瑞士再保险大楼的生态与技术设计的探索

林慧颖，张 悦

(长春工业大学，吉林 长春 130012)

0 前 言

诺曼·福斯特被称为“高技派”的代表。他生于1935年，1990年被英王授予爵士爵位，并于1999年荣获第二十一届普利策建筑大奖。由他设计的瑞士再保险大楼因其独特外形被设计界称为改变城市天际线的建筑，其打破了传统意义上“水泥方盒子”的外观，双层低反光玻璃构成的子弹型大厦呈现优雅的生态螺旋式伫立在伦敦城内，它高约180 m，楼高41 m。大楼以弧线和曲面的轮廓线最大程度上地融入了周边的环境之中。按照国际上的LEED评级系统，瑞士再保险大楼在“保护水质与节水”、“能效与可再生能源”、“资源节约”与“室内环境质量”等方面达到了39分(此为绿色“黄金”级)。且建筑研究组织对于此种办公建筑的指导耗能标准为175 kWh/m2，而瑞士再保险总部大楼实际耗能则是原有标准的1/7。

1 诺曼·福斯特设计思想

诺曼·福斯特善于在对于高科技的运用和现代生态主义的理解两股相互矛盾的力量中保持平衡。[1]在纪录片《你的建筑重几何——建筑大师诺曼·福斯特》中福斯特讲到：“一切都是新的开始，我愿意把我看过的项目都做一遍，再回味一遍，因为总可以再前进一步，如果不能够前进一步，那就说明你没有从以前的经历吸取教训，你不够敏锐，这时候就该停下，转换轨道了。”他对设计的敏锐和对新材料、新技术、新结构、新设备、新工艺的追求，勇敢地站在了时代的最前列，挑起了历史的重担,开始了从理性主义到新理性主义的飞越。他的设计具有如下几个特点：

1)作为高技派的代表人物注重高新科技在建筑中的运用。

2)善于在科技与生态中寻求最优点。

3)对于场所精神的探究并运用科技来解决在城市生活中人类无法充分与自然相融合的问题。

4)将自然元素充分利用，自然能源的最大化利用在建筑中。

2 瑞士再保险总部大楼的设计手法

2.1 外观设计

诺曼·福斯特对瑞士再保险总部大楼在外观设计上进行了创新性研究。首先是根据周围环境做出融合的设计，其次是对的风阻的研究，在风洞实验中诺曼·福斯特发现了圆润的曲线外形比传统的方形建筑更符合空气力学的原理，将气流平滑地从周围引过，对建筑的稳定性不会造成影响，同时也不会对周围建筑产生风力影响，降低了因狭管效应对周围步行者的影响。

2.2 生态设计

2.2.1 生态节能的设计理念

1)尽量减少非再生资源的利用，例如金属等。

2)减少开发时所造成的浪费，从而减少对环境的破坏与资源的消耗。

3)充分并合理利用自然资源，减少人工能源的利用。

4)关注生存环境，将自然生态系统移植于建筑内部以创造出生态的、宜人的空间环境。

2.2.2 自然光

诺曼·福斯特设计的瑞士再保险总部大楼十分注重对自然光线的利用，充分利用新型高科技的双层玻璃幕墙来获得更多的自然光照来代替传统建筑中主要依靠人造光源的情况。

大楼的整体外观是一个生态的曲线，呈现子弹的形态，显得圆润饱满，但这外形不仅是对历史的铭记也是对未来科技的追求，也是在自然光的利用上寻找到的最优解决方案。大楼整体的圆形设计使自然光线无障碍通过，每一层都拥有最好的采光，与在当今社会中设计师们热衷于利用通透晶莹的玻璃，和玻璃良好的透光性有着巨大的关系，且减少了现代主义之“水泥方盒子”与自然之关系的隔阂。

从室内角度可以看出，每个室内空间部分都有巨大的落地窗，大楼中空的设计保证了中庭的采光。大楼优质的采光节省了大部分白天照明用电的需求，同时也减弱了用电所产生的热能，进而大幅度减少了对降温的需求。在酷热的夏天，这种一举两得的设计将十分奏效。过强的光线，其中的紫外线成分还会严重危害视网膜特别是黄斑部的功能，不仅导致视力减退，且难以恢复。普通玻璃的透光率平均为80%左右，大楼双层玻璃的外层中用于遮光和隔热的玻璃，在要求坚固的硬性要求外同时要求反射率高；幕墙内层的玻璃要求既可以吸收红外线辐射又能保持良好的透射性。大楼配合使用双层玻璃幕墙既可以保证光线的充足又可以避免光的直射，使自然光更舒适，减少员工们对于太阳光直射所产生的眩晕的症状。

