基于無定型材料實驗的“負空間實體化”設計語言研究

郭芷含（倫敦大學學院 巴特萊特建筑學院，倫敦 WC1H 0QB）

嚴 雨（北京理工大學 設計與藝術學院，北京 100081）

空間中的虛實關系可以在物質行為上歸納為一種“占據”和“缺席”的狀態。老子所說的“埏埴以為器，當其無，有器之用。鑿戶牖以為室，當其無，有室之用”[1]正是體現了這種狀態下空間的意義。在傳統的空間設計中，正負空間的形式通常都是由人為操縱工具和材料形成的。它們被賦予了很明確的人的意志。尤其在當今大量依托機械化生產和模塊化復制的時代，這種設計趨于可預測、同質化的狀態越來越明顯。所以，找到一種激發材料本身主觀意志的方法，并通過材料對空間不同影響行為的反映，將這種空間在時間中變化狀態具象化，可以成為主導設計的新思路。這種不以人的主觀意識為主導的設計方式是“負空間實體化”①“負空間實體化”（Shape to Shapeless）是作者在倫敦大學學院（University College London）參與的一項建筑材料研究課題，實驗依托倫敦大學學院巴特萊特建筑學院“建筑材料研究實驗室”（Material Architecture Lab）。課題研究內容是探討無定型材料是否可以作為新型材料輔助設計生成；研究目標是通過實驗證實無定型材料可通過澆筑方式的調整，引導空間正負形的自然成型。實驗的關鍵出發點。

一、空間記憶

建筑師尤哈尼·帕拉斯瑪（Juhani Pallasmaa）認為，人類的記憶并不僅僅依托于大腦，骨骼和肌肉的活動也是記憶重要的組成部分。[2]在對早期建筑手工制造的探討中也有類似觀點：記憶是通過人在物理空間中活動產生的。[3]而當材料作為空間中運動的主體時，其運動的狀態，可以成為展現空間記憶的印記。然而在當今的筑造手段中，主流方法還是通過模具筑形。這其中材料運動的軌跡和結果在設計之初就已被論證預設好。能否擺脫固定模具的空間形態限制是“負空間實體化”實驗需要解決的首要問題。

在自然狀態下生成的許多藝術奇觀中，流體的運動起到了很大的作用。如借助水的不斷沖刷運動形成的獨一無二的太湖石藝術景觀。天然太湖石所展現的空間關系，是流體在不同的狀態和時間中運動過程的疊加。[4]而這種材料自發塑造的孔洞也是實體形態中不可分割的一部分。英國雕塑家亨利·摩爾（Henry Moore）就在他的雕塑作品中提出：“洞本身和實體具有同樣的‘形體意義’?！盵5]

因此，遵循著這些線索，“負空間實體化”初期實驗希望探索更有潛力的無定型材料②無定型材料是指無定形固體的構成方式的材料。常見的無定形物包括聚合物、凝膠、薄膜和玻璃等。本次實驗主要使用到的無定型材料為明膠。明膠在不同溫度下可以呈現從液態到固態的轉換。狀態多樣，形態靈活。——明膠和石膏，通過設定澆筑中的定量和變量，借助無定型材料來自由劃分空間中的正負形。實驗設計在固定容器，操作中不斷調整澆筑點位和材料黏稠度來激發無定型材料之間的表面張力，讓材料自由引導實驗成果（圖1）。從該階段實驗中可以發現，無定型材料更容易塑造出人為難以設計出的形態。由于實驗結果的顯現取決于材料的性質和狀態，因此每一個結果都是特定材料在特定時間下的產物。這一過程有利于探索材料自身的設計語言。在實驗初期，無定型材料形體所展現的空間記憶打破了模具的固定限制，重新塑造了我們對負空間的認知（圖2）。原本的無實際邊界及形態的負空間被石膏充斥，復刻下來，轉換為可見的，有明確邊界的空間。這一凝固的負空間不再依附于正空間存在，它可以隨意展示，移動到任何位置，進一步挑戰和強調觀者在觀察負空間時視覺和想象力之間的關系①該觀點在瑞秋·懷特里德（Rachel Whiteread）的作品“淺呼吸”中也有提到。該作品復刻了床下的空間，作者認為這是一段空間記憶的呈現，也是對原始空間的不同表達。（圖3）。[6]

圖1 “負空間實體化”初期澆筑記錄③在初期澆筑明膠和石膏的實驗中設定了定量和變量。其中定量為容器尺寸（200mm×200mm）、澆筑高度（200mm）以及石膏粘稠度，以便盡可能在人工澆筑下統一澆筑時材料的沖擊力。變量為澆筑點位以及明膠粘稠度，探討不同狀態下材料的空間表現。

