当代动态建筑技术探析

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20世纪下半叶，针对人口、资源、环境等多重危机，一些建筑师开始关注如何设计可移动建筑以避免人类对自然环境的干扰破坏。1965年戴维•格林的生活包(Living-pod)和迈克•韦伯的气垫体(TheCushicle)是此类单元式移动建筑之代表。身处21世纪，人们穿梭于世界各地，常处于移动状态，心底的游牧情结发展为崇尚不固定的生活和工作环境的“城市游牧主义”。例如，比利时DmvA公司设计出可以随时搬上卡车移走的建筑产品blobVB3(见建筑视窗)。Blob占地约20m2，由木桩撑起，其位于舱体前、中后部和顶部的3个舱门的开合组合变化能满足多种住行需要，变成厨房、书房、办公室、会客室。Blob整体为聚脂材料，外壁光滑，内壁形似多宝格，可以储藏衣物、书籍，还可以安置电磁炉、淋浴等设备。Blob通过翻模批量生产后，可以像移动通讯设备、笔记本电脑一样，成为城市游牧主义者的生存必备品。2009，ArchGroup建筑事务所推出“睡眠盒子”设计(见建筑视窗)，为人们提供一个在任何场合下都可以安静睡眠和休息的3.75m2可移动单元，可放置在机场、火车站、商场、街道等公共场所供人租用。“睡眠盒子”除了必备的“床”以外，还配备通风及报警系统，内置液晶电视、无线网络、手机充电插座、笔记本台面以及行李空间等设施，满足人们的各种需要［2］。

基于动力技术的可变动建筑

基于动力技术的可变动建筑通常是指在机电动力技术作用下建筑的部分组成要素能够产生变动的建筑。除了建筑和结构设计外，它还包含机械学、机电学、材料学、控制技术、传感和监控技术。

1可开闭屋盖

可开闭屋盖体育馆自1991年出现后，在日本、加拿大、荷兰、美国已有十多年的发展历史，我国近年来在上海、南通、杭州等地的体育馆设计中相继采用了大型开闭屋盖技术，实现了建筑运动控制、运动安全技术的应用［4］。于2002年建成的美国休斯敦的瑞兰特体育场(见建筑视窗)除采用传统技术外还应用了许多最新科技，其屋顶板由激光按钮控制，并配有计算机气候感应器，可以根据暴风雨的信息调整屋顶滑行速度，当气温下降或者升高到一定温度时，球场的屋顶就会自动关闭。此外，屋面由高透明的玻璃纤维膜材制成，即使关闭后也让人感觉是一个完全开放的体育场。

2可拉伸立面

可拉伸的建筑外立面主要是指建筑通过给外围护界面安装机械滑动轨道或液压控制装置，使外立面作为一个整体可以自由来回滑动伸缩，这种设计满足了建筑功能随使用者要求生长变化的需要，使用者通过控制外壳的收缩程度，不仅获得了不同程度的封闭或开敞空间，且获得了不同品质的室内温度和光照条件(见建筑视窗)。2.3可变化窗形可变化窗形是指通过窗形的变化，满足内部建筑功能及外部环境变化和丰富视觉感受的需要。奥地利ErnstGiselbrecht事物所设计的Kiefer技术展示厅(见建筑视窗)实现了一套动态立面系统，该系统由若干同一模数的铝板单元组成，每块铝板能都利用电子设施控制开合，从而产生丰富的窗形变化组合。动态立面既可以使建筑内部及时适应室外气候变化，又使用户能个性化地控制自己的空间，同时，张合自如的立面表情使建筑好似一个动态雕塑，充满生趣。

基于可持续技术的智能建筑

用“智能”描述建筑首次出现在20世纪80年代。美国伦斯勒理工学院克罗纳(Kroner)教授认为，“智能建筑是指建筑系统能够对当前事件、室外气候和室内环境做出合理反映和预知，使建筑达到性能最优化的同时满足用户对环境舒适度的需求。”［5］智能建筑的外围护界面(简称智能立面)是智能建筑的重要组成部分，也是建筑师最能参与的设计环节。智能立面是与人体皮肤相似的一个动态环境过滤器，它要求建筑能根据外界具体的冷暖变化来随时做出调整，从而实现建筑零能耗目的［6－7］。利用可持续技术的智能立面系统主要有智能遮阳系统、智能幕墙系统和动态能源生产系统等几类。智能遮阳系统是指在传统玻璃上镀一层薄膜，根据室外环境变化和用户需求来改变光线透射率的遮阳系统。例如2010年上海世博会的台湾馆(见建筑视窗)外墙玻璃贴有电子智能调光薄膜，通过电压对薄膜的作用，实现了薄膜的光电功能，令玻璃在透明与不透明之间转换，达到室内冬暖夏凉、环保节能的目的。智能幕墙系统是指结合太阳能发电、水源降温、植物降温等技术的综合幕墙系统。例如2010年上海世博会法国阿尔萨斯案例馆采用由电脑控制的多层综合幕墙系统，最外层为太阳能光电板及第一层玻璃，可随室外温度和日照强度的变化自动开闭;中间层为空气间层;内层为水幕玻璃。冬天，内外层玻璃窗全部关闭，水幕停止流动，中间层形成密闭空气舱，“通过阳光辐射以及光电板产生的热量，留在两层玻璃之间密闭舱的空气被加热，可以持续为室内供暖”［8］。在夏天，空气舱被打开，太阳能光电板产生的电能带动水泵运行，让流动的水幕和空气带走室内热量。动态能源生产系统是指充分利用主动或被动获取电和热的可再生清洁能源的立面系统。例如2010年上海世博会瑞士馆(见建筑视窗)，其外墙是一层神奇的红色互动型智能“帷幕”，由悬挂着红色圆盘装饰的半透明铝网构成。这11000块生物树脂“小太阳”具体包括一个能量发生器、一个太阳能存储介质和一个LED形式的电力负载，每块“小太阳”都能在白天储存太阳能及相机闪光的能量，并在夜晚以LED灯的形式将其利用，从而使整个外墙呈现随风闪动的视觉效果。该设计意在表现展馆与周围环境能量的互动，并使参观者了解能源充分利用的可能性。