诺曼·福斯特所设计的我国香港汇丰银行大楼同样重视对自然光的利用，大楼的中庭的穹顶位置镶嵌着巨大的镜片，这个阳光反射的装置是通过电脑控制的，阳光通过镜片的反射和折射到中庭两侧部分，员工可以在自然光下工作，由于大楼采用中空的设计，所以即使建筑较低层的员工也同样享受的到自然光。从而不需要完全依靠耗能很大的电力的照明，而且达到环保节能的目的。

诺曼·福斯特设计事务所所设计的德国国会大厦同样也对自然光线的利用充分设计。首先，德国国会大厦采用了独特的双层穹顶结构，并在其上层穹顶的中心位置设置了可以将天然光直接反射到下层穹顶内的议会大厅中使建筑得到充足的漫反射的外层贴有360面镜子的圆锥形漏斗。既是一个大型的装饰艺术作品同时又兼备实用性，反射是人类获取自然光照的一种最古老的方式[2]，诺曼·福斯特将传统文化艺术上的隐喻加入其中。“自然光是唯一能使建筑艺术称之为艺术的光”[3]。自然光线的照度与色温是人造光源无法比拟的，在自然光的折射后所产生的丰富的光影效果，赋予了建筑无穷的诗意与美感。

2.2.3 自然风

当今社会人们的环保意识逐渐提升，世界各个国家都对节能和环保相关的结构设计上十分重视。瑞士再保险总部大楼整个建筑挺拔圆润，钢铁包裹的玻璃建筑给人力量的美感，和科技的未来感，大楼造型的创新虽然带来的人们的质疑，但大楼既轻松又庄严，既肃穆又温润，还是给人一种前所未有的心灵上的震撼，也是诺曼·福斯特所追求的一种以建筑为载体的艺术。大楼的玻璃幕墙在当时是技术上的一种突破，被官方称为双层呼吸式玻璃幕墙。

呼吸式玻璃幕墙之结构原理是由表里两层玻璃幕墙组成，使大楼于外界呈现出一种生态的，螺旋状的，包裹着整个大楼的内部结构，两层玻璃幕墙之间存在一个能充分让空气流动的密闭的空间，在传感系统的配合下，当室外的温度与风速达到稳定合理的水平的时候，电脑自动控制打开进出风口的百页窗，让室外的气体引进室内。

在双层呼吸式幕墙应用于季节时，夏季主要是基于“烟囱效应”将通风的百叶窗打开进气口的位置吸入空气进入热通道，通道中的空气受热出现由下而上的热运动，并通过排气口排到室外，以降低室内温度。冬季时基于“温室效应”的原理，关闭窗户即可成为一个闭合的空间，热通道成为温室，而且双层玻璃可以有效地解决热量的流失。

2.2.4 楼宇花园

楼宇中花园的设置也是诺曼·福斯特的一个匠心独运的设计。根据调查成年人大概每人每天消耗0.75 kg氧气，排出0.9 kg的二氧化碳。绿色植物进行吸收空气中的二氧化碳，并提高空气中的氧气和负氧离子的水平。人均绿化面积需要达到10 m2的时候生活空气则会是一个最理想的状态，所以在诺曼·福斯特的设计中他将绿化的必要性结合在建筑中，设置楼宇花园，成为大楼里天然的空气净化器。大楼中电磁辐射也同样是对人体伤害的一个方面，楼宇花园也具有吸收电磁等微波辐射的效果，对员工的办公环境具有提升的效果[4]。

从大楼整体构造来看，楼宇花园和整个大楼里的通风系统完美的结合为了一体，在螺旋形的玻璃呼吸幕墙中盘旋在整个大楼的通风口都布置了充分的绿化，在空气循环中通过幕墙中的沟槽吸入，可以给整个大楼提供富含氧气的清新空气，成为了整个建筑的肺，完美的将生态与建筑融为了一体。

2.3 技术设计

2.3.1 设 备

诺曼·福斯特大楼中设置了光照度传感器，科学并适宜的减少电力照明，极大的减少了能源的消耗。

光照度传感器现在来说已经是一个非常常见的设备了，多用于电子产品的光线强度的控制，大棚光照强度和时间的控制，也用于在新型的智能家居以及大楼的照明控制上，往往都是可以通过照度传感器来控制的，利用照度传感器的调整后可以节约大量的电能，也完全可以达到人们所需要的亮度。与此同时，光照度传感器给人们的启示不仅是在于光线的调试，在温度、湿度、空气等方面也同样可以加设传感设备，来提升建筑的节能性，减少碳的排放。

