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——裝配式建筑“正向創(chuàng)作”思考 來源:中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司 作者: 李峰 院副總建筑師 佘龍 建筑工業(yè)化設(shè)計(jì)研究中心執(zhí)行總建筑師 李浩 建筑工業(yè)化設(shè)計(jì)研究中心主任建筑師
“除了預(yù)制結(jié)構(gòu)所帶來的技術(shù)成就和經(jīng)濟(jì)效果之外,我認(rèn)為最大的好處還是在于有預(yù)制結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的豐富的藝術(shù)造型。預(yù)制結(jié)構(gòu)是一個(gè)極為有用的工具,聰敏的設(shè)計(jì)師可以用它來取得富有變化的、統(tǒng)一和諧的效果,設(shè)計(jì)師必須懂得這些方法和其中的局限性,就如同一個(gè)音樂家必須知道各種樂器的能力和局限性一樣,這樣,他才能把靈感變成現(xiàn)實(shí)?!?/p>
——奈爾維
《建筑的藝術(shù)與技術(shù)》1965
01
思考
建筑歷史上的形態(tài)演化,是對(duì)于材料和技藝革新的反應(yīng):建筑材料、建筑技藝與建造形態(tài)相互作用,互為因果,形成建構(gòu)的邏輯線索,體現(xiàn)工具理性的價(jià)值觀。新型裝配式建筑作為一種新的建筑技藝,也必將影響著建筑外在形式的表達(dá),形成具有工業(yè)化建造特色的建筑形態(tài)。
建筑材料、建筑技藝與建造形態(tài)相互作用,互為因果。
目前國(guó)內(nèi)常見的裝配式建筑多通過以下兩種形式邏輯呈現(xiàn),一是通過極致的標(biāo)準(zhǔn)化的方式一味追求建造的高效率,從而表現(xiàn)為簡(jiǎn)單的方盒子造型,對(duì)建筑藝術(shù)性的關(guān)照有所缺失;二是忽略了裝配式建筑特有的建造邏輯,在現(xiàn)澆體系的慣性思維下開展設(shè)計(jì),而后進(jìn)行簡(jiǎn)單粗暴的“構(gòu)件拆分”。以上兩者都在設(shè)計(jì)上對(duì)裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的理解存在著一定的誤區(qū),沒有完全表現(xiàn)出符合裝配式建筑技藝的形態(tài)特征。
目前國(guó)內(nèi)常見裝配式建筑形態(tài)——千篇一律的方盒子造型。
02
不同視野下裝配式建筑的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)
對(duì)于裝配式建筑的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),以滿足社會(huì)化生產(chǎn)的視野來看,是指形成能夠廣泛應(yīng)用于不同建筑的、通用的建筑構(gòu)件,從而實(shí)現(xiàn)以工業(yè)化的方式“生產(chǎn)”建筑。在這種情況下,可以促進(jìn)部品部件的工廠化生產(chǎn)、裝配化施工,大幅降低成本,提高生產(chǎn)、安裝和施工效率,方便維護(hù)管理。
從標(biāo)準(zhǔn)化程度的視角看,建筑由現(xiàn)澆體系向預(yù)制體系的轉(zhuǎn)變,是從建筑的“定制化”向“通用的標(biāo)準(zhǔn)化”轉(zhuǎn)變的過程。在這個(gè)轉(zhuǎn)變的過程中,生產(chǎn)、安裝和施工效率會(huì)逐步提升,相應(yīng)的建筑的個(gè)性化程度則會(huì)逐步降低。也就是說,效率的提升會(huì)在一定程度上制約建筑審美的表達(dá)。建筑要在“千篇一律”中取得“千變?nèi)f化”,就需要設(shè)計(jì)師從不同的視野重新審視裝配式建筑的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。
當(dāng)我們把視野從社會(huì)化生產(chǎn)聚焦到單棟建筑中,在一棟建筑內(nèi)使用同一種預(yù)制構(gòu)件,隨著構(gòu)件重復(fù)率的不斷提升,模具邊際成本會(huì)降至足夠低的程度。這時(shí)無論是制造成本還是生產(chǎn)效率上,都滿足建筑工業(yè)化發(fā)展的需求。因此,同樣可以認(rèn)為其實(shí)現(xiàn)了裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。相較于社會(huì)化生產(chǎn)視野下的標(biāo)準(zhǔn)化,這種情況更多的表現(xiàn)出“定制的標(biāo)準(zhǔn)化”特色。“定制的標(biāo)準(zhǔn)化”,可以在“定制化”與“通用的標(biāo)準(zhǔn)化”之間取得平衡,是目前階段兼顧標(biāo)準(zhǔn)化與個(gè)性化的有效解決方案。“定制的標(biāo)準(zhǔn)化”使得建筑師在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí),所受到的裝配式建筑的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的桎梏降到最低,進(jìn)而充分發(fā)揮預(yù)制構(gòu)件自身的特性進(jìn)行創(chuàng)作,在標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的前提下實(shí)現(xiàn)建筑的多樣化設(shè)計(jì),創(chuàng)作出具有美學(xué)意義的裝配式建筑。
03
裝配式建筑的審美思考
回到最開始思考的問題,裝配式建筑要通過怎樣的形式來呈現(xiàn)其特有的美學(xué)特征?
