研究与批评
王其钧:生态建筑与仿生建筑(下)
来源:  作者:  点击量:5748  时间:2011/3/24 9:26:18

仿生建筑

大自然是人类生存的场所,也是人类知识的重要来源。从人类最初的木结构棚屋,到当代的摩天楼和航天飞机,自然界一直是人类获取各种资源和能量的补给所。自然与建筑的联系更是有着深远的历史。在古典建筑中,除了建筑材料全都来源于自然以外,建筑中还要设置大量从自然界中提取而来的装饰图案。从古埃及时期各式各样的纸莎草,到古罗马时期标志性的苕茛叶;从文艺复兴严谨的花纹装饰,到巴洛克时期那些灵动而抽象的图案,无一不追求自然与建筑的和谐。但对于绝大多数现代建筑来说,除了获得与自然相协调的关系,以及采用自然建筑材料以外,似乎很难让人们与大自然联系到一起,无论是现代建筑简洁、理性的结构还是建筑那“钢筋铁骨”、玻璃外皮的形象,都带有强烈的人造意味。

虽然如此,建筑与自然形象的天然联系从现代建筑萌芽时期就从来没有中断过,只是在不同的时期有不同的表现,有时以更加抽象、概括和含蓄的方式出现。在一个世纪之前的西方社会影响深入的工艺美术运动、新艺术运动等针对工业品与建筑设计活动展开的一系列艺术运动,都以主张回复自然形态为主要宗旨。只是在建筑中,这种对自然形态的模仿和表现大多体现在了细部的装饰上。

以早期的有机建筑风格(OrganicArchitecture)为代表,随着现代建筑的迅速发展以及建筑结构和技术的改进,尤其在能源问题出现之后,人们又重新开始研究自然形态与现代建筑形象之间相结合的问题。从沙里宁(EeroSaarinen)设计的具像鸟形候机楼、鲸鱼形冰球场,到夏隆(HansScharoun)用抽象有机线条设计的音乐厅,这些作品都直接表现了来源于自然界的生动形象。而这些建筑的形象,不管是逼真地模仿还是抽象地表现,都能够让人们很容易联想到自然界与之相对应的形象。

就像文艺复兴时期达•芬奇和帕拉第奥等,许多大师级人物发现的新比例关系那样,在当代精密的计算机运算出的各种复杂的比例关系,很多早已经蕴含在自然界当中。人们仿照鱼的比例建成了流线型的抗阻建筑,仿照蜂巢的结构做出了供航天飞机使用的超轻高强度材料。事实上,许多科学技术上的进步都与人们对自然界不断深入地了解有关。

建筑界也有一些建筑师走上了专业的模仿自然生物形象设计建筑的道路上来,由此诞生了一种新的建筑类型——仿生建筑(BionicArchitecture)。美国建筑师尤金•崔(EugeneTsui)就是一位专门设计仿生建筑的建筑师,他用一些简单和普通的建筑材料,靠模仿动物具有的一些优良结构和富于表现力的外形,创造出了各式各样既实用又新奇的建筑形式。

2001年,崔在他的故乡美国加利福尼亚州设计了一组为培养旋水按摩人才的国际性学院。由于教学的需要,建筑与水池紧密相连。这座建筑体的结构和用料都非常简单。首先是用混凝土砌筑不规则弧线形的基座,这些基座在水池的映衬下犹如曲折蜿蜒的堤岸。基座上的建筑采用圆球形式,这是一种经典的省材又得到最大使用空间的几何图形。支撑圆球的是天然的木结构,而球形结构表面则用混凝土与一种特殊的乙稀类材料混合后覆盖而成。用这种材料覆盖后的建筑表面没有做过多的粉饰,而是直接裸露着粗糙的墙面,但围绕这些球体却做了一些连续而突起的曲线,使建筑更具有生命体的特征。

