当代生态建筑表皮设计创新思路初探

章 彰 许柏鸣

(南京林业大学家具与工业设计学院，江苏南京 210037)

1987年联合国发表《我们共同的地球》并且正式提出“可持续发展”的思想，现今，这一发展思想得到不同经济发展水平与文化背景国家的普遍认同并且为很多国家未来发展指明战略方向。

可持续的思想体现在实体和体验经济的各个方面，生态建筑的概念也因此在大环境中应运而生，建筑设计初期便融入节能、可持续的设计理念，在建筑的平面布局、空间形体、围护结构等各个设计环节中，实现提高建筑中能源利用率，降低建筑能耗，采用恰当的建筑节能技术措施[1］。

1 生态建筑表皮

陈志华先生译勒·柯布西耶的《走向新建筑》时将surface翻译为“表面”，“表面”这与本文中的建筑表皮是同一个概念[2］。通俗来说，建筑表皮就是指除屋顶外建筑外部所有围护部分。如果把一栋建筑比喻成一个人，那么建筑表皮就是这个人所穿的衣服，衣服不仅有蔽体的作用，在一年四季的不同时节还能够应季变化发挥作用。通常，在还不了解这栋建筑之前，建筑表皮就是传达设计语言的首要载体，其中当代中国建筑界著名的案例有北京鸟巢，水立方，国家大剧院等。文章主要使用案例研究、文献研究以及专家访谈等方法，抽取近二十年来生态建筑表皮设计案例作为研究对象，进行研究并且在坐标中进行标注以及统一对比，进而归纳总结出生态建筑表皮设计策略以及预测其未来发展方向。读图是设计研究人员和从业人员进行案例研究的基本功。

案例研究可以针对一个或多个案例进行有目的的研究[3］。单个案例研究可以用作确认或挑战一个理论并提出见解。多案例研究包括两个分析阶段，首先是案例内分析，然后是跨案例分析。前者是把每一个案例看成独立的整体进行全面的分析，后者是在前者的基础上对所有的案例进行统一的抽象和归纳，进而得出更精辟的描述和更有力的解释[4］。

首先通过文献研究发现，前人在归纳生态建筑表皮的表现方式时总结出两大发展方向，一是材料科技创新方向，另一个为表皮结构多层化创新方向。本文提取具有典型意义的六个有效案例，然后使用跨案例分析的方法对六例生态建筑表皮的实现方式进行独立的分析研究，如图1所示，其中案例1～4与前人归纳具有相似方向的案例，而案例5，6则是特殊案例，案例n－1，n则是未知案例的其他实现方式。将案例综合统一进行归纳和未来预测。

图1 案例研究方法

2 案例研究方法

案例研究方法是社会科学研究的主要方法之一，设计同样属于社会科学范畴，近几十年来广泛使用这一研究方法，例如IDEO等创新型设计顾问公司则将这一方法演绎为不同的表达方式，有效

3 生态建筑表皮设计案例研究

3．1生态建筑表皮材料创新

材料创新从来都不是新鲜话题，温度感应涂料、绝热玻璃、光电感应涂料、气凝胶涂料[5］等材料层出不穷。

案例1:北京水立方，2008年北京奥运会标志性建筑物之一。该方案由中国建筑工程总公司、澳大利亚PTW建筑师事务所、ARUP澳大利亚有限公司联合设计。“水立方”表皮采用的是外覆ETFE薄膜结构，这种薄膜可根据天气的冷热变化扩张和收缩，有自我清洁、节能、隔热保温等功能。

案例2:隈研吾设计并于2002年完成的长城公社下的“竹舍”，“竹舍”中所用到的竹材完全取自于长城山脚下竹林，其中传统竹材和现代材料钢、玻璃经过不同的组合、穿插，并置设计手法，创造出了别具一格的建筑表皮。

3．2 生态建筑表皮多层化结构创新

生态建筑表皮采用两层结构是目前比较常见的技术，这种双层外表皮围护结构，通常通过适当调整最外层能够使室内空间获得自然通风和采光、增加室内空间舒适度、降低能耗，并且可以较好的解决了自然采光和节能之间的矛盾。南极洲的伊丽莎白公主科考站建筑表皮甚至达到九层结构。虽然“双层皮”表皮建筑本身可以达到生态效果，但是建筑用材和建设过程并不那么环保且成本较高。