要尋找答案,我們不妨回歸到建筑真正的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),運(yùn)用經(jīng)典的建筑美學(xué)理論來回應(yīng)這個(gè)問題。建筑美學(xué)最早由英國(guó)美學(xué)家羅杰·思克魯頓提出,他運(yùn)用美學(xué)理論,從審美的角度論述了建筑具有實(shí)用性、地區(qū)性、技術(shù)性、總效性、公共性等基本特征。與現(xiàn)澆體系對(duì)比,裝配式建筑的特色在于其工廠化生產(chǎn)、裝配化施工的方式,在技術(shù)性的層面上存在著明顯的區(qū)別。這一特點(diǎn)使其區(qū)別于其他形式的建筑,呈現(xiàn)出獨(dú)特的建筑美學(xué),即裝配式建筑美學(xué):首先,裝配式建筑的審美視角應(yīng)該是在建筑美學(xué)構(gòu)成要素范圍之內(nèi),根據(jù)其建造的技術(shù)特征進(jìn)行的演繹和轉(zhuǎn)化;其次,裝配式建筑作為一種技術(shù)體系,其技術(shù)特征的外顯是建構(gòu)邏輯的合理表達(dá),也是體現(xiàn)裝配式建筑的審美價(jià)值。因此,裝配式建筑不應(yīng)該是千篇一律的,應(yīng)取得標(biāo)準(zhǔn)化建造與個(gè)性化審美需求之間的一個(gè)平衡。
04
基于裝配式建造技術(shù)正向設(shè)計(jì)
裝配式建筑是對(duì)建筑建構(gòu)模式的一次革新,建筑必然會(huì)受其影響進(jìn)而形成與之相適應(yīng)的新的建筑形式。這就需要建筑師采用與其建構(gòu)法則相契合的方法開展設(shè)計(jì)。
裝配式建筑,其核心為“裝配”,即通過裝配式構(gòu)件組合而成的建筑。設(shè)計(jì)具有裝配式特色的建筑,需要在設(shè)計(jì)初期充分考慮材質(zhì)及建構(gòu)法則的特點(diǎn),從裝配的最小單位“構(gòu)件”出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì),可以將之稱為“裝配式建筑的正向設(shè)計(jì)”(后文簡(jiǎn)稱正向設(shè)計(jì))。
目前國(guó)內(nèi)常見的裝配式建筑設(shè)計(jì)方式還是按照現(xiàn)澆模式進(jìn)行設(shè)計(jì),在設(shè)計(jì)后期再將建筑拆分為裝配式構(gòu)件。這種設(shè)計(jì)方法,本質(zhì)上與裝配式建筑的建造模式相左,可以將之稱為“裝配式建筑的逆向設(shè)計(jì)” (后文簡(jiǎn)稱逆向設(shè)計(jì))。
正向設(shè)計(jì)從設(shè)計(jì)方法上看,是在設(shè)計(jì)階段對(duì)裝配建造的過程進(jìn)行模擬、預(yù)演,充分尊重裝配式建筑的建構(gòu)邏輯,并以其為設(shè)計(jì)的重要出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行建筑創(chuàng)作。這種方式才是真正適用于裝配式建筑的設(shè)計(jì)方法。以下結(jié)合筆者近年來的設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)歷,從裝配式建筑的外圍護(hù)系統(tǒng)的角度闡述——基于裝配式建造技術(shù)的正向設(shè)計(jì)。
4.1 模具思維——單體構(gòu)件的設(shè)計(jì)
在某種意義上講,對(duì)預(yù)制混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)首先表現(xiàn)為模具設(shè)計(jì)。當(dāng)以模具思維來進(jìn)行混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)時(shí),可以充分發(fā)揮模具的優(yōu)勢(shì),提高構(gòu)件對(duì)建筑的表現(xiàn)力,從而形成具有高度裝配化特征的建筑立面。
模具思維是裝配式構(gòu)件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),也是正向設(shè)計(jì)最基本的出發(fā)點(diǎn)。模具思維要求建筑師充分理解用于生產(chǎn)裝配式構(gòu)件的模具以下三方面的特性。
