当代金属表皮在公共建筑外立面中的应用新趋势

吴文慧

南京市建筑设计研究院有限责任公司 江苏 南京 210000

引言

自从人类学会从矿石中冶炼金属，各种金属就陆续开始进入人们的生活。在建筑学领域，19世纪伦敦水晶宫及巴黎埃菲尔铁塔都是早期应用金属作为结构构件的典型作品，同时期世界上第一座钢筋混凝土的建筑在美国落成。伴随着科学技术的不断发展，金属材料不仅作为承重结构的重要材料之一，也是各类建筑构件如扶手栏杆、窗框立挺等的重要构成成分。一代代的建筑设计师们将金属材料由局部的装饰构件逐渐发展成为可以大面积应用于建筑外立面上的一种新时代立面材料。

1 金属表皮的基本特征

常见的金属表皮材料包含钢、铜、铝、钛、锌等，其拥有较好的强度、韧性、延展性、可加工性，适合工业化生产制作各种尺寸精度的型材、板材、线材等。同时，金属是电与热的良导体，具有良好的光反射和吸收能力；金属的光泽感、色彩、纹理和质感与其传递给人们的美感息息相关[2]。与木材温暖柔和、玻璃清冷通透、石材厚重典雅的质感不同，金属表皮常给人一种简约刚毅之感。

金属表皮的缺点也是很显著的：第一，金属幕墙如果想要达到较高的方案造型完成度，对施工工艺要求较高。施工精度不高会导致幕墙单元间接缝参差不齐，板面不平等问题，会使金属幕墙建筑有“可远观不可近察”之感。第二，金属幕墙的建筑随着时间推移，容易受温度、环境等外界影响而产生变形、变色、脱色、起鼓等，耐久性较差[1]。

2 金属表皮在公共建筑外立面中表现形式

近年来金属表皮在公共建筑外立面中表现形式主要分为以下几类。

2.1 金属板材幕墙

金属板材作为建筑外表皮使用时，既可采用平面金属板也可生产如翼缘折起的异形金属板。板材间通过焊接或栓接相连，并通过角码方钢等固定于承重构件上，与石材、玻璃等材质区分塑造出立面的体块关系，传递建筑造型的独特魅力。目前金属板材幕墙的材料除常见的铝板、不锈钢板外，还可根据设计师对造型风格的需要，加工出如镀铬铜板、锈钢板、拉丝不锈钢板、烤漆不锈钢板、水波纹不锈钢板等不同颜色、不同纹理的板材。

2.2 金属穿孔板

穿孔板简单来说即为打了孔的金属板，一般是将铝板等金属板经过冲压床或铣床加工，形成指定的孔洞直径及密度。穿孔板拥有金属表皮自带的工业化前卫气息，可以打造时尚现代的美感。目前穿孔板的孔洞都可以根据设计加工成不同大小、密度、形状，形成各不相同的半透明视觉效果。且孔型不断增加，包括矩形孔、方孔、菱形孔、圆孔、椭圆孔、六角形孔、三角孔、十字孔、鱼鳞孔、八字孔、梅花孔、不规则孔等。穿孔板材料多为不锈钢板、铝板、铁板、铜板等，目前实践中大多采用穿孔铝板，其重量轻、化学稳定性好、加工性能好、造型美观、色泽优雅且组装方便。

穿孔板的多孔性使得金属表皮两侧空间互相渗透，模糊了原有的内外界限，从形式上创造一个半开放的空间[3]。同时，穿孔板在阳光或灯光的照射下，能够产生丰富的光影效果与层次感。近年来大量建筑师运用穿孔板工艺结合计算机参数化设计可以生成特定图案及效果的建筑表皮，使建筑拥有更加独特的外立面特征及气质。例如图1为加拿大考斯顿设计的“兴．舍”，通过穿孔的大小及密度变化形成“森林”表皮图案。

图1 “兴．舍”立面中“森林”表皮

2.3 金属格栅板

金属格栅板根据生产加工工艺不同可分为压焊式与压制式两种。目前金属格栅板在公共建筑外立面中主要有两种运用方式。其一可兼为设备机房百叶设计，多为水平方向格栅，且格栅单元叶片倾斜角度及排布密度均需统筹考虑设备通风散热与外立面造型要求。其二多为建筑造型或装饰，可为水平或垂直方向格栅，格栅单元可为片状或管状等灵活形态，片状厚度或管状直径大小均可根据立面整体效果需要进行设计调整，进而指导工厂加工。例如，武汉华为研发区内部分玻璃幕墙外悬挂竖向金属格栅，实现朦胧的优雅美感。