这种建筑不仅省时省料,制作简单,而且非常实用。相比起那些大体积的建筑来说,造价相当低廉,这也是崔设计的仿生建筑的另一大特点。早年,在崔所设计的一座小住宅的加建项目中,他更是大胆地使用了一些天然材料。由于住宅背靠一座小山,因此加建的一层就像是一个地下洞穴,颠覆了传统建筑的形象,用混凝土的基座与钢铁架分隔的高窗围合而成。窗框全都使用木材,并且整个建筑没有基座和屋顶的形象。除了在混凝土基座外嵌入一层当地的石块以外,建筑顶部还特别设置了一个蜻蜓形式的遮阳棚。这个遮阳棚利用钢索悬挑两翼,可以随需要拉起或放下,从远处看去,就像是一只巨大蜻蜒落在上面。

这种仿照动物形态建造的小建筑,大多因其单一的使用性而对建筑面貌的形式要求比较自由,而这些用石材、木材和混凝土、塑料等材料建成建筑较低的维护费用也是吸引人们的因素之一。在追求个性化和独特性的今天,这种建筑开始受到人们的喜爱。随着这种模仿生物体形式的建筑越来越受到人们的欢迎,建筑师开始把它们应用到稍大型的建筑项目中。无论业主还是用户,似乎也都很乐意接受通过独特的建筑形象来彰显企业形象和特色的这种安排,因此仿生建筑得以不断发展壮大。

与环境形态结合的建筑

最初人们大多认为,当仿生形式的建筑位于郊外或自然环境中时,由于不受周围建筑的限制,不仅可以使建筑本身的造型更加自由,还可以显示出一种与城市建筑完全相反,却与自然环境相契合的张扬、蓬勃的生命力来。来自日本的建筑师叶祥荣(ShoeiYoh),是一位注意探求现代建筑自然性的建筑师,他在日本福冈地区茂密的丛林中设计了这样一座活动中心建筑。

这座小型的活动中心建筑中使用了竹子、木材、钢铁构架、混凝土、玻璃等建筑材料,让人们看到了现代材料的传统气息和传统建筑材料的现代气息。整个活动中心是一个不规则倒椎形建筑,像一朵倒扣的花朵,又像是八爪鱼一类的海生物立在平坦的草坪上,在它后面,还有一条向外延伸出的建筑部分,像一条拖后的尾巴,又像一只巨大的触角。

建筑内部的结构实际上非常规整。因为虽然整个建筑的形态极不规则和充满变化,但支撑屋顶和主体建筑的却是规则的网格形结构。而且这个网格形结构都由自然生长的竹子编成,编好后的竹子结构上面用混凝土浇注成薄壳体,并涂以防护材料,整个屋顶系统就全部完成。虽然整个屋顶仅靠薄壳屋顶不足以获得坚固的支撑,但由于将建筑底部围绕的金属支柱系统巧妙地设置在建筑边缘的皱褶处,所以这部分结构被很好地隐藏了起来。在主体建筑内外,人们看到的都只是纤弱竹网外包裹的混凝土薄壳屋顶,十分独特。

仿生建筑具有优美又独特的建筑形象,因此除了用于兴建一些小型建筑之外,人们也一直在探索将其与都市建筑、大型建筑类型相结合的出路。在这方面,日本建筑师伊丰东雄(Toyolto),就是通过现代高科技手段的辅助,来实现对自然界简单生物形象的模仿的。

2004年,伊东丰雄在日本东京表参道地区设计的大楼,是一座位于东京最繁华商业城区的高层建筑。受到基址的限制,建筑平面呈“L”形,将容纳商业、办公、会议等多项功能于一身。并且,作为永久性建筑项目,该建筑还要达到足够的坚固性。

由于大楼本身是一座商业建筑,因此要想在繁荣的商业建筑聚集区引人瞩目,以最大限度地达到招揽顾客的目的,就要赋予建筑独特的建筑面貌。同许多繁荣的国际大都市的商业区一样,表参道地区云集了大量的商业建筑,而且各个店家都极尽所能地求新、求异,以便在琳琅满目的商业背景下突出自己。因此本地区传统多样化的结果是没有了传统。