诺曼·福斯特在他的时代找到他探索的设备并完美的融合在他的建筑设计中，为后人提供了新鲜的血液，为今后的生态与节能减排做出了巨大的贡献。

2.3.2 材 料

在诺曼·福斯特的设计中非常重视高科技材料的运用，不拘一格的使用更新型的材料，不拘束于形式主义，对于大楼底层采光通常是使用中空的设计，例如伦敦的瑞士再保险大楼，我国香港的汇丰大厦，与德国国会大厦，它们通常是有着巨大的中庭。在技术的发展下，光纤产品已经从一开始的主要用于信息的传输转向了暗部采光的一个重要材料。

光导纤维技术的应用：光导纤维是利用凸镜聚焦以提升太阳光照度，利用光纤的导入[5]，自动追踪太阳。光导纤维系统最突出的优点是可以用于多层建筑上，自由度较高，路径可弯曲，光线柔和。极其适合大型建筑，利用自然光将底层或者地下空间照亮，达到节能的目的。

3 设计启示

3.1 建筑与环境融合

当今我国发展迅速，但在经济发展的同时，生态问题的严峻性让设计师们开始走向了生态节能设计的道路。其要求从生态学与设计学的角度出发设计出得以将人、建筑与自然三者和谐统一的最优关系建筑，与此同时，也关注对生态环境的未来改善与经济的持续良好的发展。

传统建筑的设计理念通常是片面的注重建筑结构的特色，而忽略了周围生态和建筑环境的特点[6]，往往造成了建筑在环境之间显得格格不入。未来的设计理念发展趋势为生态化与共生的设计理念，重视建筑与环境是一个共生的有机整体，二者应相互融合，不仅不破坏彼此而且达到共存共生的和谐效果。因此，在考虑设计的产品性的同时也应考虑当地整体的人文环境与自然环境因素，瑞士再保险大楼在寻求创新与突破的同时很好地融入周围环境。

3.2 双层呼吸式玻璃幕墙

自然风的利用是现代建筑的一个重要组成部分，海拔越高风力越强，强风下高大的楼体不再可以进行简单的开窗通风，这便是设计师需要思考的重要范畴。抽风机、换气扇、新风系统虽然都是现代建筑中必不可少的空气装置，但是如何利用自然的本身，帮助人们找到自然本性的归属感还是一个亘古不变的话题，如何将建筑带入自然，如何将人安置于自然的设计中，如何利用自然来消解城市带来的不良影响，是设计师最应认真思考的问题。

双层呼吸式幕墙技术的实际使用是对节能问题加以解决，高层建筑单纯依赖电暖设备机械通风所带来的问题有效降低。在现代双层呼吸式幕墙逐渐成为建筑建设中使用的主流幕墙[7]。

3.3 楼宇花园

楼宇花园不仅具有生态的功能，在经济价值的提升上也有很大的作用。一个大楼中的绿化如果达到了规模，并且具有一定的景观意义，在审美上也有着独特的价值，那么这栋楼的附加值一定会随之提升。从大楼中员工的角度来说，楼宇花园是一个可以放松休闲的场所，也是一个灵感迸发的空间；对于客户来说，楼宇花园是一个洽谈的良好空间，在一定程度上象征了整个公司的形象给客户留下深刻的印象。

3.4 地下空间的光导采光

1)清洁环保节能：光导系统采用的是自然光，其清洁无污染与消耗，同电力照明相比产生热量少，可以节约大量能源[8]。

2)质量轻：有利于搬运和安装。

3)技术安全可靠：需要电源，没有光电转换环节，减少事故的发生。

4)光照舒适柔和：以“漫反射”的形式将光线导入室内，常见问题如“电力照明频闪”、“发热和噪声”皆不会存在。光导纤维中的涂层可过滤紫外线，减少对人体的伤害。

在现在设计中光导纤维已经成为了地下采光中一个重要的材料。光导系统的优点让它在设计中变成了一个炙手可热的项目。

4 结 语

通过对瑞士再保险大楼的生态与技术方面的研究，诺曼·福斯特尽可能运用自己擅长的高新技术来解决人类对于美好生活的向往，良好生活环境的追求做出技术与审美的统一。在当前我国作为一个发展中国家来说，高新材料与技术的应用也是值得探究的同样也是必不可少，但是如何在高技术高造价与经济之间做出衡量也是我们必须所考虑的问题。诺曼·福斯特认为技术与材料只是设计的一种表现技法，并不能作为一种设计语言独立存在。但他发掘并利用新的技术建造，使建筑在未来使用保持节能环保，在技术方面的执着钻研给现代建筑师们提供了一个新的切入点。

从勒·柯布西耶到诺曼·福斯特是一种现代主义建筑的延续与继承，但并不是一种单纯的继承，而是在发展中创新，是在现代主义中寻找绿色化与生态化的理性发展。重视高新技术在设计上的运用，也是他被称之为高技派代表人物的原因。21世纪已经到来,可以预见未来的建筑学将是人文主义的建筑学,是高技术、绿色的可持续发展的建筑学——一种基于新理性主义基础之上的建筑学。

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