高层建筑的生态型表皮设计

高层建筑的生态型表皮设计

近年来，高层建筑的表皮设计受到了越来越多的关注。大多数人一谈论表皮，立刻就会把它当成立面或者是建筑表层很薄的覆盖物。的确，以往的建筑给了我们这样一个印象--表皮就是披在建筑物上的一件衣服，但是，近几年出现的生态型高层建筑却赋予了“表皮”不同的含义。那么，究竟“表皮”的意义是什么呢？维尔·阿雷兹在《白润光洁的肌肤》一文中指出“表皮实际上和厚度有关，而厚度与建筑前面的气氛，建筑本身和它之后的气氛有关，立面不再是一种表现的行为，而具有了超出人们第一印象的多样性和复杂性”。是的，我所说的“表皮”并不是立面，而是包围整个建筑却又与建筑内部空间结构紧密联系的建筑的一个有机组成部分。换句话说，建筑被置于表皮的包围之中，但表皮又不仅仅是建筑层面上的东西。

一、从衣服到皮肤--高层建筑表皮的发展与演变

提起高层建筑的表皮，人们自然就会想到玻璃幕墙。1925年，格罗皮乌斯率先在包豪斯实现了一个摩登梦想--使用全玻璃外墙来创造室内与室外环境的通透融合。这就是幕墙的雏形：一片从建筑结构中分离出来的平整连续的表皮。随后的30-40年代，高度的工业化使玻璃幕墙这种新型的外围护结构得到了充分的发展，大片玻璃的使用使封闭的建筑与大自然有了沟通。但是，玻璃幕墙在高层建筑中的广泛使用也带来了一系列的问题。如：大量的能源消耗，严重的光污染，室内卫生环境下降，视线干扰等。70年代的“玻璃盒子”终于使建筑表皮面临前所未有的生态困境，全球范围内的能源危机和人类生存环境的不断恶化，使节约能源、保护环境成为人类面临的最主要的问题。

随着科学技术的发展，以可持续发展为目标的生态型高层建筑应运而生。它以最大限度的维护生态环境为目的，将高科技手段运用到高层建筑的设计中，采用电子计算机、信息技术、生物科学技术、材料合成技术、资源替代技术、建筑构造措施等，达到降低建筑消耗，减少高层建筑对自然环境的破坏，努力维持生态环境的平衡的目的。

为了更好的将“生态”概念引入高层建筑，许多建筑师对“表皮”的设计进行了深入的探讨。由于高层建筑的“表皮”即外墙，对建筑节能有着十分重要的作用。因此，透明性高、保温性好、并允许自然通风便成为高层建筑生态型表皮的重要特征。近年来，欧洲的一些建筑师在这方面有了较多的尝试和成就，诸如：N·福斯特、R·皮阿诺、L·罗杰斯、T·赫尔佐格等等。

二、实例分析

N·福斯特事务所设计的德国法兰克福商业银行总部大楼成功的将自然景观引入超高层集中式办公建筑中（图1），使城市高密度的生活方式与自然生态环境相融合，被称为世界上第一座“生态型”超高层建筑。更值得一提的是，在这座建筑中，“表皮”设计也引起了相当大的关注。这座建筑的表皮覆盖系统包括一层隔热玻璃和一层简单的由外皮构成的双层表皮以及其间的多孔通风层（图2）。它们正如皮肤一样保护建筑内部不受任何天气变化所带来的影响。新鲜空气通过外皮上的连续槽进入通风层，办公室内的控制板使自然通风系统得到完善，通过它可以用手工或机械方式打开或关闭通风系统，这样产生的缓冲气流再次进入建筑主体，使内部空间获得柔和的自然通风。当气候条件不允许使用自然通风时，可以使用一套机械送风系统，在冬天还有一个带温度控制装置的外围加热系统可供使用。此外，表皮还有精心设计的热学装置以减少直射阳光的影响以及空调的需求，同时也就减少了能量的消耗。由于对表皮设计进行了分析和物理计算以及由计算机辅助的模拟计算方法的应用，几乎全年都可以使用自然通风。这座建筑的表皮设计不但在自然通风的基础上节省了能源，而且其独特的双层表皮也充分将“生态”思想发挥的淋漓尽致。

