宋曄皓/SONG Yehao

技術(shù)與設計：關(guān)注環(huán)境的設計模式

宋曄皓/SONG Yehao

本文挖掘了技術(shù)和設計結(jié)合的建筑師案例。在明確環(huán)境意義的前提下，闡述了經(jīng)由奧格雅、班哈姆和霍克斯三人研究提出和完善的兩種環(huán)境設計模式：環(huán)境排斥型設計和環(huán)境選擇型設計，并指出環(huán)境選擇型設計是關(guān)注環(huán)境的建筑師應該采用的模式。

技術(shù)，設計，環(huán)境排斥型，環(huán)境選擇型，環(huán)境責任

國家自然基金面上項目（課題編號：51278262）

1 緒言

應對氣候和環(huán)境，是建筑必須要解答的基本問題。19世紀技術(shù)的發(fā)展，例如，供熱通風設備的普及，促進了建筑環(huán)境的發(fā)展和轉(zhuǎn)變。建筑環(huán)境的重要性得到人們的重視，建筑學不再僅指空間、結(jié)構(gòu)、建造，環(huán)境也成為其重要的組成元素，其對建筑品質(zhì)、節(jié)約能源等方面的影響日增。如何獲得應對氣候和環(huán)境條件的適宜建筑環(huán)境？這個問題的解答逐漸因為技術(shù)手段的發(fā)展而多樣化，再也不是被動地適應氣候，還存在人工的調(diào)節(jié)。對于建筑而言，隨之而來的是設計與技術(shù)既密切合作，又存在語言障礙的漫漫交流歷程。

在今天大力推廣綠色建筑的中國，建筑師困惑于設計和技術(shù)的結(jié)合，困惑于關(guān)注環(huán)境設計的模式。其實國外建筑師同行也曾面對同樣的困惑：技術(shù)在設計中當如何表達？如何實現(xiàn)對環(huán)境負責的設計？

2 建筑環(huán)境技術(shù)的設計表達

關(guān)于技術(shù)的一個極端的說辭來自路易斯·康，他曾講：“我不喜歡管井和各種管線，甚至非常之憎惡它們”。好在他又接著說：“可我還是認為要給它們合理的位置，如果僅僅由于憎惡它們而置之不理，它們會把建筑搞得一團糟，甚至會徹底毀掉建筑”[1]。

他的前半句表達了很多建筑師的心聲，也表達了設計與技術(shù)的語言障礙，但是他的后半句卻催生了一種現(xiàn)代建筑系統(tǒng)化的理論和方法，即“服務空間”與“被服務空間”。按照康的說法，這些設備、管道等的“位置”是美學問題，而不是高于一切的技術(shù)邏輯。建筑評論界將他的新觀點稱為“康對于建筑歷史最為重要的貢獻”[1]。

實際上，盡管國人對每個前現(xiàn)代或者現(xiàn)代建筑中有重要影響的建筑師了解益深，例如，麥金托什的典雅，勒·柯布西耶的才華橫溢，密斯的精確和細部，雷沃倫茨、阿斯普隆德、阿爾托的材料和自然，康的理性與技術(shù)的結(jié)合。我們很少注意到：這些偉大的建筑師不僅是建筑設計的強者，還是技術(shù)的駕馭者，從不回避技術(shù)發(fā)展，甚至爭相采用他們時代最為先進、最時髦的技術(shù)。只不過對于他們而言，技術(shù)表達是設計的重要組成部分，技術(shù)也是設計。因為他們經(jīng)歷了一個至為重要的時代，一個技術(shù)發(fā)展的時代，一個生活質(zhì)量改變的時代。

