當代動態建筑技術探析

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20世紀下半葉，針對人口、資源、環境等多重危機，一些建筑師開始關注如何設計可移動建筑以避免人類對自然環境的干擾破壞。1965年戴維•格林的生活包(Living-pod)和邁克•韋伯的氣墊體(TheCushicle)是此類單元式移動建筑之代表。身處21世紀，人們穿梭于世界各地，常處于移動狀態，心底的游牧情結發展為崇尚不固定的生活和工作環境的“城市游牧主義”。例如，比利時DmvA公司設計出可以隨時搬上卡車移走的建筑產品blobVB3(見建筑視窗)。Blob占地約20m2，由木樁撐起，其位于艙體前、中后部和頂部的3個艙門的開合組合變化能滿足多種住行需要，變成廚房、書房、辦公室、會客室。Blob整體為聚脂材料，外壁光滑，內壁形似多寶格，可以儲藏衣物、書籍，還可以安置電磁爐、淋浴等設備。Blob通過翻模批量生產后，可以像移動通訊設備、筆記本電腦一樣，成為城市游牧主義者的生存必備品。2009，ArchGroup建筑事務所推出“睡眠盒子”設計(見建筑視窗)，為人們提供一個在任何場合下都可以安靜睡眠和休息的3.75m2可移動單元，可放置在機場、火車站、商場、街道等公共場所供人租用。“睡眠盒子”除了必備的“床”以外，還配備通風及報警系統，內置液晶電視、無線網絡、手機充電插座、筆記本臺面以及行李空間等設施，滿足人們的各種需要［2］。

基于動力技術的可變動建筑

基于動力技術的可變動建筑通常是指在機電動力技術作用下建筑的部分組成要素能夠產生變動的建筑。除了建筑和結構設計外，它還包含機械學、機電學、材料學、控制技術、傳感和監控技術。

1可開閉屋蓋

可開閉屋蓋體育館自1991年出現后，在日本、加拿大、荷蘭、美國已有十多年的發展歷史，我國近年來在上海、南通、杭州等地的體育館設計中相繼采用了大型開閉屋蓋技術，實現了建筑運動控制、運動安全技術的應用［4］。于2002年建成的美國休斯敦的瑞蘭特體育場(見建筑視窗)除采用傳統技術外還應用了許多最新科技，其屋頂板由激光按鈕控制，并配有計算機氣候感應器，可以根據暴風雨的信息調整屋頂滑行速度，當氣溫下降或者升高到一定溫度時，球場的屋頂就會自動關閉。此外，屋面由高透明的玻璃纖維膜材制成，即使關閉后也讓人感覺是一個完全開放的體育場。

2可拉伸立面

可拉伸的建筑外立面主要是指建筑通過給外圍護界面安裝機械滑動軌道或液壓控制裝置，使外立面作為一個整體可以自由來回滑動伸縮，這種設計滿足了建筑功能隨使用者要求生長變化的需要，使用者通過控制外殼的收縮程度，不僅獲得了不同程度的封閉或開敞空間，且獲得了不同品質的室內溫度和光照條件(見建筑視窗)。2.3可變化窗形可變化窗形是指通過窗形的變化，滿足內部建筑功能及外部環境變化和豐富視覺感受的需要。奧地利ErnstGiselbrecht事物所設計的Kiefer技術展示廳(見建筑視窗)實現了一套動態立面系統，該系統由若干同一模數的鋁板單元組成，每塊鋁板能都利用電子設施控制開合，從而產生豐富的窗形變化組合。動態立面既可以使建筑內部及時適應室外氣候變化，又使用戶能個性化地控制自己的空間，同時，張合自如的立面表情使建筑好似一個動態雕塑，充滿生趣。

基于可持續技術的智能建筑

用“智能”描述建筑首次出現在20世紀80年代。美國倫斯勒理工學院克羅納(Kroner)教授認為，“智能建筑是指建筑系統能夠對當前事件、室外氣候和室內環境做出合理反映和預知，使建筑達到性能最優化的同時滿足用戶對環境舒適度的需求。”［5］智能建筑的外圍護界面(簡稱智能立面)是智能建筑的重要組成部分，也是建筑師最能參與的設計環節。智能立面是與人體皮膚相似的一個動態環境過濾器，它要求建筑能根據外界具體的冷暖變化來隨時做出調整，從而實現建筑零能耗目的［6－7］。利用可持續技術的智能立面系統主要有智能遮陽系統、智能幕墻系統和動態能源生產系統等幾類。智能遮陽系統是指在傳統玻璃上鍍一層薄膜，根據室外環境變化和用戶需求來改變光線透射率的遮陽系統。例如2010年上海世博會的臺灣館(見建筑視窗)外墻玻璃貼有電子智能調光薄膜，通過電壓對薄膜的作用，實現了薄膜的光電功能，令玻璃在透明與不透明之間轉換，達到室內冬暖夏涼、環保節能的目的。智能幕墻系統是指結合太陽能發電、水源降溫、植物降溫等技術的綜合幕墻系統。例如2010年上海世博會法國阿爾薩斯案例館采用由電腦控制的多層綜合幕墻系統，最外層為太陽能光電板及第一層玻璃，可隨室外溫度和日照強度的變化自動開閉;中間層為空氣間層;內層為水幕玻璃。冬天，內外層玻璃窗全部關閉，水幕停止流動，中間層形成密閉空氣艙，“通過陽光輻射以及光電板產生的熱量，留在兩層玻璃之間密閉艙的空氣被加熱，可以持續為室內供暖”［8］。在夏天，空氣艙被打開，太陽能光電板產生的電能帶動水泵運行，讓流動的水幕和空氣帶走室內熱量。動態能源生產系統是指充分利用主動或被動獲取電和熱的可再生清潔能源的立面系統。例如2010年上海世博會瑞士館(見建筑視窗)，其外墻是一層神奇的紅色互動型智能“帷幕”，由懸掛著紅色圓盤裝飾的半透明鋁網構成。這11000塊生物樹脂“小太陽”具體包括一個能量發生器、一個太陽能存儲介質和一個LED形式的電力負載，每塊“小太陽”都能在白天儲存太陽能及相機閃光的能量，并在夜晚以LED燈的形式將其利用，從而使整個外墻呈現隨風閃動的視覺效果。該設計意在表現展館與周圍環境能量的互動，并使參觀者了解能源充分利用的可能性。

