當(dāng)代動(dòng)態(tài)建筑技術(shù)探析

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20世紀(jì)下半葉，針對(duì)人口、資源、環(huán)境等多重危機(jī)，一些建筑師開始關(guān)注如何設(shè)計(jì)可移動(dòng)建筑以避免人類對(duì)自然環(huán)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(dòng)建筑之代表。身處21世紀(jì)，人們穿梭于世界各地，常處于移動(dòng)狀態(tài)，心底的游牧情結(jié)發(fā)展為崇尚不固定的生活和工作環(huán)境的“城市游牧主義”。例如，比利時(shí)DmvA公司設(shè)計(jì)出可以隨時(shí)搬上卡車移走的建筑產(chǎn)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(gè)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(huì)客室。Blob整體為聚脂材料，外壁光滑，內(nèi)壁形似多寶格，可以儲(chǔ)藏衣物、書籍，還可以安置電磁爐、淋浴等設(shè)備。Blob通過翻模批量生產(chǎn)后，可以像移動(dòng)通訊設(shè)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(wù)所推出“睡眠盒子”設(shè)計(jì)(見建筑視窗)，為人們提供一個(gè)在任何場(chǎng)合下都可以安靜睡眠和休息的3.75m2可移動(dòng)單元，可放置在機(jī)場(chǎng)、火車站、商場(chǎng)、街道等公共場(chǎng)所供人租用?！八吆凶印背吮貍涞摹按病币酝猓€配備通風(fēng)及報(bào)警系統(tǒng)，內(nèi)置液晶電視、無線網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)充電插座、筆記本臺(tái)面以及行李空間等設(shè)施，滿足人們的各種需要［2］。

基于動(dòng)力技術(shù)的可變動(dòng)建筑

基于動(dòng)力技術(shù)的可變動(dòng)建筑通常是指在機(jī)電動(dòng)力技術(shù)作用下建筑的部分組成要素能夠產(chǎn)生變動(dòng)的建筑。除了建筑和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外，它還包含機(jī)械學(xué)、機(jī)電學(xué)、材料學(xué)、控制技術(shù)、傳感和監(jiān)控技術(shù)。

1可開閉屋蓋

可開閉屋蓋體育館自1991年出現(xiàn)后，在日本、加拿大、荷蘭、美國已有十多年的發(fā)展歷史，我國近年來在上海、南通、杭州等地的體育館設(shè)計(jì)中相繼采用了大型開閉屋蓋技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了建筑運(yùn)動(dòng)控制、運(yùn)動(dòng)安全技術(shù)的應(yīng)用［4］。于2002年建成的美國休斯敦的瑞蘭特體育場(chǎng)(見建筑視窗)除采用傳統(tǒng)技術(shù)外還應(yīng)用了許多最新科技，其屋頂板由激光按鈕控制，并配有計(jì)算機(jī)氣候感應(yīng)器，可以根據(jù)暴風(fēng)雨的信息調(diào)整屋頂滑行速度，當(dāng)氣溫下降或者升高到一定溫度時(shí)，球場(chǎng)的屋頂就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。此外，屋面由高透明的玻璃纖維膜材制成，即使關(guān)閉后也讓人感覺是一個(gè)完全開放的體育場(chǎng)。

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(hù)界面安裝機(jī)械滑動(dòng)軌道或液壓控制裝置，使外立面作為一個(gè)整體可以自由來回滑動(dòng)伸縮，這種設(shè)計(jì)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(zhì)的室內(nèi)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(nèi)部建筑功能及外部環(huán)境變化和豐富視覺感受的需要。奧地利ErnstGiselbrecht事物所設(shè)計(jì)的Kiefer技術(shù)展示廳(見建筑視窗)實(shí)現(xiàn)了一套動(dòng)態(tài)立面系統(tǒng)，該系統(tǒng)由若干同一模數(shù)的鋁板單元組成，每塊鋁板能都利用電子設(shè)施控制開合，從而產(chǎn)生豐富的窗形變化組合。動(dòng)態(tài)立面既可以使建筑內(nèi)部及時(shí)適應(yīng)室外氣候變化，又使用戶能個(gè)性化地控制自己的空間，同時(shí)，張合自如的立面表情使建筑好似一個(gè)動(dòng)態(tài)雕塑，充滿生趣。