圖2 “負空間實體化”初期試驗成果

圖3 實體化負空間的不同展示方式

二、材料的姿態

無定型材料石膏賦予了負空間固定的形態，這些形態反映了負空間曾經所存在的狀態?，F如今，借助模具通過流動的混凝土塑造出的設計與其有相似的內核。混凝土記錄了物理空間中被實體模具占據之外的負空間。日本建筑師隈研吾認為，混凝土因其材料的特殊性可以塑造出最自由，最普遍的建筑形式。[7]在混凝土塑型的過程中具有神秘性和時間上的不連續性。但是在人主觀固定的設計框架下澆筑出的混凝土，相對于其材料飄移不定的本質，也是不自由的。紐卡斯爾大學托馬斯教授（Katie Lloyd Thomas）在她的“織物模具”（Fabric Formwork）實驗中也證實了，傳統的混凝土澆筑技術體現了由模具帶來的材料的物質惰性屬性。[8]

在當代對藝術創作的討論中提到，材料所具有的物質性，以及我們對于物質的可支配認知，使我們會主觀地賦予其一定的意義。這在很多時候阻礙了材料和空間的自然連接。如果材料只被視為某種載體或工具，材料的特征無法完全發揮，最終也只能得到功用性的器物。[9]所以藝術評論家多蘿西·達德利（Dorothy Dudley）指出，我們需要遵從材料自己的意志，允許材料去認識到它們自身的語言而不是迫使材料來迎合我們的語言。[10]而“負空間實體化”實驗證實了在設計中采用兩種無定型材料分別代替混凝土和模具的角色，那么人在設計中的主觀意志就會被削弱。

尋找一種誘發無定型材料間對話的暗示是貫穿整個實驗的關鍵。實驗的初期分別選擇了四種液體材料：石膏、混凝土、水和明膠。在整個實驗過程中，液體材料不同狀態下的表面張力創造了許多難以想象的形態語言。其中水和石膏是四種液體中流動性最強的材料，它們不受控制且容易混亂地聚集在一起。而與之相反，由于混凝土中包裹了沙石，可以推動或者包圍無定型材料。其次，明膠在不斷實驗的過程中，展現出了這四種材料中最多樣的塑形潛力。它可以在不同溫度下展現不同的流動狀態，在負空間的擴張過程中可以和其他液體材料形成一個反作用力。明膠凝固的過程有助于材料語言的顯現。這種語言在特定的環境中是獨一無二，無法通過人為定義的（圖4）。

圖4 水、混凝土、石膏及明膠的混合碰撞實驗

從試驗結果可以看出，這些流動的物質在負空間中形成了自己的“姿態”（Gesture）。在這一過程中，材料與制造過程之間開始建立了聯系。法國理論家羅蘭·巴特（Roland Barthes）在評價畫家賽·托姆布雷（Cy Twombly）的作品時將“姿態”一詞定義為動作的剩余。這一定義與動作不同，巴特認為動作是及物性的，并試圖鼓勵一個對象和得到一個結果。然而“姿態”卻是一個被氣氛包圍的動作。正如巴特的評價：“這些創作是一系列不確定的、無窮無盡的原因的總和?！盵11]從托姆布雷的作品中，觀眾可以跟隨著材料物質姿態的線索想象出獨屬于設計師的創作動作?！柏摽臻g實體化”實驗也是通過一系列不確定的材料狀態和當下的筑造行為生成的獨一無二的“材料姿態”。正如荷蘭建筑師安妮·霍爾特羅普（Anne Holtrop)在他的《材料的姿態》（Material Gesture）一文中聲稱的那樣，材料的物質特性和制造行為的意外影響將成為一種潛在的新筑造方式。[12]

三、空間的“占據”與“缺席”

建筑師西蒙娜·皮薩加利（Simone Pizzagalli）在《空間，詩學與虛空間》（Space, Poetics and Voids）這篇文章中提到虛空間可以被它自己存在的狀態所定義?！疤摽臻g”一詞的傳統定義是：空隙，空白或未被占據的區域。皮薩加利認為虛空間意味著一種缺席的狀態。[13]塞巴斯蒂安·紹爾（Sebastian Scholl）等人也在其關于空間的占據與缺席問題的研究中提出，缺席允許物體出現并處于其間的任何位置。[14]這意味著設計師的行為可以在與實體占據的正空間相反的負空間中呈現一些東西。