4.1.1 模具的可塑性
由于混凝土在凝固前具有良好的流動(dòng)性,所以混凝土構(gòu)件能夠完整的反映出模具的特點(diǎn),我們可以稱之為模具的可塑性。利用模具的可塑性,預(yù)制混凝土構(gòu)件具備十分優(yōu)越的造型能力。
? 復(fù)雜造型與精細(xì)尺度的預(yù)制構(gòu)件
得益于混凝土材料良好的造型能力,可以利用模具,形成造型復(fù)雜的預(yù)制構(gòu)件,實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)制構(gòu)件精細(xì)尺度的控制。
復(fù)雜造型的預(yù)制構(gòu)件:西南院作品——成都城投遠(yuǎn)大生產(chǎn)基地辦公樓,利用模具制造的三維異形外掛板構(gòu)件。
精細(xì)尺度的預(yù)制構(gòu)件:西南院作品——天科廣場(chǎng),通過模具對(duì)裝配式構(gòu)件的細(xì)部進(jìn)行設(shè)計(jì)。
? 特殊肌理的預(yù)制構(gòu)件
當(dāng)模具對(duì)構(gòu)件尺度控制的精細(xì)程度提升到極致的時(shí)候,就表現(xiàn)為通過模具生成構(gòu)件肌理。在預(yù)制混凝土生產(chǎn)中使用硅膠模等工藝,就可以在構(gòu)件上形成特殊的肌理效果,成為裝配式建筑表皮設(shè)計(jì)的有力手段。
特殊肌理的預(yù)制構(gòu)件:國(guó)外優(yōu)秀裝配式建筑作品——由Speech設(shè)計(jì)的建筑圖紙博物館,利用硅膠模具形成外立面裝配式構(gòu)件精細(xì)的圖案肌理。
? 曲面造型的預(yù)制構(gòu)件
在現(xiàn)場(chǎng)施工中,曲面往往是實(shí)施過程中的難點(diǎn),尤其是在現(xiàn)澆混凝土部分,憑借現(xiàn)場(chǎng)作業(yè),很難完成尺寸精確、外表平滑的曲面。而在預(yù)制混凝土構(gòu)件中,由于工廠生產(chǎn)的模具對(duì)尺寸控制方面的優(yōu)勢(shì),可以輕松的形成曲面造型的預(yù)制混凝土構(gòu)件。
曲面造型的預(yù)制構(gòu)件:西南院作品——成都城投城建科技有限公司辦公樓,利用模具制造的曲面外掛板構(gòu)件。
? 超大尺度的預(yù)制構(gòu)件
由于混凝土自身的力學(xué)性能,單個(gè)預(yù)制混凝土構(gòu)件的尺寸遠(yuǎn)大于常規(guī)的單塊幕墻尺寸。在構(gòu)成立面時(shí),采用超大尺度的預(yù)制構(gòu)件所需要的板塊數(shù)量遠(yuǎn)小于幕墻,因此立面分隔縫相應(yīng)更少,立面平整度更高,從而有助于形成更簡(jiǎn)潔的立面分隔方式,獲得更好的建筑表現(xiàn)力。
超大尺度的預(yù)制構(gòu)件:國(guó)外優(yōu)秀裝配式建筑作品——由Rudy Ricciotti設(shè)計(jì)的吉博恩茵(鮑茵)體育場(chǎng),采用2.4m寬,9m長(zhǎng)的預(yù)制UHPC板塊組合形成建筑的外表皮。
4.1.2 模具的可復(fù)制性
借助同一組模具,可以對(duì)同種構(gòu)件進(jìn)行大量重復(fù)性的生產(chǎn),我們可以稱之為模具的可復(fù)制性。當(dāng)重復(fù)構(gòu)件的數(shù)量增大時(shí),其單個(gè)構(gòu)件的平均模具制造成本會(huì)隨之降低,從而降低單個(gè)構(gòu)件的成本。
模具的可復(fù)制性:西南院作品——成都建工工業(yè)化預(yù)制生產(chǎn)基地辦公樓,通過模具批量化生產(chǎn)的裝配式花槽構(gòu)件。
4.1.3 模具的穩(wěn)定性
在利用模具對(duì)構(gòu)件進(jìn)行重復(fù)性的生產(chǎn)時(shí),由于模具始終可以保持尺寸的穩(wěn)定,因而生產(chǎn)出的構(gòu)件也保持著極佳的外觀尺寸的統(tǒng)一性,我們可以稱之為模具的穩(wěn)定性。
以上三方面特性集中表現(xiàn)出裝配式建筑區(qū)別于現(xiàn)澆體系建筑的最主要的特征,靈活運(yùn)用以上特性,是正向設(shè)計(jì)不可或缺的重要前提。
