绿色诞生，绿色终结——2010“CIHAF中国之家”展区设计

吴博 卢薇薇 康进/WU Bo, LU Weiwei, KANG Jin

图1 2010“CIHAF中国之家”展览现场一

图2 2010“CIHAF中国之家”展览现场二

图3 竹

图4 工厂生产

图5 搭建现场

1 “CIHAF中国之家”

2010年12月10～12日，第十二届CIHAF中国住交会（即中国国际房地产与建筑科技展览会）在深圳举行，借此平台，面积近900m2的“CIHAF中国之家”专题展览作为住交会近3届以来的重要亮点再次亮相（图1、2）。

“CIHAF中国之家”项目于2008年由《中国房地产报》和中国住交会共同发起，以“低碳营造，生态人居”为主题，旨在向我国房地产行业推广绿色、可持续的开发与建筑理念。每年住交会上的“CIHAF中国之家”展览除了要搭建一套足尺样板间来展示住宅建筑中的绿色设计策略及其相关的技术集成方案外，还需要为其他的专题留出展览空间，如低碳城区、绿色地产、结构优化、适老化住宅等。整个展览从策展理念，到展览线索组织，再到各个专项的展览内容，都与“绿色”这个主题息息相关，因此，展区本身的设计也力求传达“绿色”的理念。

“CIHAF中国之家”的展区设计，继2009年以纸筒作为主体材料之后，2010年我们把目光投向了“竹”——一种“绿”得更加彻底的原生态材料（图3）。

2 “竹”的选择

随着绿色建筑理念逐渐深入人心，建筑的运行能耗得到了越来越多的关注，这是我们乐于看到的。然而当某些事情吸引了过多眼球的时候，我们便该反过来问自己：是否有另外一些事情被忽视了？降低建筑的运行能耗，这固然是实现绿色建筑的重要环节，但这并不意味着绿色建筑的全部。在建筑的全生命周期内，无论是前期的建造过程还是后期的废旧材料处置过程，以目前惯用的方式不但会消耗大量能源，而且会对环境造成严重冲击，正如以下两个数据所描述的：人类从自然界所获得的物质原料中50%以上是用于建造各类建筑及其附属设备；建筑垃圾占人类活动产生垃圾总量的40%。而具体到我国，很难想象占全世界40%的水泥和钢材消耗量，平均仅25～30年的建筑寿命，能造就出真正意义上的绿色建筑。为了让建筑能绿色地诞生，绿色地终结，我们有必要思考是否可以换一种设计思路，换一种建筑材料，换一种建造方式。2010年的“CIHAF中国之家”，我们试图从一个新的视角来进行展区的设计（图4、5）。

“CIHAF中国之家”具有展览的突出特点——临时性。891m2的展区必须在3天内完成搭建，而展览时间只有3天。反思上述问题，我们在开始“CIHAF中国之家”展区设计时便为自己提出了若干指导原则，成为设计的边界条件：

（1）选择获取容易、加工便捷、环境友好的材料作为展区形象设计的主材，以降低加工、搭建过程的资源和能源消耗，并减小其废弃后对环境的消极影响；

（2）采用模块化、标准化的设计，实现大部分构件的提前预制，以压缩展区主体形象的加工、搭建周期，为样板间、各专题展区等其他搭建工作赢得时间和空间；

（3）保证重要构件的循环再利用，为未来巡展打下基础，实现真正意义的可持续。

图6 2000年汉诺威世博大屋顶

依据上述原则，经过对钢、木、竹、纸等多种材料的对比分析（ 表1），我们最终确定选择“竹”作为2010“CIHAF中国之家”展览主体形象的主材。

3 “竹”的特性

3.1 竹的自然特性

全球的竹子超过1 600种，主要分布在亚非拉的一些国家，其中亚太竹区是世界最大的竹区，该区竹子约50多属，900多种，其中有经济价值的有100多种。中国是世界竹子中心产区之一，是世界上竹类资源最为丰富、产量最多、栽培历史最悠久的国家之一，竹林面积约占全球竹林面积的1/5。

