當(dāng)代動態(tài)建筑技術(shù)探析

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20世紀(jì)下半葉，針對人口、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)可移動建筑以避免人類對自然環(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DmvA公司設(shè)計(jì)出可以隨時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(nèi)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(shè)備。Blob通過翻模批量生產(chǎn)后，可以像移動通訊設(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(jī)場、火車站、商場、街道等公共場所供人租用?！八吆凶印背吮貍涞摹按病币酝?，還配備通風(fēng)及報警系統(tǒng)，內(nèi)置液晶電視、無線網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)充電插座、筆記本臺面以及行李空間等設(shè)施，滿足人們的各種需要［2］。

基于動力技術(shù)的可變動建筑

基于動力技術(shù)的可變動建筑通常是指在機(jī)電動力技術(shù)作用下建筑的部分組成要素能夠產(chǎn)生變動的建筑。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)動控制、運(yùn)動安全技術(shù)的應(yīng)用［4］。于2002年建成的美國休斯敦的瑞蘭特體育場(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，球場的屋頂就會自動關(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(hù)界面安裝機(jī)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(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。動態(tài)立面既可以使建筑內(nèi)部及時適應(yīng)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(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)化的同時滿足用戶對環(huán)境舒適度的需求?！保?］智能建筑的外圍護(hù)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(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。智能立面是與人體皮膚相似的一個動態(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年上海世博會的臺灣館(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，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)生的電能帶動水泵運(yùn)行，讓流動的水幕和空氣帶走室內(nèi)熱量。動態(tài)能源生產(chǎn)系統(tǒng)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(tǒng)。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(wǎng)構(gòu)成。這11000塊生物樹脂“小太陽”具體包括一個能量發(fā)生器、一個太陽能存儲介質(zhì)和一個LED形式的電力負(fù)載，每塊“小太陽”都能在白天儲存太陽能及相機(jī)閃光的能量，并在夜晚以LED燈的形式將其利用，從而使整個外墻呈現(xiàn)隨風(fēng)閃動的視覺效果。該設(shè)計(jì)意在表現(xiàn)展館與周圍環(huán)境能量的互動，并使參觀者了解能源充分利用的可能性。

基于交互技術(shù)的互動建筑

交互技術(shù)是指“應(yīng)對變化的嵌入式計(jì)算(智能)與其物理對應(yīng)物(動力學(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?；咏ㄖO(shè)計(jì)目的在于讓建筑產(chǎn)生一種“主動修正”的能力，當(dāng)收到來自使用主體不適應(yīng)的負(fù)反饋時，互動建筑能夠?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)對人類活動變化的適應(yīng)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(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)碼時代”和“表皮時代”，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)域互動技術(shù)的發(fā)展，互動建筑在適應(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年上海世博會德國館“動力之源”(見建筑視窗)是一個綜合運(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)。它是一個直徑3m，表面安裝40萬根發(fā)光二極管的互動金屬球，懸掛在12m高、三層回廊結(jié)構(gòu)的劇場式大廳里。在大廳天花板上，繞金屬球一圈設(shè)8個話筒，從8個方向“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傳動裝置在擺動方向上做出反應(yīng)。同時，通過另外的計(jì)算機(jī)控制，球上的視頻展示也會隨聲音而變，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?；咏ㄖ褂玫募夹g(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)互動與數(shù)碼媒體研究院(IntegrativeandDigitalMediaInstitute，)以及臺灣成功大學(xué)人本智慧生活科技整合中心(NCKUTOUCHCenter)。

這些學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的研究成果將互動建筑引向生物學(xué)“有機(jī)模式”:建筑物將成為具有感覺、會思考與可調(diào)適的生命體，實(shí)時與環(huán)境做互動。“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)或做出錯誤反應(yīng)。而“有機(jī)模式則是對生命的模仿，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)許多未知狀況對系統(tǒng)產(chǎn)生刺激時，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，做主動的響應(yīng)與改變?？梢哉雇?，基于生物學(xué)有機(jī)模式的動態(tài)建筑將改變基于機(jī)械理論的動態(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，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，建筑幕墻的擦窗小機(jī)器人也將不再需要”［9］。以機(jī)械動力技術(shù)為基礎(chǔ)的動態(tài)建筑是物質(zhì)的、視覺的、表觀的，而以生物學(xué)智能化互動技術(shù)為基礎(chǔ)的動態(tài)建筑是以非物質(zhì)形式呈現(xiàn)的，是有機(jī)的、微觀的，在我們需要時出現(xiàn)，在我們不需要時消失，滿足人們動態(tài)變化的活動，從而最終使技術(shù)消解在建筑中。

結(jié)語

在邁入后數(shù)字時代(Post-digital)的今天，由于人本思潮的再現(xiàn)、互動技術(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，動態(tài)建筑正由單純的動態(tài)形體與移動空間轉(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］。于此相對應(yīng)，人們的生活方式及對空間、時間與材質(zhì)的體驗(yàn)認(rèn)知方式也隨之發(fā)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(xué)建筑學(xué)院）