文／陶思旻 同濟(jì)大學(xué)設(shè)計(jì)創(chuàng)意學(xué)院 助理教授 博 士

張 琪 同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院 博士研究生

引言

大氣圈是地球周圍由于引力作用聚集起來(lái)的氣體圈層。大氣作為一個(gè)物理要素，是我們每天都呼吸著的“生命氣體”，包裹了人類共同生存的整體環(huán)境。它沒有形態(tài)，卻是地球生態(tài)圈的關(guān)鍵線索，是物質(zhì)之間的媒介，支撐了我們的日常行為。大氣圈是人類地理環(huán)境的重要組成部分，人類就生活在大氣圈底部的“下墊面”上[1]。我們通常所說(shuō)的“天氣”一詞，指的就是地球上某一特定地點(diǎn)當(dāng)下的大氣狀況，它流轉(zhuǎn)在有形和無(wú)形、身體和氣候、建筑和自然之間，承載了溫度、濕度、氣流、污染物、光線、輻射等等要素。人類經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期不斷地對(duì)大氣進(jìn)行觀測(cè)、分析、驗(yàn)證和總結(jié)，產(chǎn)生了專門研究大氣演變規(guī)律、并可直接或間接用于生產(chǎn)實(shí)踐的科學(xué)，也就是氣象學(xué)。氣象學(xué)涉及的問(wèn)題很廣，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，它的研究范疇也從單純研究大氣的組成、范圍、溫濕度、壓強(qiáng)等延伸到地理、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，后隨著氣候設(shè)計(jì)學(xué)的發(fā)展，又逐漸擴(kuò)展到環(huán)境和建筑設(shè)計(jì)的領(lǐng)域。

建筑是人類與大自然不斷抗?fàn)幍漠a(chǎn)物。作為史前人類生存和發(fā)展的遮蔽物，建筑在遠(yuǎn)古時(shí)期起到防風(fēng)御雨、使人遠(yuǎn)離寒暑的重要作用。傳統(tǒng)鄉(xiāng)土建筑中往往會(huì)在其空間上顯示出和氣候環(huán)境的緊密聯(lián)系，比如封閉或是開敞、厚重或是輕盈、緊湊或是松散[2]。拉普卜特（Amos Rapoport）在其著作《宅形與文化》中著重提出，前工業(yè)化時(shí)期人們“為了讓自己過(guò)得舒服，他們就要在材料和技術(shù)匱乏的條件下蓋出適應(yīng)氣候的房子，從而對(duì)抗自然和爭(zhēng)取資源……這些解決氣候問(wèn)題的措施必定對(duì)建筑形式具有重要影響”[3]。這種觀點(diǎn)將氣象狀況列為了影響建筑空間的源語(yǔ)言之一。隨著城市建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，人類不斷地向大氣輸送碳物質(zhì)和溫室氣體，傳統(tǒng)建筑行業(yè)帶來(lái)的資源消耗改變著大氣環(huán)境，加劇了人類生存的挑戰(zhàn)。但現(xiàn)代主義出現(xiàn)以來(lái)，封閉隔離的形式壁壘，以及生態(tài)焦慮涌入設(shè)計(jì)領(lǐng)域以后帶來(lái)的技術(shù)堆砌傾向，又嚴(yán)重地阻礙了自然和人體間的交流。需要考慮的是，在這個(gè)可持續(xù)發(fā)展的大議題下，如何在大氣和身體之間謀求一種新的和諧關(guān)系？

因此，設(shè)計(jì)師必須重新關(guān)注并全面思考新時(shí)代下的建筑環(huán)境，擺脫片面地以主動(dòng)技術(shù)手段來(lái)解決問(wèn)題的思路。若以氣象為著眼點(diǎn)來(lái)探討設(shè)計(jì)，或許能夠促使我們從新的視角重新看待空間。我們可以消解掉過(guò)去物質(zhì)化的、人造的建筑內(nèi)部空間，同時(shí)用空氣的變化、能量的流轉(zhuǎn)來(lái)重新定義一個(gè)建筑的空間，將自然現(xiàn)象中的尺度和內(nèi)涵引入建筑。在這個(gè)空間中，建筑師設(shè)計(jì)的不再是材料、功能和形態(tài)，而是溫度、濕度和光照。這些要素的疊加賦予了空間以豐富的體驗(yàn)和多樣的色彩，有望導(dǎo)向一種嶄新的范式。