竹子是一种可再生性很强的资源，繁殖能力强且生长周期短。竹是生长速度最快的植物，尤以我国的毛竹为最——一株毛竹从出笋到成竹只需2个月左右，当年即可用作造纸原料，若作竹材原料，也只需3～6年的加固生长就可砍伐利用。1亩竹林年产竹材可达1 500～2 000kg。在地球森林覆盖面积日趋减少的今天，竹林的覆盖面积却在日益扩大。

除了优异的生长条件外，竹对生态环境也非常友好。竹子种植成活以后，每年都要出鞭、出笋、成熟。砍掉竹子的干，它会再生长，根部却不会被破坏，对土地不会产生任何影响，不会造成土地退化。每年有选择地采伐和可持续利用竹资源，不但不会破坏生态环境，还能更好地促进竹资源再生。另外，竹吸收CO2的能力也很显著，1hm2毛竹的年固碳量为5.09t，是杉木的1.46倍、热带雨林的1.33倍。竹取之于自然，回归于自然，是完全原生态的材料，可以完全降解，不会对环境造成任何冲击。

作为天然植物材料的竹，其加工和处理均较为简便，原竹的加工依靠人力就基本能够完成，除了对加工刀具的磨损强于木材外，无需耗费其他大量资源和能源。

3.2 竹的力学性能

竹的力学性能异常卓越：

（1）竹具有很强的硬度，可达32HB，比榉木（23HB）、橡木（24HB）还高。

（2）竹具有很高的强度，其顺纹抗压强度、抗拉强度和弯曲强度都很好。竹材的抗压强度为250～1 000kg/cm2，是木材的1.5～2倍；顺纹抗拉强度为1 000～4 000 kg/cm2，是木材的2～25倍，单位重量的抗拉能力，竹甚至比钢材强2～3倍，有“植物界的钢铁”之美誉。

竹子是粗纤维植物，密度大，伸缩空间小，它可利用自身的柔软度来平衡在不同环境下的收缩或膨胀，结构相对稳定，具备高度的割裂性、弹性和韧性。竹的弯曲强度为700～3000 kg/cm2，弹性系数为100 000～300 000 kg/cm3。

3.3 小结

竹的上述优良特性，使其成为最古老的建筑材料之一。现代研究还表明：建造相同面积的建筑，使用竹材所消耗的能源仅为使用木材消耗能源的1/3，为使用混凝土所消耗能源的1/8，为使用钢铁所消耗能源的1/50。这无疑为当今建筑建造能耗居高不下的局面提供了新的思路。

鉴于此，我们以“竹”作为切入点来进行2010“CIHAF中国之家”的展区形象设计，借此表达我们对实现建筑全生命周期绿色的理解和关注。

4 “竹伞”的设计

4.1 标准化单元模块

“CIHAF中国之家”作为住交会上最重要、面积最大的展区之一，需要将其形象打造成为整个展会的亮点。由于展会限定所有展区不得超过6m高，从高度上吸引参观者变得不可能，因此我们决定变“高”为“广”，将展区形象在横向维度上展开，通过“场”的塑造来形成独特的标志性。2000年汉诺威世博会的核心形象——世博大屋顶（EXPODACH）给了我们启发（图6）：伞形结构本身形态优雅，阵列排布后在上部形成连续的形象，在下部又能留出足够的空间，由此形成的庇护感和领域感能让人产生强烈的场所认同。而且，标准化的单元模块能大大提高工厂预制和现场搭建的效率。

为了丰富展览空间，我们从“蜂房”（图7）的形态获得灵感，结合展区33m×27m的平面尺寸，并考虑竹材的力学性能，决定采用内切圆直径为6m的正六边形作为母题，设计6m高的伞体，形成标准化的单元模块（图8）。