为此伊东丰雄回到本街区的自然周边环境氛围中,将道路两边郁郁葱葱的桦树作为新建筑的外观形象。这个建筑的形象来源其实很简单,设计师将茂密的桦树林复写在一张矩形的纸条上,再将这个纸条折叠成“L”形的纸筒,整个建筑也就呈现在人们眼前了。但在实际建设中,要想既保持树的形象,又保证建筑受力结构的合理性,却不是那么容易的事情。因此在整个建筑的设计过程中,全程引用计算机模拟建筑各部分结构的受力情况,再通过对细部结构进行不断调整,才得到了最终的建筑形象。

建筑真正的结构部分反而相对简单,通过计算机指示的科学结构构造,建筑表面纵横的“树枝”采用钢筋混凝土结构建造。在铺满建筑表面的枝杈中,既有真正的承重结构,也有为增加表现力而增加的装饰部分,但这两部分完全融汇在了一起。底部粗壮的树干部分为高敞的商业层提供足够的支撑力,而上部较细的枝杈则是规整的办公空间。树杈间的空隙大部分都采用玻璃幕墙形式,但也有一小部分采用了铝板。

无论黑夜还是白天,这座充满自然气息的建筑都比旁边高科技含量十足的玻璃盒子式建筑显得更加玲珑通透,而特殊的造型所带来的人们的极大关注,也满足了商业建筑的要求。在这里,现代主义整齐的框架结构成为一种老套的传统,建筑师真正用自然形态所具有的特殊力学结构与现代建筑材料相结合,产生出了具有生命动态的建筑。

高科技的仿生建筑

如同现代主义早期小沙里宁所做的那样,将现代建筑中应用最普通的材料,与高科技(HighTech)建造技术以及独特的仿生建筑形象相结合,创造适用更广泛的动人建筑形象,成为当代建筑积极探索的方向。而像卡拉塔瓦(SantiagoCalatrava)、格雷姆肖(NicholasGrimshaw)这样身兼结构工程师与建筑师双重身份的人,则为赋予钢铁建筑新形象做出了杰出贡献。

英国的建筑师尼古拉斯•格雷姆肖,是一位擅长运用钢铁结构和玻璃、铝等材料创造惊人建筑形象的建筑师。他虽然常被人们归为高技派建筑师一类,但在他的设计中不仅体现出对高科技结构的关注,还体现出对建筑本身在情感表达方面的高度关注。

1998年,格雷姆肖在德国柏林设计的一个工商协会建筑中,使用了15组半椭圆形弧线的钢架拱结构并列组合,作为内部办公空间的主要承重框架。这种新的外墙结构支撑着内部的办公楼层,不仅使内部空间的分隔更加自由,也让这座建筑呈现出如同穿山甲类动物一样的形象。极具生命体态的巨大办公楼,在方方正正的现代高层建筑群中显得极为特殊。虽然新办公楼的使用功能和内部空间设置与一般的现代办公建筑并无本质差异,但它不仅为现代都市增添了新奇的景观,也为人们营造了一个趣味十足的工作空间。

当然,作为高技派的代表性建筑师,格雷姆肖对仿生概念的研究并未停留在外部形象的模仿方面。在他受英国铁路部门委托设计的滑铁卢火车站(Waterloolnternational)中,就体现出了对“仿生”这一概念的更深入诠释。在这座大型综合性车站项目中,无论在大的结构部分还是细小的玻璃板上,建筑师都使用了来源于自然界的处理方法。车站是一个包裹住铁路的钢铁拱棚,这个拱棚的宽度采用逐渐变小的锥筒形式。

长长的拱棚以不锈钢框架为主,而结构框架上所覆盖的玻璃屋顶不是按照传统的做法相互衔接成无痕的镜面形式,而是像屋顶上铺设的瓦块一样重叠连接。而且每块玻璃板只有一边悬固在支架上,其余三边则与可滑动的轴或可折叠的垫圈相连接。采用这种复杂结构的屋顶造价要远高于普通的屋顶形式,但这种仿照穿山甲类动物鳞片镶嵌的玻璃屋顶,由于顶部每块玻璃都可以根据火车进站时所引起的车站内部气流的变化自动开合,因而就像具有自动呼吸能力一样,可以随着站内气流的变化自动进行调整,从而大大减弱了瞬间增大或减少的气流变化对结构体的冲击力,如果从长远的经济利益和安全性上来考量,投入产出比还是令人欣慰的。