宣稱只有天才可以完美駕馭曲線的麥金托什這樣定義建筑師：建筑師應當從科學技術(shù)的角度理解建筑。他的理論多與建筑環(huán)境相關(guān)，作品在通風、采光領(lǐng)域有重要的試驗和研究，并且這些技術(shù)都巧妙地與設計結(jié)合起來。技術(shù)服務于藝術(shù)，這種觀念曾經(jīng)是建筑環(huán)境發(fā)展歷史中重要的轉(zhuǎn)折點。他在1909年建成的格拉斯哥藝術(shù)學院中采用了新型的通風系統(tǒng)，熱風循環(huán)起到通風和供熱的作用，豎向的通風管道與承重墻相結(jié)合，遍布整個建筑，一些房間中還設有鑄鐵制的散熱器。而且他在學院中第一次采用了全新的電力照明方式[2]。

1929年柯布西耶發(fā)表了如下觀點：“建筑適應氣候。這個觀念的普及逐漸與技術(shù)結(jié)合起來，我認為，真正的建筑，即為具有適應性和可調(diào)性的建筑”[2]。 1929-1931年他建造的薩伏依別墅采用最新的中央供熱系統(tǒng)，不但效率更高，而且解放了許多空間，而壁爐和供熱管線經(jīng)過精心設計，暴露出來。密斯1928-1930年建造的圖根哈特住宅，設計了堪稱藝術(shù)品的供熱系統(tǒng)，他弱化和隱藏了住宅中復雜的管線結(jié)構(gòu)，送風井表面下沉了1.5m，室外空氣進入起居室之前，要先經(jīng)過一個凈化和增濕的空氣處理系統(tǒng)。南墻的兩片裝配玻璃可以降到窗臺線之下，玻璃外側(cè)的百葉可以遮陽，晚上玻璃被絲質(zhì)窗簾遮擋，這些均起到調(diào)節(jié)微氣候的作用，是典型的采用手工調(diào)節(jié)和機械系統(tǒng)調(diào)節(jié)的環(huán)境選擇型設計案例。業(yè)主女兒如此評價密斯：他不僅僅是一位藝術(shù)家，還是一位工程師，精通于建筑技術(shù)與建筑空間的完美結(jié)合。密斯的建筑環(huán)境技術(shù)設備，例如散熱片、風機均通過空間處理遮蓋，以滿足對極簡的追求。但不論勒·柯布西耶還是密斯，都會采用最尖端的科技優(yōu)化建筑的供熱、照明、通風。

雷沃倫茨、阿斯普隆德、阿爾托堪稱關(guān)注自然和環(huán)境的代表，雷沃倫茨在1956-1964年建造的圣馬可教區(qū)教堂、阿斯普隆德在1918-1927年完成的瑞典國家圖書館、阿爾托在1927-1935年完成的維普里圖書館，都精心設計了完整的自然采光和人工照明系統(tǒng)。瑞典國家圖書館的供熱系統(tǒng)采用當時最新的熱水和空氣雙熱媒。阿爾托的麥雷亞住宅也采用了當時最為先進的供熱系統(tǒng)，大起居室天花板下方是送風管道，為整個空間提供熱風。磚墻則與壁爐結(jié)合，內(nèi)含熱風管道。熱水管道埋于地板下方，位于金屬格網(wǎng)之下。建筑外圍護結(jié)構(gòu)則很注重與環(huán)境的關(guān)系，外部氣候與室內(nèi)空間通過外圍護結(jié)構(gòu)互相滲透。

如前文所說，康將技術(shù)設備在空間中定義為“服務空間”，而將具有表現(xiàn)力的空間定義為“被服務空間”。他的提法解放了建筑中次要弱勢的技術(shù)設備空間，并賦予其設計的含義。例如，康的理查德醫(yī)學研究中心設計了獨立容納設備的塔形空間（服務空間），豎向的管網(wǎng)系統(tǒng)穿越其中，這樣人們正常使用的空間（被服務空間）保持了連續(xù)和完整，而不被設備空間打斷。索爾克生物學研究中心則是垂直劃分的二者，設備層層高為2.7m，通風管網(wǎng)能夠連續(xù)地遍布整個建筑而不被打斷，同時實驗空間也獨立于結(jié)構(gòu)和管網(wǎng)設置。?？巳貓D書館則由角部的4個階梯形空間容納管線和設備。金貝爾美術(shù)館的混凝土拱頂結(jié)構(gòu)與平頂相結(jié)合，主次對比形成“服務空間”與“被服務空間”，技術(shù)手段再次與詩化的空間關(guān)系完美融合。[2]