基于可持續(xù)技術(shù)的智能建筑

用“智能”描述建筑首次出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代。美國倫斯勒理工學(xué)院克羅納(Kroner)教授認(rèn)為，“智能建筑是指建筑系統(tǒng)能夠?qū)Ξ?dāng)前事件、室外氣候和室內(nèi)環(huán)境做出合理反映和預(yù)知，使建筑達(dá)到性能最優(yōu)化的同時(shí)滿足用戶對(duì)環(huán)境舒適度的需求?！保?］智能建筑的外圍護(hù)界面(簡(jiǎn)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(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。智能立面是與人體皮膚相似的一個(gè)動(dòng)態(tài)環(huán)境過濾器，它要求建筑能根據(jù)外界具體的冷暖變化來隨時(shí)做出調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)建筑零能耗目的［6－7］。利用可持續(xù)技術(shù)的智能立面系統(tǒng)主要有智能遮陽系統(tǒng)、智能幕墻系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)能源生產(chǎn)系統(tǒng)等幾類。智能遮陽系統(tǒng)是指在傳統(tǒng)玻璃上鍍一層薄膜，根據(jù)室外環(huán)境變化和用戶需求來改變光線透射率的遮陽系統(tǒng)。例如2010年上海世博會(huì)的臺(tái)灣館(見建筑視窗)外墻玻璃貼有電子智能調(diào)光薄膜，通過電壓對(duì)薄膜的作用，實(shí)現(xiàn)了薄膜的光電功能，令玻璃在透明與不透明之間轉(zhuǎn)換，達(dá)到室內(nèi)冬暖夏涼、環(huán)保節(jié)能的目的。智能幕墻系統(tǒng)是指結(jié)合太陽能發(fā)電、水源降溫、植物降溫等技術(shù)的綜合幕墻系統(tǒng)。例如2010年上海世博會(huì)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(tǒng)，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(qiáng)度的變化自動(dòng)開閉;中間層為空氣間層;內(nèi)層為水幕玻璃。冬天，內(nèi)外層玻璃窗全部關(guān)閉，水幕停止流動(dòng)，中間層形成密閉空氣艙，“通過陽光輻射以及光電板產(chǎn)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(xù)為室內(nèi)供暖”［8］。在夏天，空氣艙被打開，太陽能光電板產(chǎn)生的電能帶動(dòng)水泵運(yùn)行，讓流動(dòng)的水幕和空氣帶走室內(nèi)熱量。動(dòng)態(tài)能源生產(chǎn)系統(tǒng)是指充分利用主動(dòng)或被動(dòng)獲取電和熱的可再生清潔能源的立面系統(tǒng)。例如2010年上海世博會(huì)瑞士館(見建筑視窗)，其外墻是一層神奇的紅色互動(dòng)型智能“帷幕”，由懸掛著紅色圓盤裝飾的半透明鋁網(wǎng)構(gòu)成。這11000塊生物樹脂“小太陽”具體包括一個(gè)能量發(fā)生器、一個(gè)太陽能存儲(chǔ)介質(zhì)和一個(gè)LED形式的電力負(fù)載，每塊“小太陽”都能在白天儲(chǔ)存太陽能及相機(jī)閃光的能量，并在夜晚以LED燈的形式將其利用，從而使整個(gè)外墻呈現(xiàn)隨風(fēng)閃動(dòng)的視覺效果。該設(shè)計(jì)意在表現(xiàn)展館與周圍環(huán)境能量的互動(dòng)，并使參觀者了解能源充分利用的可能性。