追求生物形态语言的建筑

像格雷姆肖这样深入探索现代建筑材料与自然结构相结合的建筑师,已经变得越来越多,来自西班牙的建筑师圣地亚哥•卡拉塔瓦也是一位这方面的专家。卡拉塔瓦不仅致力于研究和表现动植物体的结构与形象特点,还将眼光放得更远,研究起动、植物本身运动状态下的内部结构变化在建筑中的应用来。

位于葡萄牙里斯本的车站(OrientStation)1998年建成,可说是卡拉塔瓦仿生建筑设计体系的开端。新车站由站台部分与底部的换乘、服务站两部分组成。

站台覆盖八条车道的是一种树形结构的巨大支柱。这些支柱在底部是截面为方形的钢柱,向上逐渐像树一样分成若干条主干,而这些主干再向上则分解出更多的支干。主干与支干相互配合,向四个方向分别支撑起一个菱形平面的玻璃屋顶,至此,一株由钢架与玻璃屋顶组成的“钢之树”便形成了。而整个车站就是由很多株“钢之树”沿着平面坐标轴不断重复形成的。屋顶起伏不定的形象与底部行列整齐的钢柱相互对应,使车站就像是一片树林。

在站台一边的换乘、服务站,是一条被托起在空中的长向走廊。这条走廊也是旅客们的换乘通道。在走廊内部,设有售票口和商店等各种服务性空间,在走廊两边,对称设有像机翼一样轻薄、透明的候车站顶棚,使这个换乘、服务站就像是一只偶尔停留在站台边的蜻蜓。

在卡拉塔瓦设计的这座车站中,巨大的钢铁构架和玻璃是主要材料,但两个建筑部分却都给人轻盈、自然之感。整个车站不仅富有生命的动态,还具有生命体那种强烈的生长态势和勃勃生机,让人们看到了传统材料的新形象。

卡拉塔瓦对于钢铁与生物形态的追求是无止境的,它总是能将来自于自然界的活灵活现的形象与钢铁相结合,并创造出优雅、灵动的建筑形象。而且卡拉塔瓦还将建筑的生态性质又向前提升了一个层次,新建筑不仅拥有生物体的造型,还拥有生物体最主要的一项特征——运动及运动感。

这座最具生命体运动特征的建筑,是位于美国威斯康星州密尔沃基市的艺术博物馆(MilwaukeeArtMuseum)。博物馆的主体采用规则的长钢架系统,使它外部的造型就像是一艘停泊的航船,而最富于魅力的部分则集中在尽端屋顶的部分。

这个屋顶由飞鸟状的锥形屋顶、可闭合的巨大扇叶与一座斜拉人行天桥组成。斜拉钢索桥以与地面呈47度角度斜向而立.50米高的斜拉杆与来自73米跨度桥面所产生的反向力相互平衡,并由此成为桥体的主要支撑力。这种利用反向力学平衡的原理,作为建筑承重结构的做法,也是卡拉塔瓦在以前桥梁工程中使用过的成熟方法,虽然也具有很高的技术含量,且需要精确的力学分析,但在此并不是整个建筑中最复杂的结构。

真正具有造型创新性和技术创新性的设计,是人行天桥尽端锥形屋顶上可动的遮阳屋面。抛物线型的屋面由底部螺旋形排列的钢管悬臂式结构支撑,这些钢管从最前部的32米向内长度逐渐递减,而到达最后时,钢管长度只剩下原来的1/4。可活动的两扇屋面各由36根这样逐渐递减的钢管组成,其排列角度则与屋面的弧度相吻合。这样,在两边的屋顶被拉开时,后部就呈现出起翘的效果,使整个展览馆就犹如一只滑翔的飞鸟。

虽然整个可活动的屋顶是重达115吨的庞然大物,但却对湖边的风速非常敏感。屋顶上由电脑控制的风速测量装置可以感应外部的天气变化,而一旦达到事先设定的标准,巨大的屋顶就会缓缓闭合。此时,整个建筑也散发出生命气息,仿佛一只湖边休憩的巨鸟,在小心翼翼地收拢它的翅膀。