案例3:法国建筑设计公司Karawitz于2010年在靠近巴黎的贝桑库尔设计了一座被动式节能房屋。屋顶的太阳能光电板可以提供2 695 kW·h/年的能量。建筑有两层表皮，室内表皮为钢和落地玻璃，与外界直接接触的第二层表皮使用了天然竹子材料，并使用实木板材把框架包裹了起来，统一规格的可折叠百叶扇贝安装在南面的大落地窗外部，为房屋提供阴凉和阳光。

案例4:德国最大的电力公司RWE AG总部大楼，由Ingenhoven Overdiek设计事务所设计，这是个经典的生态建筑案例，整栋大楼外表面由两层幕墙包裹构成。

3．3 生态建筑表皮系统创新

当下，除了以上两种生态建筑表皮设计外，通过解读最新的案例5和案例6发现，在打破固有思维的情况下，生态建筑表皮呈现出采用最初级的材料，例如树木、草皮，但是运用系统解决方案技术来达到建筑表皮生态环保的效果。

案例5:2005年巴黎Quai Branly博物馆外墙改造项目，由植物学家出身的设计师Patrick Blanc完成，整面墙通过滴灌系统保持水分和养料，完全没有土壤。他的作品被称为垂直花园系统，可以在任何地方和气候环境下生存。整个系统由三部分组成，首先是起支架固定作用架设于建筑表面的一层铝制框架，然后在铝层上又加上一层PVC板，最后在PVC板表面铺上了一层合成纤维毛毡以便植物能够扎根。

案例6:米兰正在建设的垂直森林，由意大利建筑师Stefano Boeri设计，立体森林是一个生产、优化和恢复能量的系统。由植被所覆盖，该塔可以帮助室内平衡微气候、过滤城市环境中的灰尘颗粒。植物的多样性和其本身特点能促进系统生成湿气、吸收二氧化碳和灰尘颗粒、产生氧气并保护该塔免受辐射和声学污染。这不仅可以改善生活空间的质量，也能节约大量能源。

3．4 案例归纳分析

如图2所示，X，Y，Z轴分别代表材料升级、系统升级、结构升级三个指标。每一个指标有五个等级，一代表初级，五代表最高等级。在与专家讨论分析的基础上，将以上六个案例分别定位标注在坐标中，案例1的XYZ坐标(4，5，1)，案例2的XYZ坐标(2，2，1)，案例3 的 XYZ 坐标(2，3，2)，案例 4 的 XYZ 坐标(3，4，2)，案例5 的 XYZ 坐标(1，4，1)，案例6 的 XYZ 坐标(1，5，1)。

图2 案例坐标

4 结语

通过对以上案例的归纳总结，得出以下结论:1)生态建筑表皮设计未来有三个方向:a．材料科技创新方向;b．多层表皮结构创新方向;c．跳出固有思维模式，建立建筑表皮系统设计思想，设计手法是使用初级材料，系统化解决建筑表皮设计方案。2)未来在科技材料、结构升级和提供系统解决方案上都有很大的创新空间。把这三个方向相比较可以发现，实现材料创新需要大量的基础科学研究，从材料历史的发展角度来看，材料的革新并市场化从来都是能够改写历史的。表皮结构创新能比较好的达到效果，但是一般造价相对较高;系统升级生态建筑表皮还处于探索、难点各个击破的阶段，也将是生态建筑表皮未来发展趋势之一。

[1] 黄继红，范文莉．以建筑节能为导向的建筑整合设计策略[J］．工业建筑，2008(2):26-29．

[2] 贺 勇．建筑表皮的材料认知与建构逻辑——以慕尼黑的三栋新建筑为例[J］．建筑学报，2009(7):75-77．

[3] Meredith J．Building operations management theory through case and field research[J］．Journal of Operation Management，1998(16):441-454．

[4] 孙海法，刘运国，方 琳．案例研究的方法论[J］．科研管理，2004(2):108-113．

[5] 刘知己，曾 典．建筑改造中的表皮节能策略[J］．山西建筑，2006，32(2):230-231．