2.4 雕花外壳

Rhino、Revit平台下的参数化设计及三维打印雕刻技术的发展使得金属雕花外壳成为近年来新的流行趋势。与穿孔板运用孔径大小及密度不同来创造图案效果的原理所不同，雕花外壳的镂空部分已不局限于某一种规则几何形态，而是直接以某种图案为原型，结合工厂激光雕刻工艺生产为单元构件，按编号顺序通过龙骨及锚栓相互连接。例如阿格德角议会宫（图2所示），2900㎡的白色金属雕花外壳，以一种惊人的方式演绎了海底的主题。

图2 “阿格德角议会宫”金属雕花外壳

2.5 金属编织网

金属编织网是指用各种金属丝或缆线通过一定编织方法而形成。金属编织网的柔软性、组装的灵活性及拼接的无限性，可以创造更加复杂如双曲或“非欧几里得”的建筑形体的表皮。例如，为纽约事务所SO-IL设计的位于韩国汉城Kukje艺术展廊（图3所示），建筑柔软的外表皮将建筑与艺术和历史的关系重置。内部几何体积被网状面纱表皮笼罩而得以弱化。这个金属编织网是由510000个单独的金属环焊接而成，坚固而柔软的网包裹在建筑外，赋予建筑一个模糊的可解读为多种意义的身份。同时，金属编织网随着视线、光线角度的变化而产生丰富的视觉效果。另一方面，金属编织网相比较于穿孔板，其构成元素多为金属丝，尺度小而细腻，减少了大面积使用金属网板带来的工业感及粗犷感。

图3 Kukje艺术展廊

2.6 风动幕墙

风动幕墙是近年来开始广泛运用于一些偏文艺示范类建筑（如景区接待中心、住宅示范区、图书馆、展览馆等）外立面中的幕墙形式，亦可称其为风铃幕墙，其原理可以简单归纳为利用动力学的风力来模仿风吹的效果。结构较为简单，通常用不锈钢拉索把金属风动片串联起来，固定住风动片的单边，限制仅在一个方向移动。由此让墙面在空中随风飘舞、轻盈灵动、自然流畅。

风动幕墙根据飘动方向不同可分为水平式与旋转式，也可根据风动片的排列组合方式不同亦可分为重叠式与不重叠式。而得益于金属加工工艺不断得精进发展，风动片的形状从最初原始的矩形叶片，发展出了菱形、多边形、圆形等多种不同的形状。金属极强的反光力和独特的金属光泽能更好地表达设计师对于立面“流动性”的设想[4]。

目前，实践中较为常用的风动幕墙的金属材料包含铝板、不锈钢、铜等。其中不锈钢亮面材质伟目前风动幕墙的首选材质，其坚固耐久、简约美观、防污、抗腐蚀性能佳可以使风动幕墙效果持久长新。但不锈钢材质风动幕墙也有密度高、重量大、造价高的缺点。铝板凹凸材质也是风动幕墙较为常用的材料，主要其颜色质感独特、铝板可塑性强可加工成多种形状，且性价比较高，并能与玻璃、石材幕墙等材料完美融合。然而铝板疲劳性差，容易发生变形。铜材质在经过氧化后有其独特的金色光泽吸引人们的眼球，可以达到一定的装饰装修效果，但其造价较高且易氧化。

风动幕墙虽然有较为独特的视觉听觉艺术呈现效果，但在实际应用中不可盲目使用。首先需明确“表皮”的存在是为了更好地服务于“内部功能”，不可舍本逐末。其次，风动幕墙由于造型的独特性和安装的特殊性是悬浮在空中的，固定支撑较少，需慎重考虑其运用的地区风力情况及其运用的建筑高度等条件。且为了达到最佳完成效果，需与内装、景观、照明等多专业交接配合。

3 结束语

材料科学与建筑科学的发展日新月异，金属表皮材料与表现形式也不断更新迭代，建筑设计师需要在造型艺术、空间效果、细节构造、成本造价等诸多方面加以思考、取舍、权衡，最终成就一栋优秀的建筑作品。