卡拉塔瓦的这项可动屋顶的设计,可以说达到了外观仿生建筑形象的极限。建筑无论是从外观造型,还是可动特征上来看,都与传统建筑的特征相距甚远。更为重要的是,在密尔沃基艺术博物馆建筑中,可动屋顶不仅是作为建筑塑造仿生建筑形象的重要装饰部分,同时还具有为内部展览室遮阳的实际功能。而仿生建筑从早期单纯在外观形象上的模仿,到密尔沃基博物馆这样在形象和深入的功能方面的双重模仿,所表现出来的不仅仅是建筑外形上的变化。

像密尔沃基艺术博物馆这种在大型建筑中设置可动幅度较大的建筑结构的做法,不仅需要相关动力设备和可动结构自身的配合,在建筑材料、结构造型等方面也需要各种高水平科学技术的辅助。由可动结构部件运动所引起的建筑各部分承重力的变化,对底部固定建筑部分的承重结构设计有很高的要求。而且,像密尔沃基艺术博物馆这样,通过计算机系统控制可动结构部件的运动,使庞大的钢铁结构部件对自然界的风向变化,具有像生物体一样的敏感性,更是需要有一套缜密的控制系统与复杂的结构部分相配合。

节省能源的建筑

人类的智慧从第一次工业革命开始显现出强大的力量,但对自然界和我们生活的地球,却表现为越来越大规模和不可控制的破坏。代表人类现代化发展水平的大都市和高楼大厦,却同样成为给自然界带来最大负担的污染源。一座现代化的建筑,其外部通透、光亮的外观;内部明亮、舒适的空间的另一面,则是为了遮阳、照明、制冷、取暖、通风、交通而付出的大量能源代价。

在此基础上,人们才开始重新注重生态建筑的发展,由此也带动了诸如建筑与自然的融合、仿生等新建筑形式的发展。而无论是深入地模仿生物体的结构,还是生命体态,虽然在很大程度上加强了建筑与自然界的联系,也带给人们更多的生活乐趣,但从实质上说,这些建筑在耗能方面与一般的现代建筑仍无不同。通过覆土、遮阳等各种手法处理过的建筑,虽然与普通的现代建筑相比,可能在一定程度上具有低能耗和创造更加舒适使用空间等优势,但并未将对自然环境的破坏和自然资源的耗费降到最低。

因此,当人类的科研水平和技术条件具备一定的实力之后,开始深入到建筑本身如何降低自然能源耗损的议题上来。实际上,人类对于自然能源和洁净能源利用的研究也是久已有之的,同时在建筑上利用自然能源的做法,也已经进入全面试验阶段,并取得了一定的成就。

除了上面提到的,经过高科技工艺处理诸如木材等自然材料,以使其能够应用于现代建筑之外,人们也开始寻求将一些自然的原理应用到新建筑,尤其是大型建筑当中,并以此来达到降低能耗等环保的目的。这种做法引用的比较成功的是技术派大师福斯特(NormanFoster),而随着能源危机与人类环保意识的不断增强,此类做法正成为建筑师和科学家研究的重点。

英国建筑大师诺曼•福斯特很早就开始关注,通过设计降低建筑人工能源耗损方面的方法和技术,并通过与相关研究成果的紧密配合,逐步探索出通过综合运用设计与高新技术和材料相配合,以降低建筑能耗的一套方法。

早在1997年,福斯特设计建成的德国法兰克福(Frankfurt)德意志商业银行总部办公大楼(NewHeadquartersforCommerzbank)建筑中,就在这座高层塔楼中部预留了通层中庭,且在楼体中形成办公层与花园相间而设的形式。这样,通层中庭利用自然原理成为拨风筒,通过外立面进入的自然空气,在双层玻璃幕墙间自然被温热或冷却,办公空间可根据面向中庭开窗的大小决定室内空气流动的强弱。同时,在建筑内部与办公空间相间而设的花园,不仅为办公人员提供了短暂休息的场所,也提供了清新的空气和良好的办公环境。因此在法兰克福德意志商业银行建筑中,不仅建筑在空气调节方面的耗能大大降低,还获得了优质的办公空间,在当时是一座极具先锋性质的生态建筑代表。