1 形式追隨大氣

在這個(gè)語(yǔ)境下，大氣成為了一種建筑語(yǔ)言，是人體和空間之間的媒介。建筑設(shè)計(jì)和環(huán)境設(shè)計(jì)的范疇擴(kuò)展到了生理學(xué)的感知領(lǐng)域，這種感知包括觸覺、嗅覺、聽覺和人體舒適，它們具備改變建筑要素、結(jié)構(gòu)和審美標(biāo)準(zhǔn)的能力。這種“氣象思考”不是一種強(qiáng)行附加的技術(shù)限制條件，并不會(huì)成為對(duì)形式的制約，而更有可能成為諸多替代能源和創(chuàng)新舉措發(fā)展動(dòng)力。建筑空間的物質(zhì)形態(tài)變得可以忽略，它提供的是一種開放自由的景觀，一個(gè)發(fā)生大氣現(xiàn)象的容器，即所謂“形式追隨大氣”?？臻g內(nèi)的空氣隨著時(shí)間而變化，氣流的運(yùn)動(dòng)和溫濕度構(gòu)成了室內(nèi)空間的梯度，展現(xiàn)著未來(lái)人體活動(dòng)的使用軌跡。

近年來(lái)，伴隨著不可見的能量議題在建筑學(xué)界的迅速升溫，同樣不可見的空氣研究也在多學(xué)科交叉的設(shè)計(jì)趨向中逐漸興起。眾多學(xué)者和建筑師致力于此，于是一種全新的“氣象設(shè)計(jì)”思潮得以發(fā)展。哈佛大學(xué)設(shè)計(jì)研究生院教授西爾維亞·貝內(nèi)迪托（Silvia Benedito）在她的新書《大氣解剖：設(shè)計(jì)、天氣和感知》（Atmosphere Anatomies: On Design, Weather, and Sensation）通過(guò)對(duì)十個(gè)城市設(shè)計(jì)和景觀建筑項(xiàng)目的調(diào)研和設(shè)計(jì)師采訪，以“大氣作為身臨其境的旅程（Immersive Journey）”“大氣作為熱閾值（Thermal Threshold）”“大氣作為規(guī)劃（Program）”“大氣作為共同問(wèn)題（Shared Situation）”“大氣作為熱差異（Thermal Contrast）”為類型，分析了它們氣候目標(biāo)和空間組織成果?！盵4]王哲睿在展覽《氣候作為媒介》中呈現(xiàn)了一座“可呼吸的建筑”，他設(shè)計(jì)了一件可穿戴設(shè)備，激活后可以對(duì)空氣進(jìn)行過(guò)濾，如同延展的呼吸表面；這種呼吸表皮也具有拓展到建筑立面交互的應(yīng)用可能，或者城市設(shè)計(jì)尺度的過(guò)濾穹頂，以保護(hù)人們免受長(zhǎng)時(shí)間空氣污染的影響。

對(duì)于瑞士建筑師菲利浦·拉姆（Philippe Rahm）而言，建筑設(shè)計(jì)意味著對(duì)氣象元素和人體的生理感知的精準(zhǔn)把控，設(shè)計(jì)空間是為了提供人生活的場(chǎng)所，人們可以在其中無(wú)拘無(wú)束地感受新鮮空氣的流動(dòng)、感受氣溫的升降、感受水分的凝聚和蒸發(fā)。這些自然發(fā)生的氣象變化不僅在室外，也可以在室內(nèi)感受到；人體能夠以自如的舒適狀態(tài)在室內(nèi)進(jìn)行新陳代謝，不受機(jī)械設(shè)備的干擾。此時(shí)，空氣以一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的系統(tǒng)構(gòu)建出人與空間的特殊環(huán)境，建筑則以調(diào)控空氣的方式從外部空間中劃定出一種具體環(huán)境?！皻庀蠼ㄖ睂⒔ㄖ目臻g思考與氣象思考聯(lián)系在一起，不同于現(xiàn)代主義以來(lái)封閉隔離的環(huán)境觀，而是以友好開放的形態(tài)積極應(yīng)對(duì)外部環(huán)境，使得設(shè)計(jì)的本體價(jià)值和工具價(jià)值得以融合。

2 菲利普·拉姆的“氣象設(shè)計(jì)”類型學(xué)