這樣的例子還有很多，說明了設計和技術(shù)的關(guān)系：實際上建筑師的創(chuàng)造力也隱含在處理技術(shù)問題中，完全可以尋找到將復雜的技術(shù)設備納入設計的方式。

而且正是由于他們的創(chuàng)造性工作，班哈姆歸納了兩種建筑環(huán)境設計的模式：環(huán)境排斥型和環(huán)境選擇型。這種歸納得到了霍克斯的發(fā)揚[3]。

3 兩種建筑環(huán)境設計的模式：環(huán)境排斥型設計和環(huán)境選擇型的設計

1963年奧格雅提出了生物氣候設計方法，在氣候條件、生物氣候舒適度和建筑之間，搭建了一座橋梁[4]。他認為從自然環(huán)境氣候條件，調(diào)節(jié)到建筑環(huán)境穩(wěn)定舒適要經(jīng)過3個步驟：1，改善設計地段的微氣候；2，建筑師依據(jù)人體生物舒適度指標，提出相應的設計策略，改善建筑實體的氣候防護；3，通過機械設備調(diào)節(jié)氣候。

吉沃尼在奧格雅的生物氣候熱舒適條件的基礎(chǔ)上增加了吹風感的調(diào)節(jié)作用，擴大了生物氣候舒適區(qū)，引領(lǐng)了1960-1970年代關(guān)于建筑環(huán)境中舒適度的研究[5]，也影響了后來的建筑師，例如楊經(jīng)文，旗幟鮮明地以生物氣候舒適度為設計目標進行建筑設計[6]。

霍克斯認為班哈姆是較早在現(xiàn)代技術(shù)條件下思考建筑環(huán)境的人[2]。因為后者通過研究恢復了建筑環(huán)境功能在建筑理論和建筑實踐中的正確地位[1]。

在現(xiàn)代技術(shù)條件下，班哈姆認為，創(chuàng)造舒適建筑環(huán)境的模式有兩種：“環(huán)境排斥型”(exclusive)和“環(huán)境選擇型”（selective）[1]。所謂環(huán)境排斥型，是指完全依賴機械系統(tǒng)產(chǎn)生可控的建筑環(huán)境，以人工方式進行環(huán)境調(diào)節(jié)，類似于今天依賴主動式設計策略控制環(huán)境的建筑。所謂環(huán)境選擇型，則是指使用周圍環(huán)境的能源來創(chuàng)建與自然呼應的建筑環(huán)境的建筑，類似于今天依賴被動式設計策略的建筑。

對于環(huán)境排斥型設計而言，建筑外圍護結(jié)構(gòu)隔絕外部氣候環(huán)境條件的影響，利用建筑內(nèi)部的技術(shù)設備體系完成環(huán)境調(diào)控的目標，其調(diào)控手段是完全通過自動化的集中控制達成，屬于人工介入環(huán)境控制。通過建筑形式、機械和電力系統(tǒng)的效率體現(xiàn)能源利用的效率，但是常年依賴電能等能源。

對于環(huán)境選擇型設計而言，則會選擇性允許建筑內(nèi)部環(huán)境受外部氣候環(huán)境條件的影響，例如自然通風、采光，并利用這種可再生的能源減少建筑常規(guī)能源的能耗。建筑環(huán)境調(diào)節(jié)則通過自動和手動結(jié)合完成，屬于自然和人工的混合。建筑的外圍護結(jié)構(gòu)是建筑與外部環(huán)境之間的過濾器，環(huán)境選擇型設計的建筑環(huán)境可以與外部氣候環(huán)境條件互動。