此后,随着相关科学技术的发展,福斯特的生态建筑设计又不断创新。比如在1999年竣工的德国新国会大厦(NewGermanParliament)改造项目中,福斯特事务所除了在老建筑层内部使用钢框架等现代结构提供了新的结构层之外,也做了系统的节能生态设置。

这座建筑最大的亮点就是中央穹顶的设置。老建筑原有的穹顶在战争中被毁,而福斯特为新建筑新设计的玻璃穹顶,正位于原建筑主立面的中心门廊后部,也成为整个建筑的最高点。穹顶的建成不仅在屋顶提供了餐厅、露台等公共休息场所,也同时成为底部新议会会场室内的自然采光点。

玻璃穹顶共有两层,内层是底部会议厅上方的覆盆状玻璃顶,这层玻璃顶是密封的,只在顶部单层的夹建层结束。这层玻璃顶既围合会议室的顶部,又在上层提供了一个360度的观景墙面。外层的大穹顶罩在内层盆形玻璃顶之上,并高高竖起。这个穹顶采用钢肋为主的构架形成完整的穹顶框架与硬质玻璃完成,由于结构提供的可能性,内部紧贴穹顶内壁建有螺旋而上的坡道,人们可以顺着坡道直达顶部俯瞰柏林市区。

整个加建工程最精彩的部分也位于这个穹顶里,那就是穹顶中心竖立的超大尺度倒立着的玻璃椎体。这个巨大的椎体外部由光电池与镜面玻璃覆盖,其底部的锥尖一直穿透底部的盆形玻璃顶,将细尖的末端深入底部会议大厅当中。

在自然光的引入方面,除了四周宽大的开窗引入平射光以外,还有来自穹顶的自然光源。自然光线从各个方面照射进大穹顶,并经过长长的中心光锥反射后将直射光转化为漫射光投入底部的会议厅,在提供充足光线的同时,避免了过强的光照和眩目光的产生。此外,为了控制来自正面过于强烈的光照,在穹顶内壁还设置了巨大的百叶以屏蔽多余的光照。

在内部气候调节方面,在老建筑与新结构的夹层中设置了自然风道。最大的会议厅则利用空气压力通风系统将引入的自然空气从座椅底部送入大厅之中。而顶部的巨大光椎是中空的,它在顶部形成自然的拔风筒,自然将废气吸出。这种利用自然原理保证空气流通的做法,大大节省了能源的消耗。此外,隐藏于地下的两个蓄水池也是两个能源储存库,在不同的季节为室内提供制冷和供暖。

在能源利用方面,福斯特使用了早在德国杜伊斯堡(Duisburg)微电子中心(MicroelectronicCentre)建筑中设想但未能实现的,利用菜籽油作为主要燃料的做法。这种取自天然的燃料不仅成本低廉,其燃烧后所产生的二氧化碳气也远低于普通燃料。穹顶中巨大的采光锥所使用镜面玻璃也同时是太阳能转化器,而这部分所产生的能源维持内部空气调节设备运转并大大节省额外能源支出。更重要的是大楼底下打了两深两浅共四口井,并建设了大楼自己的小型发电站利用地热发电,不但供自身使用,还有富余向外输电。

由于柏林议会大厦在利用自然资源方面的种种巧妙设置,使它成为世界上第一座新型的生态型政府办公建筑。福斯特不仅在建筑形体上最大限度地尊重了历史,也在内部设置上最大限度地尊重了自然。建筑师在建筑中所体现出的对于历史、自然和人类智慧的尊重,也是当代建筑所应该追求的新目标。

提供自然光热的建筑

继福斯特之后,这种将自然光、热综合用于一座建筑中,以最大限度地降低建筑对人工能源的耗损的做法,也越来越普遍。比如2002年,荷兰建筑师麦耶•斯高特(MeyerEnVanSchooten)为荷兰国际集团(IngGroupHeadquarters)设计的办公大楼,就是一座借助于自然原理有效降低能耗的建筑。在这所建筑中所使用的一些做法,也是国际上通行的手法,比较具有代表性。