1997年，在德国埃森建成的由英格豪恩，欧文迪克事务所设计的REW总部也是一座表皮设计极为精巧的现代办公楼（图3），该建筑的最大特征就是它的双层表皮，所采用的智能幕墙系统可能是迄今为止最精密复杂的幕墙系统（图4），这个系统能精确的调节建筑的各种能量分配。这个120米高的玻璃柱体标志着对传统美国式的、室内外完全分离并完全采用人工空调的建筑方式进行变革的一个转折点。因为REW塔楼的双层表皮可以使它自由呼吸（图5）。在这里的双层表皮中，其外层为单片玻璃的点式连接幕墙，采用2m×3.6m的模数以使空气可以沿相应的槽流通。中间有一个宽50厘米的热通道，通道内装有能收放并调节角度的百页。内侧为双层中空绝热的克里莫普拉斯（climaplus）白玻璃。这个内层表皮实际上是一个双层推拉门，安装了铰链，可以通过手工开关。因此即使是上部楼层的工作空间也可以享受自然空气而不必担心高空的阵风。该表皮设计的核心是一系列特殊技术的开发与革新，从而使能量的需求降到了最低。置于双层表皮之间的鱼嘴型装置，可通过空气交换系统防止太阳的有害侵入，有效的避免眩光。这座建筑的表皮设计让使用者用一种中介方式利用自然资源控制自己的环境，并勾画出了一栋具有可渗透性的建筑，其透明度在视觉上几乎完全“溶”入环境之中。显示了其自身作为一个与自然进行可控制性交换的系统，并从技术和建筑两方面均结合了自然可以提供的东西。

三、高层建筑生态型表皮的发展前景

目前，这种“生态型表皮”的设计尚在发展时期，它造价昂贵，技术要求高，但它在建筑节能上却显示出了巨大的威力。传统玻璃幕墙能源损耗很大，对外界环境的适应性差，采用的是以不变应万变的策略，能源利用效率很低。如果将传统高层建筑的表皮比作一件衣服，那么生态型高层建筑表皮则像皮肤。它不仅将高科技手段与高层建筑紧密结合，还可根据天气、温度、湿度、风力等自然条件的变化自觉调节表皮功能，高效的节约能源。由于生态型表皮包括了双层表皮系统，外侧为全封闭式，因此可以大大减少外界噪音对建筑内部的干扰。透明光洁的表皮，精致独特的构件，为高层建筑赋予了一种与众不同的美。

双层表皮（double-skin）这一新兴技术受到越来越多人的认可，并在建筑设计中得到越来越广泛的利用，不断发展成熟。就在生态型表皮不断在欧洲建筑中获得共识的同时，国内也出现了带有生态型表皮的高层建筑。杨经文最近在上海设计了一座36层的综合大楼，该大楼设有双层表皮，中间夹有一层可调百页来调节室内气候以减少空调消耗。夏季两层表皮由于烟囱效应而利用空气的流通，冬季又起到了防寒作用，为遮挡西北风，在建筑外部还作了一个巨大挡风板。从而在高层建筑的表皮设计中充分体现了生态学的设计思想。

表皮设计在当今的高层建筑设计中占有越来越重要的地位。由传统单层表皮的玻璃幕墙发展到今天的“双层表皮”系统，它是人类面临生态危机情况下做出的一种新的反应与探索。优秀的建筑师用他们独特的设计构思，丰富大胆的想象，赋予高层建筑的表皮以生命力，使其与建筑内部结构融为一体。在倡导节约能源，保护环境的可持续发展的思想的指引下，高层建筑的生态型表皮设计必然会拥有更加广阔的发展前景。