柔性模板混凝土技术理论与实践——以何里栖地39号地块建筑方案设计为例

关宇鑫（中国建筑设计研究院，山西 临汾 041000）

1 柔性模板混凝土技术的价值与创新

1.1 混凝土的“材性”

自从现代混凝土发明并被广泛使用以来，20世纪便成为混凝土的世纪，勒·柯布西耶、弗兰克·劳埃德·莱特、路易斯·康、约翰·伍重以及后来的安藤忠雄、扎哈·哈迪德、·大卫·奇普菲尔德等建筑大师都对这种材料进行了大量的运用与发展。混凝土以其出色的材料特性，成为一种可以脱离场所、去除文化的世界性材料，无视空间与时间，可供建筑师将其塑造为任何需要的形象。隈研吾在《自然的建筑》一书中称之为“随意性”[1]，混凝土在实际使用中成为其他材料装饰的载体——只需按照建筑师的想法将混凝土塑造为需要的形式，在其表面附上各式各样风格的装饰材料即可。

因此，从材料的视觉形式上来讲，混凝土是一种单一性的材料，其本身并没有特别的形式限定。最终决定其视觉表现的往往是浇筑时由其他材料搭建的用来塑造其形状的模板，以及成型后其表面上附着的装饰材料，其本质是借用混凝土这种材料作为载体来表现其他材料，而混凝土本身具有的自由塑形的特点以及其独特的硬化过程并未得到完全的体现。

1.2 柔性模板混凝土的材料创新

柔性模板一般是指使用可变性的薄膜为混凝土浇筑时提供支撑的模板材料，包括织物模板及非编织薄膜材料模板，以及其他具有特殊性质的材料。

柔性模板混凝土最早是应用于工程领域的建造技术。美国工程师古斯塔夫（Gustav Lilienthal）在1899年发明了这项技术并申请了专利，詹姆士·沃勒尔（James Waller）在1934年在此基础上对这项技术进行了发展，并在二战期间利用柔性模板设计了50个跨度在6m～12m之间的拱壳建筑。柔性模板混凝土在此之后长期应用于工程领域，近年来，爱丁堡大学和东伦敦大学等高校正在探索柔性模板混凝土的材料潜能（图1），其中以雷莫·佩德雷斯基（Remo Predreschi）和艾伦·钱德勒（Alan Chandler）的相关研究为主[2]。

图1 东伦敦大学使用织物模板制造的墙

因此，柔性模板混凝土在视觉表现上的关键点在于模板的选用以及塑形上。在模板材料的选用上，目前已经投入使用的柔性模板有棉、聚酯纤维以及无纺布等，但无纺布在拆模时不易去除。在模板的塑形方面，一般采用钢模板或者木模板使柔性模板达到预设的造型再进行浇筑，这样可以减少钢模板和木模板的用量，并且可以回收利用，降低建造的成本。

2 实证研究

2.1 项目概况

本文的实证研究以何里栖地39号地块建筑方案设计为例。项目位于北京市朝阳区崔各庄乡何各庄村，利用柔性模板混凝土技术在村内的一处宅基地上设计一个特色餐厅的建筑方案。从区位上来看，基地北侧临近地标红砖美术馆，东侧为网红果园餐厅，具有较强的商业氛围。当地希望通过对村子的整体开发，将村子的中街与果园西街打造为艺术商业步行街，带动这个地区的经济发展。基地处于中街与果园西街的路口，具有较高的商业价值。建筑的南侧和东侧面向村内的主要街道，西侧和北侧紧邻其他宅基地。在建筑南侧街道转角保留有一处小广场，需要与建筑一同进行整体设计（图2）。

图2 建筑总平面图

2.2 方案设计

建筑的主入口面向南侧的小广场，次入口朝向果园西街。建筑功能为小型西餐厅，同时还包含一部分居住功能，以满足经营者的需求。用地面积为398.6m2，建筑面积为568.5m2，分为两层。其中，一层包含营业区、吧台、包间、厨房、卫生间等功能，二层包含包间、公共就餐区以及居住等功能（图3）。

图3 一层平面图

建筑结构采用混凝土框架结构（图4），围护结构可根据空间的不同属性进行选择：在北侧的居室、厨房等功能要求较为明确的空间采用普通混凝土墙体，在南侧的就餐区以及包间则采用柔性模板混凝土墙体提高空间的表现力，塑造独特的空间效果，并将其延伸至南侧的小广场上，与广场的构筑物统一进行设计，以体现柔性模板混凝土自由延展的特点。

图4 剖透视图

2.3 柔性模板混凝土墙体的施工方式

柔性模板混凝土墙体的建造方式并不复杂，为达到快速建造的目的，在施工中可采用工地常用的脚手架作为柔性模板的支撑，可按照墙体的不同弯曲方式、厚度等条件进行灵活调整（图5）。浇筑完成后，支架仍可以进行拆解重复利用。柔性模板的材料可采用织物模板，可以灵活地塑造成各种形状，并且能很好地承受混凝土在浇筑时的荷载。

图5 柔性模板混凝土墙体施工方式

为确保柔性模板混凝土墙体的性能，避免墙体由于其随机性而造成局部过薄的情况，在墙体设计中设置基准线，以对其厚度的波动范围限定最小值，并在模具搭建时按照基准线的位置进行定位（图6）。

