(gè)方向移動。由此讓墻面在空中隨風(fēng)飄舞、輕盈靈動、自然流暢。

風(fēng)動幕墻根據(jù)飄動方向不同可分為水平式與旋轉(zhuǎn)式，也可根據(jù)風(fēng)動片的排列組合方式不同亦可分為重疊式與不重疊式。而得益于金屬加工工藝不斷得精進(jìn)發(fā)展，風(fēng)動片的形狀從最初原始的矩形葉片，發(fā)展出了菱形、多邊形、圓形等多種不同的形狀。金屬極強(qiáng)的反光力和獨(dú)特的金屬光澤能更好地表達(dá)設(shè)計(jì)師對于立面“流動性”的設(shè)想[4]。

目前，實(shí)踐中較為常用的風(fēng)動幕墻的金屬材料包含鋁板、不銹鋼、銅等。其中不銹鋼亮面材質(zhì)偉目前風(fēng)動幕墻的首選材質(zhì)，其堅(jiān)固耐久、簡約美觀、防污、抗腐蝕性能佳可以使風(fēng)動幕墻效果持久長新。但不銹鋼材質(zhì)風(fēng)動幕墻也有密度高、重量大、造價(jià)高的缺點(diǎn)。鋁板凹凸材質(zhì)也是風(fēng)動幕墻較為常用的材料，主要其顏色質(zhì)感獨(dú)特、鋁板可塑性強(qiáng)可加工成多種形狀，且性價(jià)比較高，并能與玻璃、石材幕墻等材料完美融合。然而鋁板疲勞性差，容易發(fā)生變形。銅材質(zhì)在經(jīng)過氧化后有其獨(dú)特的金色光澤吸引人們的眼球，可以達(dá)到一定的裝飾裝修效果，但其造價(jià)較高且易氧化。

風(fēng)動幕墻雖然有較為獨(dú)特的視覺聽覺藝術(shù)呈現(xiàn)效果，但在實(shí)際應(yīng)用中不可盲目使用。首先需明確“表皮”的存在是為了更好地服務(wù)于“內(nèi)部功能”，不可舍本逐末。其次，風(fēng)動幕墻由于造型的獨(dú)特性和安裝的特殊性是懸浮在空中的，固定支撐較少，需慎重考慮其運(yùn)用的地區(qū)風(fēng)力情況及其運(yùn)用的建筑高度等條件。且為了達(dá)到最佳完成效果，需與內(nèi)裝、景觀、照明等多專業(yè)交接配合。

3 結(jié)束語

材料科學(xué)與建筑科學(xué)的發(fā)展日新月異，金屬表皮材料與表現(xiàn)形式也不斷更新迭代，建筑設(shè)計(jì)師需要在造型藝術(shù)、空間效果、細(xì)節(jié)構(gòu)造、成本造價(jià)等諸多方面加以思考、取舍、權(quán)衡，最終成就一棟優(yōu)秀的建筑作品。