在“負空間實體化”實驗中，基于無定型材料的表面張力，利用基本的澆注方法來研究負空間中材料占據和缺席的狀態。明膠和石膏因為澆筑過程中流動速度不同，兩者邊界碰撞出的狀態也會不同（圖5）。明膠和石膏呈現出兩個相互依存的空間，這兩種依存的空間狀態可以反復被重新定義。石膏占據的部分永久地記錄了空間中被實體占據的特定部分。而明膠記錄了空間的另一部分——負空間部分?；诿髂z可以加熱融化脫模的特性，這部分空間又會從明膠占據重新回到缺席狀態?？偠灾?，在實驗中明膠和石膏都代表了最初空間的存在狀態，而在最終，明膠的再次缺席帶來了新的負空間。

圖5 明膠和石膏的平面碰撞實驗中邊界形態的變化

這個實驗結果可以很直觀地看到材料澆筑實驗在二維空間上的變化。石膏和明膠之間的邊界將空間分為正空間和負空間。《建筑：形式、空間和秩序》一書中，建筑師程大錦用可感知的圖形定義了正空間。相比之下，負空間則是該圖形的背景。正空間和負空間是評估空間“封閉性”的標準，并影響著用戶的舒適感。因此，正負空間相互支撐，給使用者帶來不同的情感體驗。正空間有明確的邊界，這是一個安全穩定的空間。而負空間是碎片化的，很難被固定下來。它就像是安靜、靜態的實踐缺席的背景。[15]

美國導演托德·海因斯（Todd Haynes）的電影畫面中常用這種空間狀態來烘托氛圍。電影《卡羅爾》里，角色無法表達的情感是通過負空間來可視化的。純黑的負空間強調了正空間中發生的動作。當一部分的正空間消失時，安靜的氣氛會進一步增強（圖6）。在這些場景中，負空間和正空間相互支持。它們為藝術作品營造了一種相互依托的氛圍。[16]

圖6 《卡羅爾》中運用正負空間烘托氛圍①左圖，負空間強調正空間，空間中的活動被突出。右圖，負空間被擴大，安靜的氛圍增強。

本次實驗中，明膠和石膏通過它們的語言分別塑造了空間中的正空間和負空間。我們組裝一系列在明膠影響下由石膏固化的正空間時，正是無定型材料與石膏隨機碰撞的邊界定義了這些空間（圖7）。新的正空間在明膠塑造的負空間的支持下創造了一種材料自己刻畫的不被定義的空間姿態。

圖7 澆筑出的石膏塊組裝的建筑形態

四、邊界與尺度

基于“負空間實體化”實驗，邊界作為一種設計工具將空間劃分為正負空間。它保留了材料姿態的痕跡，同時定義了空間結構，通過實驗中的不同邊界可以來區分和組裝空間。[17]當從實際的實驗中獲得一些結果時，如何將這些紋理反映在更大尺度的建筑上，以及尺度的變化是否會對原始的設計信息產生影響，是需要進一步探討的問題。如果僅使用手工澆筑方法，設計師很難在原始模型的邊界上開發。此時數字化方法可以幫助設計師放大和重建邊界。而在放大過程中，實驗發現邊界發生了拓撲變化。這種設計信息的增減與改變也為空間的迭代帶來了新的啟發。

在此次實驗中,尺度的概念影響著實驗的不同階段。開始時的樣品筑件小，不具備功能特性。因此，當從實驗中獲得一系列隨機結果后，需要開始以不同尺度來考慮它們。

基于手工澆筑的方法，用明膠和混凝土建造一塊80厘米×80厘米的混凝土塊，這兩種無定型材料只影響彼此的邊緣。雖然澆筑的成果整體尺寸放大，但從中可以發現，當邊界想要包含更多紋理信息時，這種放大是一種定量小尺度紋理的聚合。例如，在澆注100厘米×100厘米的混凝土塊之前，在木模板上鋪了一層土。事實上，由于土壤的孔隙率是恒定的，土壤產生的紋理的大小并沒有改變，只是紋理的面積被擴大了。此時，相同尺寸的紋理放置在不同尺寸的空間中，其紋理在空間尺度上并沒有變化。在這個放大過程中，起到控制邊界關鍵作用的土壤尺寸信息并沒有等比放大?；魻柼亓_普的作品《巴塔拉》也是基于這種方法將模型轉化為架構。《巴塔拉》被澆筑在場地周圍的土模板里，最終記錄了土地信息，用來表現建筑和自然環境相互聯系。在這個項目中，混凝土塊上的土壤雕刻出的邊界只展示了土壤空間碎片的聚集，混淆了我們的尺度感，將我們始終置于模型尺度中。