图6 模板定位图

爱德华·福特曾经在《建筑细部》一书中提出，现代建筑的建造方式越来越层叠化[3]。出于性能上的考虑，建筑呈现出一种复层化的状态，从而使墙体由多种材料叠加而成[4]。柔性模板混凝土墙体在建造中也可结合其他材料对其性能进行提升，如在内部加入钢柱再进行浇筑，可提升墙体的承重能力，也可在墙体内部放入挤塑聚苯保温板，分为内外两层进行浇筑，提升墙体的保温性能。

2.4 设备综合

柔性模板混凝土形式灵活，使其易于结合各式各样的设备管线进行整合建造，伦纳德·R·贝奇曼（Bachman L.R.）在《整合建筑》一书中对设备的整合策略做出了论述，建筑必须通过建造手段解决各个构件的摆放问题，使其互相协作，并总结了三种整合策略：视觉整合、物理整合及性能整合[5]。

在视觉整合上，柔性模板混凝土墙体可利用在建造过程中自然形成凹槽与褶皱容纳电气管线，并且使设备参与到空间的表现中。在物理整合上，可将设备空间与使用空间并置，设置专门容纳设备的房间，即路易斯·康所提出的服务空间与被服务空间。在性能整合上，也可通过人工控制，在柔性模板混凝土墙体内部形成空腔，结合架空地面组织设备管线，使其不参与到整体空间的表现中来，同时，墙体也可对设备起到保护作用。

2.5 模型验证

混凝土是一种全能型的材料，可以实现建筑的结构、围护、表面效果、防火、保温、隔声等诸多功能，同时，又具有较为简单的制造工艺，仅仅需要支好模板插入钢筋，注入混凝土，待凝固即可成型并投入使用。

为验证材料的工艺可行性及表现效果，制作了1：1的墙体模型（图7）。首先用钢管作为支架，在保证墙体基本厚度的情况下，在一定范围内随机摆放，再使用钢丝将其绑扎起来固定形状。在内部垫入帆布织物柔性模板后，向内灌注调配好的混凝土，边灌注边搅拌，防止气泡产生。混凝土由于自身的重量使织物模板从钢柱之间的缝隙向外鼓起，从而将其定型。随后静置2d～3d，待其完全凝固后即可拆模，得到了具有竖向线条表现效果的混凝土墙体样品。由于织物模板本身的渗透作用，样品拆模后表面密实光滑无气泡，视觉效果良好。

图7 二层的造价趋势图

图7 柔性模板混凝土墙体样品制作过程

3 柔性模板混凝土材料的表现力

基于上文对于项目的分析与总结，可以看到柔性模板混凝土的材料表现力是由混凝土材料本身的特性与模板材料的特性共同塑造的，对材料表现力的研究即是基于材料作为客观物质的物理特性和可以被人所感知的感官特性，发掘其在空间塑造上的潜力。

3.1 材料的物理特性

材料的物理特性是指材料本身作为客观物质所体现出的可以被科学认知的属性。混凝土本身具有易于塑形、成型后较为坚固而且耐久性强的特点，但往往受刚性模板材料的限制，在形式表达上并不自由，目前大量使用的混凝土梁柱及墙体所表现的只是混凝土在正交轴网限制下建造的结果。柔性模板混凝土由于柔性模板材料的特性使混凝土的表面更加灵活，能够适应多样形象塑造的需要，赋予设计更大的自由度。

经过合理设计的柔性模板混凝土，由于织物模板表面的渗透作用，可以有效提升混凝土表面的强度，减少气泡，使其密致、坚实、均匀，明显减少混凝土表面砂线，裂纹，抑制无机盐、氧气、潮气渗透，延长混凝土使用寿命。同时，模板的重量与体积较传统木模、钢模大幅度减小，运输方便，一般情况下加工也较简单。

内藤广在《结构设计讲义》一书中提出，“建筑技术的进步史即是以最少材料创造空间的历史”[6]。因此，柔性模板混凝土技术的特殊性还在于可以利用混凝土发泡技术，建造承重保温隔热一体化墙体，替代现有的“三明治”保温构造方式，简化墙体的施工方式，节约材料用量，为设计与施工带来极大的便利，有利于提升施工效率。这使得柔性模板混凝土相较于普通现浇混凝土体系拥有快速建造、施工简便等优点，在城市更新及乡村建设中有一定的发展空间。

3.2 材料的感官特性

每种材料在使用中都具有独特的审美体验，勒·柯布西耶认为建造的目的就是创造煽动人情绪的氛围，是诗意空间体验的媒介。因此，材料的感官特性就是材料在视觉、触觉、嗅觉等知觉层面的属性，可以触发人们对于叙事、情感的想象，具有一定的主观性。材料的感官特性也可以结合具体事物的状态，具有一定的象征意义。

柔性模板混凝土打破了人们往常对于混凝土形象的认知，在形态上具有一定的随机性。适用于复杂截面的梁柱、壳体及立面挂板等难以采用刚性模板完成的建筑构件。这种随机的形式结合具体承载功能的空间往往能创造出独特的空间体验。此外，柔性模板混凝土表面还会留下柔性模板的特殊纹理，可以根据设计的需要选择适宜的模板材料。

4 结语

当代建筑设计既是一个复杂的信息处理过程，也是一个知识密集型的创新过程。建筑作为一个人造的物质实体，既要考虑自身物质性的表达，也要注重对技术的转化。柔性模板混凝土是基于视觉表现对于材料工艺的改良与创新，其形式的塑造立足于建筑本体所关注的材料、技艺等方面创新。因此，在建筑的“产品化”与“商品化”的趋势之下，以材料技艺的创新为驱动力，探讨建筑学发展的可能性具有重要的意义。