基于交互技術(shù)的互動(dòng)建筑

交互技術(shù)是指“應(yīng)對(duì)變化的嵌入式計(jì)算(智能)與其物理對(duì)應(yīng)物(動(dòng)力學(xué))等綜合集成”［9］技術(shù)，該技術(shù)如何服務(wù)于建筑是今天建筑學(xué)領(lǐng)域的新課題。互動(dòng)建筑設(shè)計(jì)目的在于讓建筑產(chǎn)生一種“主動(dòng)修正”的能力，當(dāng)收到來自使用主體不適應(yīng)的負(fù)反饋時(shí)，互動(dòng)建筑能夠?qū)ψ陨磉M(jìn)行重新配置以適應(yīng)使用主體的要求，從而實(shí)現(xiàn)建筑環(huán)境應(yīng)對(duì)人類活動(dòng)變化的適應(yīng)性。同時(shí)，互動(dòng)建筑也反作用于人類活動(dòng)，拓展其感知的廣度及深度。

互動(dòng)建筑出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代，20世紀(jì)末開始，隨著建筑學(xué)進(jìn)入“數(shù)碼時(shí)代”和“表皮時(shí)代”，交互設(shè)計(jì)開始進(jìn)入各種建筑項(xiàng)目，特別是商業(yè)建筑和文化建筑。近年來，隨著其他領(lǐng)域互動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，互動(dòng)建筑在適應(yīng)性設(shè)計(jì)、人性化設(shè)計(jì)、可持續(xù)性設(shè)計(jì)等方面有更為出色的發(fā)揮。2010年上海世博會(huì)德國館“動(dòng)力之源”(見建筑視窗)是一個(gè)綜合運(yùn)用機(jī)械、電力、電腦等多方面綜合控制技術(shù)的高科技項(xiàng)目，由德國米拉聯(lián)合設(shè)計(jì)策劃有限公司與斯圖加特大學(xué)工程研究所學(xué)者一起開發(fā)。它是一個(gè)直徑3m，表面安裝40萬根發(fā)光二極管的互動(dòng)金屬球，懸掛在12m高、三層回廊結(jié)構(gòu)的劇場(chǎng)式大廳里。在大廳天花板上，繞金屬球一圈設(shè)8個(gè)話筒，從8個(gè)方向“收聽”觀眾的呼喊聲并進(jìn)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(gè)傳動(dòng)裝置在擺動(dòng)方向上做出反應(yīng)。同時(shí)，通過另外的計(jì)算機(jī)控制，球上的視頻展示也會(huì)隨聲音而變，不斷展現(xiàn)出一幅幅城市的美好愿景。2009年，美國麻省理工學(xué)院“感知城市”實(shí)驗(yàn)室(SENSEableCityLab)和谷歌、英國Arup公司合作設(shè)計(jì)倫敦奧運(yùn)村“數(shù)字云”(DigitalCloud)建筑(見建筑視窗)，在高達(dá)120m的鐵架頂端安裝一系列相互連接的圓球，仿佛一團(tuán)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(jié)構(gòu)材料，既能展示人們需要的各種圖文和數(shù)據(jù)信息，也是游客觀光和休閑的好去處，可以鳥瞰倫敦全貌?；?dòng)建筑使用的技術(shù)主要來自于其他高科技領(lǐng)域，如航天領(lǐng)域、汽車領(lǐng)域、數(shù)字媒體等領(lǐng)域，其實(shí)這些技術(shù)并不神秘，早已被投入應(yīng)用，并獲得社會(huì)廣泛認(rèn)可，只是以前建筑師很少將此類技術(shù)作為建筑創(chuàng)作的起點(diǎn)。如今，越來越多的建筑專業(yè)研究機(jī)構(gòu)將注意力投入互動(dòng)建筑領(lǐng)域，其中最主要的研究機(jī)構(gòu)是麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室(見建筑視窗):動(dòng)能設(shè)計(jì)研究組(MITMediaLab•KineticDesignCenter)、美國卡內(nèi)基美隆大學(xué)(CarnegieMellonUniversity)建筑學(xué)院研究所、美國喬治理工學(xué)院(GeorgiaInstituteofTechnology)建筑學(xué)院、紐西蘭坎特伯雷大學(xué)(UniversityofCanterbury)人機(jī)界面科技實(shí)驗(yàn)室、新加坡國立大學(xué)互動(dòng)與數(shù)碼媒體研究院(IntegrativeandDigitalMediaInstitute，)以及臺(tái)灣成功大學(xué)人本智慧生活科技整合中心(NCKUTOUCHCenter)。