4.2 单元模块的结构设计

基本思路确定后，进入单元模块的设计。由于选择竹作为主材，结构设计和形态设计是需要我们同步考虑的问题，我们相信，一个合理、精巧的结构本身就是美的。

伞体从上至下分为3段：伞冠、伞撑和伞柄，高度比例为1:1:2，伞冠和伞撑的高度均为1.5m，伞柄高度为3m。这3个部分上下连接起来共形成从上至下4个关键平面：（1）边长3.464m的正六边形；（2）边长1.732m的正三角形；（3）边长1m的正三角形；（4）边长0.577m的正三角形（图9）。这些关键平面的各个顶点之间相互连接，形成一个以各种不同尺寸的三角形为支撑、由下往上逐级放开的伞形框架（图10、11）。这样的设计保证了结构的合理和简洁，竹杆件的长度只有9种，并且单根杆件的最大长度控制在3m左右（图12、13），有效限制了竹材的断面尺寸，利于造价的缩减。

图7 蜂房

图8 展区单元模块的生成

图9 竹伞结构的生成

图10 伞形结构框架一

图11 伞形结构框架二

图12 伞冠部分的竹杆件长度

图13 伞撑及伞柄部分的竹杆件长度

图14 竹脚手架的连接方式

图15 钢脚手架的连接方式

图16 伞冠与伞撑之间的节点（设计）

图17 伞冠与伞撑之间的节点（实际）

4.3 节点设计

竹杆件之间的连接是竹伞结构成立的关键。一开始我们设想了多种连接可能性（图14、15），但由于可实施性均不理想，最终确定设计为钢制“球节点+套筒”的形式（图16、17），其原因主要考虑以下3个方面：

（1）钢节点能避免竹材尺寸和形状的不确定性所带来的交接矛盾，提高精度；

（2）球节点能很好地实现多杆件的连接，并获得良好的受力情况；

（3）钢套筒能保护竹杆件端头，避免其在安装过程中受力不均而劈裂。

这样的节点设计能实现加工的便捷性、安装的高效性和再利用的可能性。每个钢节点均由两部分组成：钢球与单舌板组成第一部分，根据节点位置的不同，钢球上的舌板数量和它们之间的角度不同，形成5种不同形状的节点，这是加工过程中唯一的难点；钢套筒与双舌板组成第二部分，这部分完全标准化，可大批量生产并提前与竹杆件连接好后再运至现场与第一部分进行装配。两部分之间用螺栓铆接，安装和拆卸都非常方便，为未来的巡展奠定了基础（图18）。

4.4 膜材及照明设计

如果把钢节点看作“点”，把竹杆件看作“线”，那么膜材的引入便为主体结构增添了“面”——点、线、面不同维度的元素共同勾勒出了竹伞的最终形象。我们在伞冠及伞撑部位的竹杆件和金属节点的内侧固定PVC膜材，构成伞体上部的封闭空间，不但在视觉上增强了主体结构的体积感，还形成对展区场域的庇护，更为照明设计提供了空间和载体。

紧扣“竹”的主题，我们以“竹影满天”为概念进行照明设计：伞冠中央悬挂4盏金卤灯，其中3盏以两两之间120°的夹角安装，照亮伞冠部分的膜材，另外一盏垂直向下照亮伞撑部分的膜材。在光源与膜材之间悬挂内外3层长短不同的竹叶，光为笔，竹为墨，光线将层层竹叶投影在白色的膜上，虚实浓淡，竹影满天。

4.5 小结

9种竹杆件长度，6种金属节点，4种膜材形状，4盏灯光，3圈竹叶——我们通过标准化的设计，把构件的种类数量降到了最低，使竹伞单元完全实现了绿色材料、标准构件、工厂预制、现场装配、展后利用的目标。

5 结语

“宁可食无肉，不可居无竹。”竹，不仅是文人墨客心中的宠儿，更是地球对人类的慷慨馈赠。2010“CIHAF中国之家”，我们试图用美妙的“竹”来诠释对建筑全生命周期绿色的理解：绿色诞生+绿色运行+绿色终结，这才是完整意义上的绿色建筑。