基于环境调控的现代建筑设计策略——从拉金大厦说起

陈健楠

南京大学建筑与城市规划学院 江苏 南京 210093

1 19世纪基于环境调控的建筑设计策略

自建筑诞生之时起，人们就一直追求着在建筑中实现更适宜生存的环境。18世纪时的欧洲，由于城市快速扩张和人口密度急剧增加，引发了如恶性传染病等社会性环境问题，人们不得不开始关注建筑中的卫生问题，对通风、采光以及温度进行有意识的认知和控制。面对不断出现的新功能公共建筑与它们持续扩大的规模，传统的设计方法已经难以满足其环境所需，一系列新型的环境调控设施应运而生，通风、供暖与建筑卫生迅速从一项工程技术变成一门学科。资本主义兴起之后，新兴的商业与工业建筑要求对建筑环境进行更精确的调节，这一方面推动了自然科学在建筑工程中的进一步应用，另一方面迫使建筑师将环境调控因素更谨慎的纳入建筑的设计中，而非仅仅凭经验推测落成后的环境效果[1]。

图1 自然通风的教堂设想

图2 惠灵海关同时作为供暖管道与结构的铁构件

尽管在当时绝大部分采用环境调控理念的建筑设计中，环境调控设备都作为一种辅助性设施被隐藏在使用空间之外，并未对建筑的空间形式产生任何影响，但实际上建筑师很早就开始介入建筑中的环境调控并将之作为统一的设计要素进行考虑。查尔斯·理查森在《建筑采暖与通风实用论》一书中曾提及17世纪的教堂利用塔楼和地板夹层作为风道，以烛台加热空气作为动力而实现的自然通风（图1），这是将环境调控与建筑空间形式进行共同设计的较早设想。18世纪末，随着蒸汽机取代水力成为重要能源，建筑开始利用管道和辐射板传输蒸汽进行取暖。在1799年的索尔福德工厂以及阿姆雷工厂（Armley Mill）中，蒸汽通过空心铸铁柱从地下室输送至上层空间后从顶部排放，并且管状的空心柱比同等抗弯强度的实心十字柱节省了30%的用铁量。1859年落成的惠灵海关（Custom House at Wheeling）更是将空心箱型梁和空心铸铁柱共同作为蒸汽供暖管道，实现环境调控设施与建筑结构的进一步结合（图2）。在这方面走得更远的是19世纪的温室建筑，它们将类似的铸造物用于供暖、通风、给排水等系统，并与新型大面积采光玻璃结合实现新的建造形式。

19世纪下半叶，中央供暖与通风系统已经遍布欧洲与美国的各类大型建筑物。1903年的维多利亚皇家医院（Royal Victoria Hospital）首度以环境调控作为设计出发点规划了整个建筑的空间布局，立面重复的架高病房以及病房之间标志性的通风尖塔正是基于环境调控的设计策略所产生的新形式，尽管其外观仍与现代建筑相去甚远。

2 拉金大厦与基于环境调控的设计策略

由F.L.赖特设计，于1906年竣工的拉金大厦（Larkin Building）是从环境调控出发进行建筑整体设计的一次重要尝试。它吸收了前辈们的经验，进一步将环境调控、建筑内外空间、形式与结构有机地结合在一起，从而生成了一种强烈的、极具纪念性的外部形式。英国学者班纳姆对此评论道：“即使赖特此后什么都没有设计，他仍能以这个建筑在20世纪设计先驱者中占有一个无可争辩的地位。”作为赖特的第一个非私人住宅项目，拉金大厦的形式生成逻辑可说是极为反传统的。它一反在草原式住宅中惯用的利用轻薄的水平线条消解体量的手法，而是被厚砖覆盖，以一种强烈的封闭实体的姿态呈现。这样的结果固然有着经济因素的影响，但更多是基于对建筑内部环境的功能性需求而采取的设计策略[2]。