二者的設計結(jié)果同樣也是截然不同，例如，針對建筑師要解決的建筑形態(tài)問題，如果采用環(huán)境排斥型設計，其目標便是將建筑內(nèi)部與外部環(huán)境隔離開，并塑造一個完全人工的舒適環(huán)境，那么建筑的外圍護結(jié)構(gòu)的形式和種類、建筑的形態(tài)，基本上是可以具有唯一最優(yōu)解的：一個開口最小、外圍護結(jié)構(gòu)高度密閉的建筑，其平面則是進深越大越好，體型系數(shù)越小越好。而環(huán)境選擇型設計則不然，因為有外部環(huán)境和建筑的互動，外圍護結(jié)構(gòu)將可以更加透明和復雜。平面進深不大的分散性布局的建筑，同樣可以因為借助于自然通風和采光等可再生能源，減少常規(guī)能源的能耗，同時建筑師可以創(chuàng)造性提出設計對策。

這種分類出現(xiàn)在上世紀能源危機之前，出現(xiàn)在可再生能源利用技術(shù)、主動和被動技術(shù)普及成熟之前，出現(xiàn)在綠色思潮之前，殊為可貴。

每每看到中國綠色建筑發(fā)展大潮中，建筑師強調(diào) “被動優(yōu)先，主動優(yōu)化”，奧格雅生物氣候設計方法的3個環(huán)境調(diào)節(jié)的步驟，班哈姆的環(huán)境排斥型設計和環(huán)境選擇型設計，都會浮現(xiàn)眼前：正所謂殊途同歸，異曲同工。不論是理論研究的推演，還是實踐積累的升華，不論外國還是中國，也不論是否50年前或者現(xiàn)在，建筑師應對環(huán)境的策略和態(tài)度，終歸會走到一條路徑上。就像探討“什么形體的建筑是節(jié)能型建筑”一樣，腦海中必然會現(xiàn)出環(huán)境排斥型設計提倡的建筑模樣，而這一看似科學上正確的結(jié)論，卻可能無助于環(huán)境品質(zhì)的提升，無益于建筑師的創(chuàng)造性工作。毫無疑問，關(guān)注環(huán)境的建筑師將選擇后者，因為通過對建筑外圍護結(jié)構(gòu)、設備等系統(tǒng)的控制，環(huán)境選擇型設計能夠得到既節(jié)能，又具有良好的環(huán)境品質(zhì)和建筑品質(zhì)的設計。