4.2 構(gòu)件的重復(fù)衍生——群體構(gòu)件的設(shè)計(jì)
在工廠化生產(chǎn)的過程中,由于生產(chǎn)效率方面的考量,預(yù)制構(gòu)件常常以方形平板或方塊的形式出現(xiàn)。在使用以上預(yù)制構(gòu)件組成建筑時(shí),如果以機(jī)械壘放的固有思維進(jìn)行設(shè)計(jì),很容易將建筑局限在千篇一律的方塊體量中。
如果我們跳出思維定式,把裝配式建筑塑形的過程看作一次搭建積木的游戲,就可以輕松地打破裝配式建筑方盒子一般的呆板形象,形成生動(dòng)多變的整體造型。通過構(gòu)件靈活多變的重復(fù)衍生方式,就可以形成不一樣的建筑造型,打破裝配式建筑呆板的固有形象。
以正向設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)來看,構(gòu)件重復(fù)衍生的過程,并不是單純的壘放,而是一個(gè)建筑造型的過程,進(jìn)而可以形成多樣化的建筑造型。在構(gòu)件的重復(fù)衍生中,傳統(tǒng)建筑美學(xué)理論中的統(tǒng)一、均衡、比例、尺度、韻律、對(duì)比、主從、重點(diǎn)等美學(xué)法則同樣適用。
利用構(gòu)件對(duì)裝配式建筑形體進(jìn)行塑造:國(guó)外優(yōu)秀裝配式建筑作品——由越南武重義建筑事務(wù)所設(shè)計(jì)的FPT大學(xué)理工大樓。將單體構(gòu)件組成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)盒子單元之后,形成具備室內(nèi)空間、陽臺(tái)空間以及樹池等復(fù)合功能的組合單元。再通過組合單元對(duì)建筑整體形體進(jìn)行塑造,形成了具有特色的建筑形體。
構(gòu)件的重復(fù)衍生:西南院作品——天科廣場(chǎng),通過不同衍生方式,形成建筑形體的對(duì)比。
構(gòu)件的重復(fù)衍生:西南院作品——成都建工工業(yè)化預(yù)制生產(chǎn)基地辦公樓,通過構(gòu)件正交排列的衍生模式,形成建筑立面的韻律感。
構(gòu)件的重復(fù)衍生:西南院作品——天科廣場(chǎng),通過構(gòu)件交錯(cuò)排列的衍生模式,形成建筑立面的韻律感。
4.3 可替換的模塊——標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上的個(gè)性化設(shè)計(jì)
當(dāng)采用同一類構(gòu)件進(jìn)行簡(jiǎn)單的堆疊時(shí),難免會(huì)形成單一重復(fù)的建筑外立面。單一重復(fù)的建筑外立面固然可以使標(biāo)準(zhǔn)化程度最大化,從而大大提升生產(chǎn)、施工效率,但卻會(huì)因過度標(biāo)準(zhǔn)化而喪失了建筑的個(gè)性。
早在上世紀(jì)60年代,中國(guó)現(xiàn)代建筑的奠基人梁思成大師就提出,要“在‘設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化,構(gòu)件預(yù)制工廠化,施工機(jī)械化’的前提下圓滿地處理建筑物的藝術(shù)效果的問題,在‘千篇一律’中取得千變?nèi)f化”。這也是現(xiàn)今在裝配式建筑發(fā)展中,建筑設(shè)計(jì)人員應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注的問題。
在裝配式建筑的外立面設(shè)計(jì)中,可以通過可替換的模塊在標(biāo)準(zhǔn)化中實(shí)現(xiàn)個(gè)性化設(shè)計(jì)。
所謂可替換的模塊,是指對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化的模塊構(gòu)成的組群中,遵循一定的邏輯,對(duì)一定數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)化模塊進(jìn)行更替調(diào)換,改為個(gè)性化的模塊,從而打破裝配式建筑單一重復(fù)呆板的形象,形成具有豐富特色的建筑效果。
從模塊的替換邏輯上,模塊的替換可分為點(diǎn)狀替換,線性替換,塊面替換,間隔替換,輪替替換,隨機(jī)替換等方式。