从外部环境看，大楼位于一片工业区内，几乎完全被铁路所环绕，附近的一座煤气厂使当地有着严重的空气污染。正因如此，赖特选择以封闭内向的姿态来面对这一糟糕的周边环境，通过人工环境控制和合理化室内配置解决内部功能问题。主要的五层使用部分围绕着高敞的带有顶光的中庭进行布局，中庭被四角作为垂直交通核的高耸塔楼环绕，塔楼顶部设有进气口来吸取外部较为清洁的上层空气。垂直交通以及主动式空气调控设备被安置在四角的塔楼中，每个塔楼底部均有一个抽风机，可根据需要独立运行，通过地下室地板下的排气管道相连以平衡负荷。在每个地下室的机房中，空气被清洁、加热或冷却，之后被细分至一系列隐藏在内柱后表面贯通各层楼板的立管中，立管在每层分别转换到更细分的水平向管道，空气即经由这些管道输送到每个楼层。天花顶部的每个梁均由两个I型钢拼成，空气管道则安装在两个I型钢之间的空隙中和阳台前部形成的空心结构中。所有的出风口都位于梁和阳台的下方，每层地板上一种特殊染色空心砖形成的粗格栅则充当回风口，通过外壁柱中隐藏的管道将空气吸入并汇集在地下室，通过鼓风机从塔楼墙体中的管道排出（图3）。

得益于市政建设的发展，建筑在设计时内置了电力管线与标准化的电力系统，不仅提供了电力照明以补足采光不足导致的昏暗，并且预留了与大规模办公功能相适应新型通讯电器如电话、电报机等的使用条件。因而赖特敢于采用外墙极少开洞的做法，以回避与外部糟糕环境的任何视线联系与噪声干扰，从而使建筑呈现极为封闭而内外割裂的环境状态。

图3 拉金大厦典型通风管与通风口布置

3 拉金大厦对现代建筑设计的影响

在拉金大厦中，环境调控系统在内部功能和外部形式之间起着至关重要的作用，其最终形式来源于从环境调控出发的设计策略，而非在设定形式之后加入设备，在这一点上拉金大厦与那些使用环境调控设备的前辈们划出了明显的界限。环境调节的主体设备和垂直交通整合在相对独立的塔楼内，既解放并纯粹化了主要使用空间，又以实体性的体量在构图上占有重要作用。形式生成的过程中明显将主要使用空间与设备、交通所需的非主要使用空间分离，设备的引入强化了建筑的构图，形成了强烈的纪念性，明显的轴线以及教堂中庭式的空间，正应和了委托方希望将劳动与宗教和道德关联的愿景[3]。

赖特采用砖砌这一结构元素作为形成管井、楼梯等辅助功能的材料，并将这些辅助功能形成独立的空心柱状元素，同中心的办公空间进行区分。这是第一次将技术设施与结构结合的空间表达，在操作层面对路易斯·康等新一代的建筑师提供了直接的范例。也即班纳姆所说“在以结构和外在形式发展为关注点的常规建筑史研究和作为人类环境创造发展的现代建筑史研究之间建立了联系。”在拉金大厦内，无论是整体布局还是细部都与建筑功能与内部经济的转变保持同步。赖特寻求的是一种用以处理内部空间的非物质实体的技术手段，从而使设备和环境设计被良好地整合进空间组织，在这之前空间的组织从未将其考虑在内，这也是同时代欧洲建筑师们一直在追寻的现代建筑精神。遗憾的是，拉金大厦已于1950年被拆除。

赖特对于环境调控的态度并不只是依靠新型设备达成的，他所追求的是人类生存环境的品质，而非先进的技术，在同一时代他也建造了几座没有引用新型设备却同样通过设计手法改善了环境的建筑，他试图将适度的技术与建筑结构形式融合起来，这在他之后的有机建筑实践中得到体现，并且对二十世纪的机器美学的出现与发展造成了深远的影响。