這些學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的研究成果將互動(dòng)建筑引向生物學(xué)“有機(jī)模式”:建筑物將成為具有感覺、會(huì)思考與可調(diào)適的生命體，實(shí)時(shí)與環(huán)境做互動(dòng)。“機(jī)械模式”是指系統(tǒng)各組成要素按照預(yù)先設(shè)置的目標(biāo)不斷重復(fù)，若未來發(fā)生某種并非預(yù)先假定之情況，系統(tǒng)就無法做出反應(yīng)或做出錯(cuò)誤反應(yīng)。而“有機(jī)模式則是對(duì)生命的模仿，是發(fā)展和互惠的”［10］，“有機(jī)模式”強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)初始時(shí)沒有預(yù)先設(shè)定的指令性程序，像一張具有學(xué)習(xí)和觀察能力的白紙，它能將對(duì)人類行為的觀察結(jié)果串聯(lián)起來的關(guān)系模擬轉(zhuǎn)化為未來可能發(fā)生的情況。當(dāng)許多未知狀況對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生刺激時(shí)，系統(tǒng)就能夠聰明地感受到人的需要，察覺周圍環(huán)境的變化，做主動(dòng)的響應(yīng)與改變?？梢哉雇?，基于生物學(xué)有機(jī)模式的動(dòng)態(tài)建筑將改變基于機(jī)械理論的動(dòng)態(tài)建筑:“當(dāng)玻璃本身可以改變不透明度、色調(diào)或抗紫外線能力時(shí)，機(jī)械遮陽設(shè)備就不需要了;當(dāng)窗戶可以利用超聲波自我清潔時(shí)，建筑幕墻的擦窗小機(jī)器人也將不再需要”［9］。以機(jī)械動(dòng)力技術(shù)為基礎(chǔ)的動(dòng)態(tài)建筑是物質(zhì)的、視覺的、表觀的，而以生物學(xué)智能化互動(dòng)技術(shù)為基礎(chǔ)的動(dòng)態(tài)建筑是以非物質(zhì)形式呈現(xiàn)的，是有機(jī)的、微觀的，在我們需要時(shí)出現(xiàn)，在我們不需要時(shí)消失，滿足人們動(dòng)態(tài)變化的活動(dòng)，從而最終使技術(shù)消解在建筑中。

結(jié)語

在邁入后數(shù)字時(shí)代(Post-digital)的今天，由于人本思潮的再現(xiàn)、互動(dòng)技術(shù)的普及以及運(yùn)算工業(yè)的發(fā)達(dá)，下一階段的建筑革命正在悄悄進(jìn)行，動(dòng)態(tài)建筑正由單純的動(dòng)態(tài)形體與移動(dòng)空間轉(zhuǎn)變?yōu)橐揽靠沙掷m(xù)技術(shù)與交互技術(shù)的設(shè)計(jì)，建筑師與工程師之間的合作會(huì)更廣泛而深入，“將在建筑實(shí)驗(yàn)中探索建筑的構(gòu)思、生成和制造過程”［10］。于此相對(duì)應(yīng)，人們的生活方式及對(duì)空間、時(shí)間與材質(zhì)的體驗(yàn)認(rèn)知方式也隨之發(fā)生改變，互動(dòng)生活時(shí)代即將來臨。（本文作者：趙星 單位：天津大學(xué)建筑學(xué)院）