構(gòu)件的塊面替換:西南院作品——成都建工工業(yè)化預(yù)制生產(chǎn)基地辦公樓,外掛板的塊面替換。
構(gòu)件的輪替替換:西南院作品——成都城投城建科技有限公司辦公樓,外掛板的輪替替換。
構(gòu)件的隨機(jī)替換:西南院作品——中建科技成都綠色建筑產(chǎn)業(yè)園產(chǎn)業(yè)化研發(fā)中心,模塊化外掛板的隨機(jī)替換。
構(gòu)件的隨機(jī)替換:西南院作品——成都城投遠(yuǎn)大生產(chǎn)基地辦公樓,外掛板與金屬矩管的隨機(jī)替換。
4.4 功能性構(gòu)件的再設(shè)計(jì)——外圍護(hù)系統(tǒng)的集成一體化設(shè)計(jì)
早在20世紀(jì)初期,意大利建筑師奈爾維就意識(shí)到,“鋼筋混凝土梁不再是木梁和金屬的僵直的形狀,垂直支撐構(gòu)件不再是石柱的棱形特征……簡(jiǎn)而言之,所有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件在力學(xué)或者構(gòu)造上都提供某些啟示,可以轉(zhuǎn)化為一種有表現(xiàn)力的藝術(shù)形式典型?!钡靡嬗诨炷恋牟牧咸匦?,建筑師可以對(duì)梁、柱等主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì),以提升建筑的藝術(shù)表現(xiàn)力。對(duì)于建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)而言亦是如此。
裝配式建筑的形體及外立面表皮設(shè)計(jì)要求圍護(hù)構(gòu)件需要兼具多種功能,即實(shí)現(xiàn)裝配式建筑圍護(hù)系統(tǒng)的集成一體化設(shè)計(jì)這就需要以正向設(shè)計(jì)理念,從裝配式構(gòu)件入手進(jìn)行設(shè)計(jì)。
功能性構(gòu)件再設(shè)計(jì)的方式十分靈活。充分發(fā)揮裝配式構(gòu)件的特性,不僅可以集成圍護(hù)和裝飾等功能,而且可以與新型建筑材料相結(jié)合,集成保溫防水等功能,甚至可以與其他功能性建筑構(gòu)件相結(jié)合,進(jìn)一步集成多種其他功能,真正實(shí)現(xiàn)裝配式建筑無限的可能性。
功能性構(gòu)件的再設(shè)計(jì):國(guó)外優(yōu)秀裝配式建筑作品——由Sergi Godia設(shè)計(jì)的巴塞羅那某鐵路段廊道項(xiàng)目,通過V字型預(yù)制混凝土柱形成的集成支撐及裝飾功能的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
功能性構(gòu)件的再設(shè)計(jì):國(guó)外優(yōu)秀裝配式建筑作品——由Barkow Leibinger設(shè)計(jì)的都市生活住宅樓項(xiàng)目,通過保溫混凝土構(gòu)件形成的集成保溫與圍護(hù)功能的外墻。
功能性構(gòu)件的再設(shè)計(jì):西南院作品——成都萬科中西部展示中心項(xiàng)目,通過預(yù)制花槽構(gòu)件形成的集成保溫采光綠化功能的種植外墻。
功能性構(gòu)件的再設(shè)計(jì):西南院作品——成都萬科中西部展示中心,通過Y字型預(yù)制混凝土構(gòu)件形成的集成保溫防水采光綠化功能的種植屋面。
05
結(jié)語
西南院自2010年重新進(jìn)入新型建筑工業(yè)化領(lǐng)域?;谘b配式建造技術(shù)的正向設(shè)計(jì),是多年實(shí)踐積累和思考總結(jié)的產(chǎn)物,是連結(jié)建構(gòu)手段與建筑形式之間的橋梁,是以裝配式建筑最根本特征為出發(fā)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法,為裝配式建筑設(shè)計(jì)提供了新的解決思路。裝配式的建構(gòu)法則本身對(duì)建筑的設(shè)計(jì)手段不僅不是桎梏,反而是一種契機(jī),可以引導(dǎo)建筑師以適于裝配式建筑的設(shè)計(jì)方法,創(chuàng)造出別樣的建筑形式,從而引領(lǐng)裝配式建筑行業(yè)的發(fā)展。