当代动态建筑设计应用分析——以ACE咖啡厅立面改造为例

蒯 鼎 昆明理工大学建筑与城市规划学院建筑学硕士在读

徐建勤 中国建筑设计研究院有限公司中级建筑师

黑格尔说过：“如果说音乐是流动的建筑，那么建筑则是凝固的音乐。”在人们的普遍认知里，建筑是固定的。随着科学技术的不断进步，动态建筑也成为可能，动态的建筑可以为空间带来更多的自由性、开放性，为设计赋予更多可能。但随着现代科学的不断发展，机械成为独立的学科，可变动态也开始脱离建筑学的范畴，这引起了部分建筑师的注意，开始探索动态建筑的设计方法。William Zuk 在《Kinetic Architecture》一书中介绍了动态建筑的概念及其应用情况[1]。而随着数字技术的发展，设计师有了更强大的工具来设计动态建筑，本文将以ACE 咖啡厅的立面改造为例，进行详细探讨。

1 动态建筑的发展历程

1.1 古代的可动建筑

早在古代，人们就尝试建造动态建筑。《建筑十书》曾记录过一座用木头搭建的临时剧场——库里翁剧场，可以调整变化以应对不同的场景，这是目前能找到的最早关于可动建筑的描述[2]。我国明清时期的“活檐”和“开合式天井”也是动态建筑的实例[3]。据记载，明代有一种活檐做法，在瓦檐下另设板棚，根据不同天气旋转不同方向，雨天可以防止雨水进入室内，晴天收起以引入光线。有的民居通过开闭天井的格棚来调整日照，日照强烈则关闭天井遮阳，平时则开启天井通风，可以有效改善室内环境。

1.2 现代的可动建筑

法国建筑师让·努维尔在1987 年设计的阿拉伯研究中心是最知名的动态建筑之一，其表皮由3 种尺寸的空洞组成，可以像相机光圈一样调节光的入射量。Aedas 建筑事务所设计的阿布扎比投资委员会新指挥部大楼可以利用计算机控制动态表皮的开合来改变表皮的投影面积，从而降低建筑能耗[4]。卡拉特拉瓦设计的众多动态建筑更是将可动建筑带到了一个全新的高度。密尔沃基美术馆就是其中的典型，户外设计的一组百叶可以如同羽毛一般随着阳光调整自己的角度，仿佛一只展翅高飞的鸟。除此之外，世贸中心交通枢纽、科技创新大厦及瓦伦西亚艺术科学城等也是非常出色的可动建筑。随着系统控制技术的发展，动态建筑开始往互动建筑发展，建筑师尝试将空间和使用者看作一个整体，设计出可以根据使用者行为变化而变化的空间，不过目前还处于研究阶段，距离实际应用还很远，仅限于构筑物，而且控制设备极易损坏，再加上使用时限很短，无法满足建筑的长期使用需求。

上海复兴艺术中心是国内较为出名的动态建筑，由英国著名建筑设计师Thomas Heatherwick 设计，其外立面由675 根铝合金组成，是一个被3 层移动幕帘包围的动态建筑，每隔2 h，铝合金组成的帘幕就会缓缓流转，排出优美的弧线。如流转的“流苏”，展现着独特的动态之美上海旗忠网球中心则设计一个可开合屋盖，根据需要让8 片屋盖沿着屋顶滑轨滑动来完成屋顶的开关。

但是这类设计的造价通常都很高，而且极易损坏，对于设备的稳定性要求很高，运行和维护成本也很高，所以如今类似的尝试越来越少。但是，一部分设计师尝试使用其他技术手段实现动态效果。比如，上海龙湖天钜项目就使用不锈钢拉锁固定金属风动片，限制其在一个方向进行移动，让金属片在风的吹拂下飘舞，自然流畅，轻盈灵动，也就是人们常说的风铃幕墙[5]。因此，设计师在设计动态建筑的时候应该更多地考虑实际因素，不能盲目使用新技术、新材料，应该结合实际项目进行调整。

2 ACE 咖啡厅的动态立面设计应用分析

2.1 项目介绍

ACE 咖啡厅位于北京市的798 艺术区，源自英国伦敦的机车主题餐厅，由原751 火车站改建而成，dEEP Architects 设计，其外观及内部构造如图1 所示。

图1 ACE 咖啡厅的外观和内部构造

2.2 数字技术和机械设计的结合

通过数字技术和机械动力学的结合，设计师在面向798 艺术区的西侧设计了一个可以打开的金属墙面，可根据功能需要打开或闭合，以供汽车开入室内作为展示。同样的设计语言也应用在室内吧台的墙面，不锈钢的金属墙面在打开、闭合的过程中犹如一个呼吸的生命体。这一变动效果是由顶部的齿轮带动轮带实现的。而项目之初，设计师为了验证这一设计想法的可行性，甚至利用乐高进行尝试。

在通过乐高模型验证设计的可行性之后，设计师通过参数化设计的手段在模型中模拟了动态效果。为了让整个立面更加富有动感，设计师设计了3 条基础线干扰金属立面杆件的不同分段位置，让金属墙面在折叠的时候呈现不同的分叉，仿佛一朵炸开的金属花朵。室外金属墙面的关闭和开启状态如图2 所示。

图2 室外金属墙面的关闭和开启状态

而在室内吧台处的金属立面，干扰曲线减少为两条，不仅通过既定的曲线干扰金属杆的分段位置，还通过调整齿轮的速率影响底部抬起的高度，从而获得更加富有动感的曲线形态。室内金属墙面的关闭和开启状态如图3所示。

图3 室内金属墙面的关闭和开启状态

从每一个折叠单元来看，就是将直线分成两段，并以各自线段长度为半径，以两端点为圆心绘圆，将一侧的圆向另一侧移动。两个圆的交点，就是杆件折叠的交点，只要根据设计师指定的干扰线，给不同杆件设置不同的分段位置，就可以实现金花一样的炸开效果，如图4 所示。因为掌握了基本的变化原理，所以设计师并不需要使用诸如Solidworks 之类的专业机械设计软件来模拟实际效果，在Rhino中借助Grasshopper 就可以实现。

图4 室外金属墙面几何概念演示

深化阶段，设计师必须尽早同专业的机械设计师进行交流，具体的深化问题由机械设计专业人员解决，但是设计师必须提供相关的数据，比如最重要的就是传动比，此时就能体现出参数化的优势。设计师利用Grasshopper软件可以很容易计算出传动比并进行输出，甚至可以直接在模型中模拟实际的齿轮传动效果，从而有效提高设计效率，如图5 所示。

图5 室内金属墙面细部和传动比计算图

3 结语

ACE 咖啡厅动态立面设计结合机械自动化实现的动态空间效果，与ACE 咖啡厅的机车文化的契合是非常好的设计。数字技术的发展为研究动态建筑设计提供了契机，因此要把握机会，深入研究动态建筑设计并将其应用于实践中，为建筑设计提供更多可能性。