當代動態建筑設計應用分析
——以ACE咖啡廳立面改造為例

蒯 鼎 昆明理工大學建筑與城市規劃學院建筑學碩士在讀

徐建勤 中國建筑設計研究院有限公司中級建筑師

黑格爾說過：“如果說音樂是流動的建筑，那么建筑則是凝固的音樂。”在人們的普遍認知里，建筑是固定的。隨著科學技術的不斷進步，動態建筑也成為可能，動態的建筑可以為空間帶來更多的自由性、開放性，為設計賦予更多可能。但隨著現代科學的不斷發展，機械成為獨立的學科，可變動態也開始脫離建筑學的范疇，這引起了部分建筑師的注意，開始探索動態建筑的設計方法。William Zuk 在《Kinetic Architecture》一書中介紹了動態建筑的概念及其應用情況[1]。而隨著數字技術的發展，設計師有了更強大的工具來設計動態建筑，本文將以ACE 咖啡廳的立面改造為例，進行詳細探討。

1 動態建筑的發展歷程

1.1 古代的可動建筑

早在古代，人們就嘗試建造動態建筑。《建筑十書》曾記錄過一座用木頭搭建的臨時劇場——庫里翁劇場，可以調整變化以應對不同的場景，這是目前能找到的最早關于可動建筑的描述[2]。我國明清時期的“活檐”和“開合式天井”也是動態建筑的實例[3]。據記載，明代有一種活檐做法，在瓦檐下另設板棚，根據不同天氣旋轉不同方向，雨天可以防止雨水進入室內，晴天收起以引入光線。有的民居通過開閉天井的格棚來調整日照，日照強烈則關閉天井遮陽，平時則開啟天井通風，可以有效改善室內環境。

1.2 現代的可動建筑

法國建筑師讓·努維爾在1987 年設計的阿拉伯研究中心是最知名的動態建筑之一，其表皮由3 種尺寸的空洞組成，可以像相機光圈一樣調節光的入射量。Aedas 建筑事務所設計的阿布扎比投資委員會新指揮部大樓可以利用計算機控制動態表皮的開合來改變表皮的投影面積，從而降低建筑能耗[4]。卡拉特拉瓦設計的眾多動態建筑更是將可動建筑帶到了一個全新的高度。密爾沃基美術館就是其中的典型，戶外設計的一組百葉可以如同羽毛一般隨著陽光調整自己的角度，仿佛一只展翅高飛的鳥。除此之外，世貿中心交通樞紐、科技創新大廈及瓦倫西亞藝術科學城等也是非常出色的可動建筑。隨著系統控制技術的發展，動態建筑開始往互動建筑發展，建筑師嘗試將空間和使用者看作一個整體，設計出可以根據使用者行為變化而變化的空間，不過目前還處于研究階段，距離實際應用還很遠，僅限于構筑物，而且控制設備極易損壞，再加上使用時限很短，無法滿足建筑的長期使用需求。

上海復興藝術中心是國內較為出名的動態建筑，由英國著名建筑設計師Thomas Heatherwick 設計，其外立面由675 根鋁合金組成，是一個被3 層移動幕簾包圍的動態建筑，每隔2 h，鋁合金組成的簾幕就會緩緩流轉，排出優美的弧線。如流轉的“流蘇”，展現著獨特的動態之美上海旗忠網球中心則設計一個可開合屋蓋，根據需要讓8 片屋蓋沿著屋頂滑軌滑動來完成屋頂的開關。

但是這類設計的造價通常都很高，而且極易損壞，對于設備的穩定性要求很高，運行和維護成本也很高，所以如今類似的嘗試越來越少。但是，一部分設計師嘗試使用其他技術手段實現動態效果。比如，上海龍湖天鉅項目就使用不銹鋼拉鎖固定金屬風動片，限制其在一個方向進行移動，讓金屬片在風的吹拂下飄舞，自然流暢，輕盈靈動，也就是人們常說的風鈴幕墻[5]。因此，設計師在設計動態建筑的時候應該更多地考慮實際因素，不能盲目使用新技術、新材料，應該結合實際項目進行調整。

2 ACE 咖啡廳的動態立面設計應用分析

2.1 項目介紹

ACE 咖啡廳位于北京市的798 藝術區，源自英國倫敦的機車主題餐廳，由原751 火車站改建而成，dEEP Architects 設計，其外觀及內部構造如圖1 所示。

圖1 ACE 咖啡廳的外觀和內部構造

2.2 數字技術和機械設計的結合

通過數字技術和機械動力學的結合，設計師在面向798 藝術區的西側設計了一個可以打開的金屬墻面，可根據功能需要打開或閉合，以供汽車開入室內作為展示。同樣的設計語言也應用在室內吧臺的墻面，不銹鋼的金屬墻面在打開、閉合的過程中猶如一個呼吸的生命體。這一變動效果是由頂部的齒輪帶動輪帶實現的。而項目之初，設計師為了驗證這一設計想法的可行性，甚至利用樂高進行嘗試。

在通過樂高模型驗證設計的可行性之后，設計師通過參數化設計的手段在模型中模擬了動態效果。為了讓整個立面更加富有動感，設計師設計了3 條基礎線干擾金屬立面桿件的不同分段位置，讓金屬墻面在折疊的時候呈現不同的分叉，仿佛一朵炸開的金屬花朵。室外金屬墻面的關閉和開啟狀態如圖2 所示。

圖2 室外金屬墻面的關閉和開啟狀態

而在室內吧臺處的金屬立面，干擾曲線減少為兩條，不僅通過既定的曲線干擾金屬桿的分段位置，還通過調整齒輪的速率影響底部抬起的高度，從而獲得更加富有動感的曲線形態。室內金屬墻面的關閉和開啟狀態如圖3所示。

圖3 室內金屬墻面的關閉和開啟狀態

從每一個折疊單元來看，就是將直線分成兩段，并以各自線段長度為半徑，以兩端點為圓心繪圓，將一側的圓向另一側移動。兩個圓的交點，就是桿件折疊的交點，只要根據設計師指定的干擾線，給不同桿件設置不同的分段位置，就可以實現金花一樣的炸開效果，如圖4 所示。因為掌握了基本的變化原理，所以設計師并不需要使用諸如Solidworks 之類的專業機械設計軟件來模擬實際效果，在Rhino中借助Grasshopper 就可以實現。

圖4 室外金屬墻面幾何概念演示

深化階段，設計師必須盡早同專業的機械設計師進行交流，具體的深化問題由機械設計專業人員解決，但是設計師必須提供相關的數據，比如最重要的就是傳動比，此時就能體現出參數化的優勢。設計師利用Grasshopper軟件可以很容易計算出傳動比并進行輸出，甚至可以直接在模型中模擬實際的齒輪傳動效果，從而有效提高設計效率，如圖5 所示。

圖5 室內金屬墻面細部和傳動比計算圖

3 結語

ACE 咖啡廳動態立面設計結合機械自動化實現的動態空間效果，與ACE 咖啡廳的機車文化的契合是非常好的設計。數字技術的發展為研究動態建筑設計提供了契機，因此要把握機會，深入研究動態建筑設計并將其應用于實踐中，為建筑設計提供更多可能性。