拉姆的“氣象建筑”提出了“構(gòu)建氣候”（Constructed Atmosphere) 這一理念，打破了傳統(tǒng)采暖制冷中建筑與空氣的二元對(duì)立關(guān)系，用抽象的氣象語(yǔ)匯作為設(shè)計(jì)切入點(diǎn)，通過(guò)建筑與氣象環(huán)境間的能量轉(zhuǎn)化，建立空間的人體感知關(guān)系。他將“氣象設(shè)計(jì)”的理念引入當(dāng)代革新技術(shù)，有意識(shí)地將周圍的大氣環(huán)境以傳導(dǎo)、輻射、對(duì)流、蒸發(fā)、壓力等物理方式參與到空間之中；設(shè)計(jì)思路是基于當(dāng)?shù)貧庀髼l件，先設(shè)計(jì)出一個(gè)適宜身體活動(dòng)的大氣環(huán)境，再把空間置入該環(huán)境之中，最后才根據(jù)具體需求賦予其不同的使用功能。為了將這種抽象化的概念賦予現(xiàn)實(shí)操作的可能性，拉姆在他的多個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置、展覽項(xiàng)目、競(jìng)賽方案中進(jìn)行了嘗試，并將已驗(yàn)證成熟的策略應(yīng)用于部分實(shí)踐項(xiàng)目中。

2.1 傳導(dǎo)Conduction

拉姆在瑞士拉紐維爾的一所小學(xué)項(xiàng)目競(jìng)賽方案中，提出了一種多層級(jí)的界面設(shè)計(jì)的節(jié)能方案，將技術(shù)的需求轉(zhuǎn)化為空間特征，達(dá)到了優(yōu)化熱傳導(dǎo)性能的目標(biāo)。他的概念是將建筑的界面圍護(hù)結(jié)構(gòu)視為人體為御寒而疊加的幾件衣服，視活動(dòng)的特征而決定穿衣的件數(shù)，例如人可以在跑步的時(shí)候只穿一件T 恤，走路時(shí)可以穿一件輕便的毛衣，靜坐時(shí)穿更厚重的大衣。那么相應(yīng)的，由于學(xué)生大多數(shù)處于靜坐狀態(tài)，該學(xué)校的教室空間需要達(dá)到室溫20℃；走廊空間的溫度可以僅保持在15℃以上，因?yàn)閷W(xué)生只會(huì)路過(guò)該空間而不會(huì)作長(zhǎng)時(shí)間停留。因此圍護(hù)界面的厚度可以設(shè)計(jì)為一個(gè)三層的“熱量洋蔥”（圖1），每層厚度為16cm[5]，根據(jù)房間使用的功能和容納的活動(dòng)而確定隔熱層的厚度，將界面的傳熱系數(shù)U 值從第一層的0.3W/m2逐漸降低到第三層的0.1W/m2。第一層是建筑空間的最外圈，包括衛(wèi)生間和管理室；第二層稍微靠里一些，包括交通走廊和大廳；第三層為最內(nèi)層，由40cm 厚度的界面隔熱層保護(hù)，主要為教室空間，為小學(xué)生提供最舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境。人在室內(nèi)溫度的梯度空間中游走遷移，建筑達(dá)到了節(jié)能和人體舒適的雙重目標(biāo)。

圖1 瑞士紐維維爾小學(xué)教學(xué)樓的“熱量洋蔥”（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[5]）

2.2 輻射Radiation

建于奧地利格拉茨的分時(shí)咖啡館（Split Time Café）以三種類型的“平行空間”模擬了一天中太陽(yáng)輻射進(jìn)程下的室內(nèi)環(huán)境，一種是自然發(fā)生的，另兩種是通過(guò)調(diào)控室內(nèi)光譜而產(chǎn)生的人工環(huán)境，對(duì)應(yīng)于三個(gè)時(shí)間段內(nèi)活動(dòng)的可能性（圖2）。第一個(gè)時(shí)間段（Day and Night Cycle）的活動(dòng)空間包裹于一個(gè)透明玻璃表皮之中，代表了自然太陽(yáng)進(jìn)程中的使用時(shí)間段，內(nèi)部放有常用的咖啡館桌子與椅子；第二個(gè)時(shí)間段（Night）被黃色玻璃包裹，它過(guò)濾了導(dǎo)致人體內(nèi)褪黑素下降的波長(zhǎng)光，內(nèi)部的家具更接近于休息室，放有床和沙發(fā)，提供了類似沙龍的空間；第三個(gè)時(shí)間段（Day）的活動(dòng)空間由藍(lán)色玻璃覆蓋，該波長(zhǎng)光阻止了體內(nèi)褪黑素的分泌而創(chuàng)造了“永晝”，它更像是一個(gè)不休眠的酒吧，放有高桌吧臺(tái)，供人們短暫停留。這座建筑不僅是空間的設(shè)計(jì)，更是時(shí)間的設(shè)計(jì)?？臻g不再是固定的物質(zhì)環(huán)境，而是供人能夠進(jìn)行個(gè)性選擇的“自然場(chǎng)所”，建筑成為了人們穿越時(shí)空的“時(shí)間機(jī)器”。