因此，需要進一步開發設計中的邊界信息。如果在實驗中只關注手工的方法，會發現邊界是唯一的。因此，實驗后期嘗試用數控銑床（CNC-Milling Machine）復制和放大實驗模型。雖然放大后的成果邊界上會有一些信息丟失，但設計中的紋理和空間都可以進一步放大。這個結果可以看作是基于原始邊界的拓撲發展。利用數控銑床，實驗分別使用3、5和12毫米鉆頭重建原始邊界。所有手工模型借助手持3D掃描儀轉化為電子模型，該模型作為原始文件由數控銑床重新雕刻出。在銑床雕刻過程中，手工澆筑方式記錄下的空間信息被機器雕刻轉譯。相較手工澆筑過程中對材料信息1：1的復刻，機器雕刻的精度取決于鉆頭的大小。邊界在原有形態的基礎上進行了拓撲優化，較大的鉆頭更容易將邊界重建為幾何形狀（圖8）。在手工方法中，開發密集紋理的功能具有挑戰性，然而，當紋理經過拓撲優化后，紋理在結構和功能上有更多的發展空間。借助機器復刻的過程中，邊界信息可能會丟失，然而這對于與邊界相關的空間來說并不是一個缺點，它可以展示出不同的尺度對于空間不同的意義。[18]

圖8 分別用3mm（左）、5mm（中）、12mm（右）鉆頭復刻的紋理信息①從實驗結果中可以發現，在手工模型原有的形態框架下，原始模型上一些細節信息被幾何化像素化。鉆頭尺寸越大，精度越低，幾何化程度越高。但體塊的整體形態始終在手工澆筑的框架下進行演變。

瑞士建筑師克里斯蒂安·克雷茲（Christian Kerez）設計的“偶發空間”（Incidental Space）也展示了邊界功能擴展的可能性（圖9）?！芭及l空間”誕生于將液體石膏倒入一系列材料（蠟、沙子）中的實驗。這些奇特的空間最終通過3D掃描和數控打印被放大，然后組裝在一個新的場地。這個項目就像一個虛擬的屏障，鼓勵人們思考空間是否變大了，或者是我們縮小了。[19]“偶發空間”的概念構建了一個抽象而復雜的空間，以了解建筑邊界可以被推到多遠。因此，通過數字技術，邊界信息被優化而不是復制，并用于在虛空間中創造更多的空間。在這個項目中，建筑邊界積極地回應著空間結構。[20]

圖9 “偶發空間”的內部空間效果

“負空間實體化”實驗中，邊界信息在放大縮小過程中來回切換，并不斷改變手工制造和數字制造之間的順序和運用頻率。這些實驗表明，手工和數字方法對于原始物理模型的信息處理有不同的權衡，但它們都對設計有著積極的啟示（圖10）。邊界在這個過程中可以從工具性轉向功能性，從單一的聚集到輔助空間的擴張。

圖10 借助3D軟件對實驗成果的設計重組②通過3D手持掃描儀將所有筑件轉化為電子模型?？梢匀我鈱⒛Ｐ瓦M行拆解，拉伸和重組，為空間設計提供了更多非常規的設計靈感。

五、結語

無定型材料在空間中引導劃分出虛實空間。這組空間相互支撐，定義了空間中通過邊界來體現的正負關系。正如皮薩加利所說：“虛空間作為一種消極的存在，是一組給定的空間元素和關系。它們產生了一種張力，不僅解釋了邊界的創建，而且還引發了分解空間結構和將結構碎片化展示的愿望?！盵21]邊界從空間誕生，同時也幫助觀者建立對虛空間的感知。

同時，邊界的進一步擴張探索也離不開整個實驗中手工與數字方式的結合。許多建筑研究人員擔心數字工具會弱化人雙手和頭腦之間感覺的建立。[22]維克托·維斯科普夫（Victor Weisskopf）提到，當設計師使用計算機時，計算機知道結果，但他們本人可能并不理解最終的結果。[23]然而，在“負空間實體化”實驗中,手工的方法只能連續獲得一系列聚合的效果，并且在開發初始結果上具有挑戰性。因此，如建筑史學家馬里奧·卡普（Mario Carpo）所言，我們應該討論的問題不是數字技術如何損害建筑工藝，而是它如何改變設計。[24]當在實驗中反復嘗試和調整設計中數字和手工方法的結合，可以發現邊界不僅在縮放和復制的過程中重建，虛空間與人的關系也可以發展出一個不同的獨一無二的個性空間。

雖然當前實驗成果向實際運用方向上轉化還存在著許多問題需要去探討解決，但借助無定型材料的空間實驗，建筑設計可以打破傳統定義中采用固定形式結構、理想的圍護結構、具有均勻性、完整性和穩定性以及堅固和永久邊界的印象，重新定義一個由無定型材料創造的不穩定的、可變的和多態的空間，并引申出全新的設計語言。