坐落在荷兰阿姆斯特丹(Amsterdam)城市边缘的办公大楼正位于繁荣的商业区与大片的绿化带之间,并由于毗临一片水面和一条环城公路,因此整个建筑基址呈狭长的带状。建筑体也顺应地势呈带状,但底部却由9-12.5m高的脚柱支起,这样做的目的拉大了内部办公空间与高速路之间的距离,有效降低了噪音,同时通过抬升高度,避免处于高处人行道和车道上的行人将玻璃幕墙围合的内部办公室一览无余,保证了私密性。

建筑外部使用了双层玻璃幕墙形式,既隔离噪音又有利于室内的保温,而对于建筑内部环境的调节问题,在建筑外部就已经有了充分的准备。首先,建筑的屋顶上铺设太阳能收集板,将光照转化为电能,作为长效能量源支撑部分设备的运转;其次,除天花板上安装有机械通风系统以外,建筑底部的一个蓄水池还与制冷与制热系统相连接,最大限度地利用水体自然温度调节室内气候;最后,为了解决光照问题,整个建筑走向进行了调节以外,还在主要接受阳光的端头增加了遮阳板。

建筑中天井、中庭、室外走廊和微缩花园的插入,不仅增加了建筑体本身的空间变化,也使得室内空气、光线的分布更加均匀,也大大美化了人们的办公环境。

在完善的现代科学技术与材料的基础上,人类种种的生态建筑设想纷纷得以实现,也因此使人们有勇气尝试更大胆的现代生态建筑设计。2004年在英国萨里(Surrey)建成的麦卡伦技术研究中心(McLarenTechnologyCenter),是福斯特在技术探讨生态领域的又一次全新尝试,也是一座极具有创新意义的建筑。在这座建筑中,建筑师通过对生命循环原理的模仿,来转化工业生产所带来的种种问题。而这种尝试也是建立在资源合理化利用与可回收循环能量理论基础上的。

这座建筑为麦卡伦公司的主要研究机构提供办公空间,同时为旗下的法拉利一级方程式赛车队提供强大的技术保证。因此研究中心不仅包括不同研究与测试设备的各种实验室,还提供一个世界上最先进的风洞测试研究室。但风洞系统本身不仅相关设备与空间占地庞大,最重要的是为了平衡风洞试验所产生的巨大热能,还要为之配备一个基本水容量为50000m3的冷却水池。

为了将建筑所侵占的地面面积减至最小,同时不破坏建筑所在郊外用地的自然地貌,主体建筑大部分被移入地下,由于建筑空间挪移地下而空出的大片土地则仍旧种植了树木进行绿化,将研究中心掩映在森林深处。而为了满足风洞设备所需要的巨量用水,福斯特大胆地在研究中心所在基址上开掘了人工湖。

真正的建筑部分与人工湖毗临而建,并围合成圆形。由于建筑本身独特的平面,从空中看去,建筑与人工湖正如中国的太极图一样,一虚一实、一静一动。建筑地下部分配合特殊的要求使用钢筋混凝土结构,而地表部分则采用钢构架,半月形的建筑外部采用特殊的铝制“风刃”玻璃,为内部提供通透、明亮的自然光照。

然而这些都不是研究中心最大的特点,其最大的特点在建筑底部,有专门的水泵将经过自然过滤的湖水吸入热交换器,并通过冷动缓冲器为风洞提供降温保障。加热的湖水在流出时又经过特殊的热能转换器,将其吸收的热量用于发电。而在完成一系列的能量转化之后,湖水流入湖中自然冷却,继续为下轮的循环做准备。

正常情况下,要维持麦卡伦研究中心这样大规模的风洞设施要有7台大型冷却设备。由于这套先进的能量转换设备和整个人工湖的保障,冷却设备被减至2台,热水所产生的电量不仅可以维持研究中心的使用,还将多余的电量输出至附近的小镇上。