圖2 奧地利格拉茨分時(shí)咖啡館的三個(gè)“平行空間”（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[6]）

2.3 對(duì)流Convection

在波蘭弗羅茨瓦夫當(dāng)代藝術(shù)博物館的設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，拉姆通過(guò)在空間中引入兩個(gè)類似于散熱器的熱極，創(chuàng)造了一個(gè)“對(duì)流博物館”，其中較冷的一極為16 ℃，較熱的一極為22℃。這兩個(gè)溫度的極值限定了博物館內(nèi)預(yù)計(jì)所需的功能，根據(jù)空氣的冷熱對(duì)流確定了功能空間的位置：低溫的16 ℃對(duì)應(yīng)于儲(chǔ)藏室或檔案館；高溫的22 ℃對(duì)應(yīng)于辦公區(qū)的最高溫度；中間溫度區(qū)間的會(huì)議室、禮堂和餐廳控制在20 ℃左右，展廳溫度在18℃～20℃間，走廊、樓梯間和大廳溫度保持在17℃～18℃間。其中較冷的熱極放置的位置比較熱的熱極高，形成了豎向的熱力學(xué)不平衡，引導(dǎo)了整個(gè)博物館平面和剖面上的氣流循環(huán)運(yùn)動(dòng)，創(chuàng)造出溫度不同的區(qū)域，形成了熱景觀（圖3）。此外博物館中氣流的平均速度低于0.15m/s，避免使人產(chǎn)生不適感，人們可以在其中自由移動(dòng)、遷移以尋找特定溫度，提供了獨(dú)特的感官轉(zhuǎn)換體驗(yàn)。

圖3 波蘭弗羅茨瓦夫當(dāng)代藝術(shù)博物館的豎向熱景觀（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[7]）

2.4 蒸發(fā)Evaporation

建于德國(guó)漢堡的莫里爾公寓（Mollier Houses）探索了建筑室內(nèi)濕度、人體活動(dòng)和使用功能之間的聯(lián)系。拉姆團(tuán)隊(duì)的研究表明，人在不同的空間進(jìn)行活動(dòng)時(shí)會(huì)不斷地產(chǎn)生水蒸氣：在臥室睡覺每小時(shí)產(chǎn)生40g 水蒸氣，在客廳活動(dòng)時(shí)每小時(shí)產(chǎn)生150g 水蒸氣，在廚房做飯每小時(shí)能夠產(chǎn)生1500g 水蒸氣，在浴室洗澡時(shí)甚至每20 分鐘能產(chǎn)生800g 水蒸氣[5]。這個(gè)公寓的平面方案則是根據(jù)相對(duì)濕度0% ～100% 的變化，劃分了不同等級(jí)的居住空間：最潮濕的90% ～100% 可用作泳池區(qū)域；60%～90%的濕度可用作廚房和浴室；30% ～60% 濕度的空間作為臥室和書房；最干燥的0%～30%則作為晾曬衣物的空間。以“蒸汽地圖”進(jìn)行的平面排布顛覆了傳統(tǒng)的住宅功能平面（圖4），結(jié)合人在活動(dòng)時(shí)實(shí)際需要的濕度環(huán)境來(lái)確定最合理的空間。

圖4 德國(guó)漢堡莫里爾公寓平面的蒸汽梯度（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[8]）