基于交互技術的互動建筑

交互技術是指“應對變化的嵌入式計算(智能)與其物理對應物(動力學)等綜合集成”［9］技術，該技術如何服務于建筑是今天建筑學領域的新課題。互動建筑設計目的在于讓建筑產生一種“主動修正”的能力，當收到來自使用主體不適應的負反饋時，互動建筑能夠對自身進行重新配置以適應使用主體的要求，從而實現建筑環境應對人類活動變化的適應性。同時，互動建筑也反作用于人類活動，拓展其感知的廣度及深度。

互動建筑出現于20世紀60年代，20世紀末開始，隨著建筑學進入“數碼時代”和“表皮時代”，交互設計開始進入各種建筑項目，特別是商業建筑和文化建筑。近年來，隨著其他領域互動技術的發展，互動建筑在適應性設計、人性化設計、可持續性設計等方面有更為出色的發揮。2010年上海世博會德國館“動力之源”(見建筑視窗)是一個綜合運用機械、電力、電腦等多方面綜合控制技術的高科技項目，由德國米拉聯合設計策劃有限公司與斯圖加特大學工程研究所學者一起開發。它是一個直徑3m，表面安裝40萬根發光二極管的互動金屬球，懸掛在12m高、三層回廊結構的劇場式大廳里。在大廳天花板上，繞金屬球一圈設8個話筒，從8個方向“收聽”觀眾的呼喊聲并進行聲量大小分析，然后指揮安裝在金屬球懸掛繩索上的一個傳動裝置在擺動方向上做出反應。同時，通過另外的計算機控制，球上的視頻展示也會隨聲音而變，不斷展現出一幅幅城市的美好愿景。2009年，美國麻省理工學院“感知城市”實驗室(SENSEableCityLab)和谷歌、英國Arup公司合作設計倫敦奧運村“數字云”(DigitalCloud)建筑(見建筑視窗)，在高達120m的鐵架頂端安裝一系列相互連接的圓球，仿佛一團云彩矗立于鐵塔之上。這些“云彩”表面使用類似“水立方”的膜狀結構材料，既能展示人們需要的各種圖文和數據信息，也是游客觀光和休閑的好去處，可以鳥瞰倫敦全貌。互動建筑使用的技術主要來自于其他高科技領域，如航天領域、汽車領域、數字媒體等領域，其實這些技術并不神秘，早已被投入應用，并獲得社會廣泛認可，只是以前建筑師很少將此類技術作為建筑創作的起點。如今，越來越多的建筑專業研究機構將注意力投入互動建筑領域，其中最主要的研究機構是麻省理工學院媒體實驗室(見建筑視窗):動能設計研究組(MITMediaLab•KineticDesignCenter)、美國卡內基美隆大學(CarnegieMellonUniversity)建筑學院研究所、美國喬治理工學院(GeorgiaInstituteofTechnology)建筑學院、紐西蘭坎特伯雷大學(UniversityofCanterbury)人機界面科技實驗室、新加坡國立大學互動與數碼媒體研究院(IntegrativeandDigitalMediaInstitute，)以及臺灣成功大學人本智慧生活科技整合中心(NCKUTOUCHCenter)。

這些學術機構的研究成果將互動建筑引向生物學“有機模式”:建筑物將成為具有感覺、會思考與可調適的生命體，實時與環境做互動。“機械模式”是指系統各組成要素按照預先設置的目標不斷重復，若未來發生某種并非預先假定之情況，系統就無法做出反應或做出錯誤反應。而“有機模式則是對生命的模仿，是發展和互惠的”［10］，“有機模式”強調系統初始時沒有預先設定的指令性程序，像一張具有學習和觀察能力的白紙，它能將對人類行為的觀察結果串聯起來的關系模擬轉化為未來可能發生的情況。當許多未知狀況對系統產生刺激時，系統就能夠聰明地感受到人的需要，察覺周圍環境的變化，做主動的響應與改變。可以展望，基于生物學有機模式的動態建筑將改變基于機械理論的動態建筑:“當玻璃本身可以改變不透明度、色調或抗紫外線能力時，機械遮陽設備就不需要了;當窗戶可以利用超聲波自我清潔時，建筑幕墻的擦窗小機器人也將不再需要”［9］。以機械動力技術為基礎的動態建筑是物質的、視覺的、表觀的，而以生物學智能化互動技術為基礎的動態建筑是以非物質形式呈現的，是有機的、微觀的，在我們需要時出現，在我們不需要時消失，滿足人們動態變化的活動，從而最終使技術消解在建筑中。

結語

在邁入后數字時代(Post-digital)的今天，由于人本思潮的再現、互動技術的普及以及運算工業的發達，下一階段的建筑革命正在悄悄進行，動態建筑正由單純的動態形體與移動空間轉變為依靠可持續技術與交互技術的設計，建筑師與工程師之間的合作會更廣泛而深入，“將在建筑實驗中探索建筑的構思、生成和制造過程”［10］。于此相對應，人們的生活方式及對空間、時間與材質的體驗認知方式也隨之發生改變，互動生活時代即將來臨。（本文作者：趙星 單位：天津大學建筑學院）