為幫助建筑師了解和采用環(huán)境選擇型設計，霍克斯提出了一個包括13項內(nèi)容的核查單[3]：

（1） 場地分析：氣候、微氣候（地形、城市化程度、植被）、太陽軌跡、風環(huán)境、污染；

（2） 場地規(guī)劃：建筑間距、微氣候、混合應用和人的活動；

（3） 建筑形式：可用被動策略之處以及不可用被動策略之處、定位、內(nèi)部設計；

（4） 天井和院落：熱工性能緩沖、天光、自然通風；

（5） 建筑功能：使用模式和使用者行為、建筑環(huán)境需求、內(nèi)部產(chǎn)熱和采光標準；

（6） 建筑肌理：隔熱和U值、蓄熱物質(zhì)、材料的蘊能量和毒性；

（7） 天光照明：自然采光和日照參數(shù)、配光曲線、眩光分布、視野、私密性和熱工平衡；

（8） 被動式太陽能得熱：可以利用的太陽能得熱、分布、控制和舒適；

（9） 自然通風： 風壓和煙囪效應、夜間通風制冷、噪音和空氣污染控制；

（10） 過熱和舒適：窗戶的尺寸、遮陽設備、自然通風策略、蓄熱物質(zhì)；

（11） 人工光照明：光控系統(tǒng)—人工或自動、光源和燈具、功效和內(nèi)部得熱；

（12） 供熱：能量來源和機組、散熱器、熱量分配、地點；

（13） 設備：是否需要空調(diào)系統(tǒng)，機械通風系統(tǒng)，混合模式和空調(diào)分區(qū)、整合。

核查單的目的是引導建筑師盡可能整體地思考環(huán)境和建筑問題。此外可以根據(jù)具體情況，或者新技術(shù)的產(chǎn)生而有所調(diào)整，例如，雨水利用技術(shù)，智能控制技術(shù)等。但這是一個樂于被建筑師接納和采用的技術(shù)模板。因為它確實可以引導建筑師從設計上關(guān)注環(huán)境，進而發(fā)揮創(chuàng)造力，進行深入、有品質(zhì)、有意義的環(huán)境設計研究。

例如第13項跟“設備”相關(guān)的核查單，首先提到的是“是否需要空調(diào)系統(tǒng)”。因為如果不用，毫無疑問會最大限度地節(jié)約能源，是否可以通過被動式設計策略獲得建筑內(nèi)部的舒適度？或者調(diào)整舒適范圍的溫度？如果建筑遮陽設計良好，采用了高蓄熱材料，且平面進深很小，便于自然通風、采光，那么空調(diào)系統(tǒng)就可以減量到最小。其次提到的“機械通風系統(tǒng)”，其存在的目的，也是通過機械通風設備，提供新風，通過熱散失和蒸發(fā)制冷，達到調(diào)節(jié)溫度，擯棄空調(diào)系統(tǒng)的作用。第3條“混合模式和空調(diào)分區(qū)”，是指根據(jù)建筑功能和布局等，劃分必須采用空調(diào)和不必采用空調(diào)的區(qū)域，分別采用不同的環(huán)境調(diào)節(jié)策略。第4條“整合”，則是強調(diào)無論可見還是不可見，系統(tǒng)設備整合對于好的設計非常重要。不同空調(diào)系統(tǒng)，占用的空間和需要的管道空間和長度等是截然不同的。

用霍克斯的一句話作為結(jié)尾，或許可以促進我們對于當今中國綠色建筑摸索于設計與技術(shù)結(jié)合的思考：“恰恰是現(xiàn)代運動，現(xiàn)代運動是豐富的和復雜的，它被文化的所有方面感動，建筑師通過將新技術(shù)和科學思維應用到新美學的研究做出了特別的貢獻。盡管歐洲不同建筑師作品多樣，但是大量證據(jù)顯示新技術(shù)和建筑設計的結(jié)合不必然要求一定是技術(shù)決定論?！盵7]□

[1] Reyner Banham. The Architecture of the Well-Tempered Environment. London: Architectural Press, 1969.

[2] Dean Hawkes. The Environmental Tradition: Studies in the Architecture of Environment. London: E & FN Spon. 1996.

[3] Dean Hawkes, Jane McDonald and Koen Steemers. The Selective Environment: An Approach to Environmentally Responsive Architecture. London: Spon Press, 2002.

[4] Victor Olgyay. Design with Climate: Bioclimatic Approach to Architectural Regionalism. Princeton University Press, Princeton New Jersey, 1963.

[5] Baruch Givoni, Man. Climate and Architecture. Applied Science, London, 1969.2nd edn 1976.

[6] 宋曄皓.結(jié)合自然 整體設計：注重生態(tài)的建筑設計研究. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.

[7] Dean Hawkes. The Environmental Imagination: Technics and Poetics of the Architectural Environment. London: Routledge, 2008.

Technology and Design with Environmentally Responsive Consideration

In this article the author reviewed the combination of technology and design by famous architects and formulated two design patterns, namely the exclusive and selective design, which were developed by Reyner Banham and Dean Hawkes upon the research by Victor Olgyay. Then the author pointed out that selective design is the way for environmentally responsive architects.

technology, design, exclusive, selective, environmentally responsive

清華大學建筑學院，生態(tài)規(guī)劃與綠色建筑教育部重點實驗室（清華大學）

2015-07-01