2.5 壓力Pressure

2008 年建于法國(guó)里昂的蘭博碼頭呈現(xiàn)了一種“空氣景觀”。建筑平面基于對(duì)室內(nèi)氣流調(diào)控的規(guī)律而確定，氣流的路徑成為平面生成的邏輯，目標(biāo)是優(yōu)化每小時(shí)的換氣率?？諝庠傺h(huán)對(duì)人體新陳代謝至關(guān)重要，空氣更新的速率取決于其使用率、使用人數(shù)、使用時(shí)間和該空間的活動(dòng)水平：其中門廳空間的換氣率為每小時(shí)4 次，商店空間為10 次，洗手間為15 次，更衣室為20 次，運(yùn)動(dòng)區(qū)為25 次，淋浴間為30 次。從平面中可以看出，最終空氣循環(huán)后匯集于淋浴間，并通過(guò)一個(gè)雙重?fù)Q熱系統(tǒng)提取空氣中的熱量，并用于加熱流入室內(nèi)的新鮮空氣（圖5）。

圖5 法國(guó)里昂蘭博碼頭平面中的氣流路徑（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[5]）

圖6 “去屬地化的土地”概念裝置（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[9]）

2.6 消化Digestion

“消化Digestion”是拉姆作品中最為實(shí)驗(yàn)性和抽象性的系列。他在2009 年于巴黎蓬皮杜中心展出的概念裝置“去疆域化的土地（Deterritorialized Soils）”，展現(xiàn)了在現(xiàn)代環(huán)境調(diào)控技術(shù)的約束下，重新引入巴黎當(dāng)?shù)氐湫蜌夂蚝蟮氖覂?nèi)熱環(huán)境景觀。該裝置的核心是一個(gè)裝有巴黎周邊森林石灰石土壤的“散熱器”，它通過(guò)控制環(huán)境濕度來(lái)更新內(nèi)部空間的空氣，并在室內(nèi)產(chǎn)生當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)的西向風(fēng)。裝置上方有一盞能夠模擬當(dāng)?shù)卮杭咀匀还庹盏臒簦⑼ㄟ^(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)開關(guān)來(lái)選擇一天中的各個(gè)時(shí)間段。裝置還包括位于不同高度上的三把座椅，意圖呈現(xiàn)人體在同一空間的豎向室溫梯度中能夠?qū)崿F(xiàn)的不同活動(dòng)方式。

結(jié)語(yǔ)

菲利浦·拉姆所提出的“氣象設(shè)計(jì)”，其要點(diǎn)在于對(duì)氣象要素的靈活利用和對(duì)身體感知的準(zhǔn)確把控，這種思維為當(dāng)下的室內(nèi)、環(huán)境、建筑和景觀設(shè)計(jì)打開了新的維度。盡管許多嘗試還停留在實(shí)驗(yàn)階段，但這些前沿的探索將空間作為大氣和身體之間的媒介，能夠推動(dòng)氣象學(xué)與建筑學(xué)的跨學(xué)科設(shè)計(jì)方法發(fā)展，并有潛力成為一種有效的設(shè)計(jì)模式，拓展到更廣的領(lǐng)域，為當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展議題下的城市建設(shè)提供更多靈感。

從科學(xué)層面來(lái)看，如今綜合學(xué)科與交叉學(xué)科蓬勃發(fā)展，專業(yè)之間的橫向與縱向交融日益深入，人類知識(shí)疆域愈加擴(kuò)大，學(xué)科邊界愈加模糊。在這個(gè)背景下，建筑不只是作為庇護(hù)所的存在，更是集合了氣象環(huán)境、人文環(huán)境、社會(huì)環(huán)境、技術(shù)環(huán)境以及信息環(huán)境的綜合體。因此，建筑學(xué)科的研究方法與目標(biāo)也在不斷變化?！翱諝狻弊鳛闅庀蟓h(huán)境中的核心要素，具有改變空間組織的能力；反過(guò)來(lái)說(shuō)，空間也參與到環(huán)境調(diào)控的過(guò)程中，協(xié)助使用主體完成對(duì)氣象環(huán)境的適應(yīng)和協(xié)同。建筑師們借由對(duì)空氣的探討，把注意力從可見的物質(zhì)空間營(yíng)造轉(zhuǎn)向不可見的室內(nèi)新氣候營(yíng)造。在這個(gè)過(guò)程中，新的范式得以產(chǎn)生，建筑空間不再是量化環(huán)境性能的容器。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比，“氣象設(shè)計(jì)”更多地探討了如何利用無(wú)形的氣象語(yǔ)匯進(jìn)行建筑與環(huán)境之間的互相調(diào)節(jié)，進(jìn)而從創(chuàng)造建筑環(huán)境本身實(shí)現(xiàn)和諧人居的目標(biāo)[8]。