在这座高技术的研究中心,建筑与人工湖所组成的特殊建筑形式是对其特殊功能性的反映。无论从半湖半建筑的外部环境,还是如生命体般自供能源的特性来说,都是对传统建筑形式的突破。但是也应看到,整个建筑及生态性能的实现,是以巨额的资金、技术与人力的投入为条件的,属于生态建筑的特例。相信随着科学技术的不断进步,此类自供给能源并低耗费的形式必将成为建筑的主流。生命体态建筑基于这种从建筑体到使用功能上对自然界和生命体态(Self-serviceSystem)特征的学习,建筑师们开始深入思索建筑提供的空间本身所应该具有的活力。麦卡伦技术中心“自产自销”式的能量转换体系,为生态建筑描绘了全新的发展蓝图,既然建筑在使用过程中也像生命体一样具有“新陈代谢”的特征,那么利用各部分不同能量间的相互转化作为维持建筑的新能量,就成为了可能。

对这一新奇设想积极进行实践,并取得成就的,是来自荷兰的一个年轻设计小组——MVRDV建筑事务所。在2000年德国汉诺威举行的世界展览会上,这个先锋小组设计的,带有生命体态特征的荷兰展览馆(PavilionoftheNetherlands),不仅重新引发了建筑界对于生态建筑诸多问题的争论,也似乎为生态建筑未来的发展指明了方向。荷兰展览馆平面为方形,连同开敞的顶层共有六层,但几乎每层的高度都不相同。不仅如此,建筑每层的形象和功能也都不相同,组合在一起就像是超级巨大的汉堡包。建筑的地下层是沼气池,负责将建筑中来自卫生间、厨房和其他部分的有机废物转化为能量,因而底层较高,建筑师将支撑整个建筑的粗壮混凝土墩柱都藏在了中央,而在外部则用不规则的“V”字形托柱相连接。这些外围托柱和中心部分的墩柱的表面都被进行了特殊的处理,呈现出一种海洋生物的形象,这种表现手法同西班牙建筑大师高迪的做法极为相像,赋予建筑生命体般的形象。

除了底层以外,建筑的第四层也是建筑中最高的一层。这里也由“V”字形的粗柱支撑,其中遍植花草树木,是名符其实的空中花园,同时这里也是整个展览馆的空气调节层。在这个空中花园下面的两层,是比较低矮的使用层,人们可以享受这个人造自然生态系统带来的种种生活便利。

除了底层利用人造生态系统改造居住环境以外,建筑的顶层平台上还设置了风力发电装置。利用天然的风力带动风车提供动力,是荷兰最具特色的传统之一。风车更是成为荷兰的象征。如今,那些纤细的支柱与薄薄的扇叶都因金属而脱离了沉重的形象,并以其强劲的动力为整个建筑提供所需要的能源,古老的传统在建筑师手里传承,但形象却焕然一新。

MVRDV为人们提供了一种未来可能性的建筑形象,整座建筑不仅拥有不同功能的建筑空间,同时还有一个包括地下能量转换层和顶部能量层、中部自然空气调节层在内的人造微形自然生态系统,它不仅为人们的生活提供良好的环境,也消耗着人们产生的有机废物。在整座建筑中,必不可少的能源大都是来自天然的,这是最古老,也是当今最理想的能源供给方法。

虽然MVRDV设计小组所设计的荷兰展览馆,还只是一种试验性的建筑模型,其各部分能量的提供与转化只能满足于很小规模的实际功能需要,并且在整套建筑模式中还存在一定的技术与理念缺陷。但是,这座极具生命体态特征的展览馆,却实实在在地为人们展现了一种未来生态建筑的结构模式和发展方向。在当代,绿色建材和技术节能是生态建筑发展的两大潮流,而将外观模仿、结构模拟和生态运转模仿集中于一身的生态建筑理想,相信也将在不久的将来得以实现。

生态建筑的探索和阶段性成果的普及工作,已经在西方世界得到普遍认可和越来越广泛地应用,同时也以其所营造的最舒适的环境而受到使用者青睐。因此可以说,对于生态建筑的试验、应用与普及,已经形成良性循环并得到了很大的发展。

作者:王其钧