基于交互技术的互动建筑

交互技术是指“应对变化的嵌入式计算(智能)与其物理对应物(动力学)等综合集成”［9］技术，该技术如何服务于建筑是今天建筑学领域的新课题。互动建筑设计目的在于让建筑产生一种“主动修正”的能力，当收到来自使用主体不适应的负反馈时，互动建筑能够对自身进行重新配置以适应使用主体的要求，从而实现建筑环境应对人类活动变化的适应性。同时，互动建筑也反作用于人类活动，拓展其感知的广度及深度。

互动建筑出现于20世纪60年代，20世纪末开始，随着建筑学进入“数码时代”和“表皮时代”，交互设计开始进入各种建筑项目，特别是商业建筑和文化建筑。近年来，随着其他领域互动技术的发展，互动建筑在适应性设计、人性化设计、可持续性设计等方面有更为出色的发挥。2010年上海世博会德国馆“动力之源”(见建筑视窗)是一个综合运用机械、电力、电脑等多方面综合控制技术的高科技项目，由德国米拉联合设计策划有限公司与斯图加特大学工程研究所学者一起开发。它是一个直径3m，表面安装40万根发光二极管的互动金属球，悬挂在12m高、三层回廊结构的剧场式大厅里。在大厅天花板上，绕金属球一圈设8个话筒，从8个方向“收听”观众的呼喊声并进行声量大小分析，然后指挥安装在金属球悬挂绳索上的一个传动装置在摆动方向上做出反应。同时，通过另外的计算机控制，球上的视频展示也会随声音而变，不断展现出一幅幅城市的美好愿景。2009年，美国麻省理工学院“感知城市”实验室(SENSEableCityLab)和谷歌、英国Arup公司合作设计伦敦奥运村“数字云”(DigitalCloud)建筑(见建筑视窗)，在高达120m的铁架顶端安装一系列相互连接的圆球，仿佛一团云彩矗立于铁塔之上。这些“云彩”表面使用类似“水立方”的膜状结构材料，既能展示人们需要的各种图文和数据信息，也是游客观光和休闲的好去处，可以鸟瞰伦敦全貌。互动建筑使用的技术主要来自于其他高科技领域，如航天领域、汽车领域、数字媒体等领域，其实这些技术并不神秘，早已被投入应用，并获得社会广泛认可，只是以前建筑师很少将此类技术作为建筑创作的起点。如今，越来越多的建筑专业研究机构将注意力投入互动建筑领域，其中最主要的研究机构是麻省理工学院媒体实验室(见建筑视窗):动能设计研究组(MITMediaLab•KineticDesignCenter)、美国卡内基美隆大学(CarnegieMellonUniversity)建筑学院研究所、美国乔治理工学院(GeorgiaInstituteofTechnology)建筑学院、纽西兰坎特伯雷大学(UniversityofCanterbury)人机界面科技实验室、新加坡国立大学互动与数码媒体研究院(IntegrativeandDigitalMediaInstitute，)以及台湾成功大学人本智慧生活科技整合中心(NCKUTOUCHCenter)。

这些学术机构的研究成果将互动建筑引向生物学“有机模式”:建筑物将成为具有感觉、会思考与可调适的生命体，实时与环境做互动。“机械模式”是指系统各组成要素按照预先设置的目标不断重复，若未来发生某种并非预先假定之情况，系统就无法做出反应或做出错误反应。而“有机模式则是对生命的模仿，是发展和互惠的”［10］，“有机模式”强调系统初始时没有预先设定的指令性程序，像一张具有学习和观察能力的白纸，它能将对人类行为的观察结果串联起来的关系模拟转化为未来可能发生的情况。当许多未知状况对系统产生刺激时，系统就能够聪明地感受到人的需要，察觉周围环境的变化，做主动的响应与改变。可以展望，基于生物学有机模式的动态建筑将改变基于机械理论的动态建筑:“当玻璃本身可以改变不透明度、色调或抗紫外线能力时，机械遮阳设备就不需要了;当窗户可以利用超声波自我清洁时，建筑幕墙的擦窗小机器人也将不再需要”［9］。以机械动力技术为基础的动态建筑是物质的、视觉的、表观的，而以生物学智能化互动技术为基础的动态建筑是以非物质形式呈现的，是有机的、微观的，在我们需要时出现，在我们不需要时消失，满足人们动态变化的活动，从而最终使技术消解在建筑中。

结语

在迈入后数字时代(Post-digital)的今天，由于人本思潮的再现、互动技术的普及以及运算工业的发达，下一阶段的建筑革命正在悄悄进行，动态建筑正由单纯的动态形体与移动空间转变为依靠可持续技术与交互技术的设计，建筑师与工程师之间的合作会更广泛而深入，“将在建筑实验中探索建筑的构思、生成和制造过程”［10］。于此相对应，人们的生活方式及对空间、时间与材质的体验认知方式也随之发生改变，互动生活时代即将来临。（本文作者：赵星 单位：天津大学建筑学院）