1 裝配式外圍護(hù)——建筑的老問題與新挑戰(zhàn)

無論理論如何深奧，技術(shù)如何復(fù)雜，建造房屋的最終目的是在隔離人和自然的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)建筑與環(huán)境的對話 , 也就是在提供舒適、安全的物理環(huán)境的同時，考慮人與自然環(huán)境、文化環(huán)境的關(guān)系，把建筑建成一座盡可能耐久、舒適、經(jīng)濟(jì)的人類活動外殼。而外圍護(hù)正是建筑的關(guān)鍵組成部分。作為建筑與外界環(huán)境接觸交流的主要界面，外圍護(hù)起著“雙向過濾器”的作用，控制光線、空氣和熱量內(nèi)外交流以及減少水分、塵土、噪音和蟲害等干擾，是實現(xiàn)建筑功能的重要元素。外圍護(hù)技術(shù)如何更好地表達(dá)建筑理念，實現(xiàn)營造目標(biāo)，一直是建筑工業(yè)化重點關(guān)注的問題。

相較其他行業(yè)的技術(shù)發(fā)展，建筑行業(yè)的“裝配”技術(shù)并不先進(jìn)，但是建筑的“裝配”行為卻可以一直追溯到古代建造過程中。外圍護(hù)裝配早在“冬則營窟，夏則居巢”的遠(yuǎn)古時代就已經(jīng)出現(xiàn)，一直持續(xù)發(fā)展到今天。手工業(yè)時代已經(jīng)出現(xiàn)了諸多標(biāo)準(zhǔn)化的單元預(yù)制構(gòu)件，如我國傳統(tǒng)建筑的瓦、門扇等。兩千年前游牧民族使用的帳篷也可看作簡單的裝配式外圍護(hù)，帳篷部件需要滿足運輸方便，能夠短時間內(nèi)搭建和拆除的要求。哥倫比亞大學(xué)藝術(shù)史與考古系教授貝利·伯格道爾（Barry Bergdoll）認(rèn)為“預(yù)制可以追溯到古代，有關(guān)建筑行業(yè)經(jīng)濟(jì)的悠久歷史”。建筑的產(chǎn)品屬性催生外圍護(hù)裝配技術(shù)，建筑產(chǎn)品質(zhì)量隨著制造技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)步。汽車、飛機(jī)、船舶等制造業(yè)在短短的幾十年或者幾百年間從手工制造發(fā)展成為機(jī)械化、數(shù)字化的定制生產(chǎn)，其產(chǎn)品在功能、形式、生產(chǎn)工藝、造價控制等方面都已經(jīng)達(dá)到了令建筑師望塵莫及的水平。建筑師不得不思考如何在制造業(yè)的發(fā)展軌跡中尋找經(jīng)驗，充分利用當(dāng)前的工業(yè)技術(shù)，開啟“智造建筑”的時代。

2 外圍護(hù)為何裝配——建筑工業(yè)化視角

現(xiàn)代意義的裝配是將產(chǎn)品部件按規(guī)定要求組裝、調(diào)試、檢驗，使之成為合格產(chǎn)品的過程。建筑行業(yè)的裝配雖然達(dá)不到如制造業(yè)普及的程度，但還是隨著與制造業(yè)的融合而得到了快速發(fā)展。工廠預(yù)制是建筑業(yè)與制造業(yè)聯(lián)系的樞紐，現(xiàn)場裝配把制造業(yè)的高效率、高質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢轉(zhuǎn)移到建筑業(yè)，驅(qū)動建筑業(yè)的工業(yè)化進(jìn)程，加強(qiáng)外圍護(hù)與裝配式的緊密聯(lián)系。

行業(yè)經(jīng)濟(jì)的需求孵化了預(yù)制裝配，16 世紀(jì)之后的諸多歷史事件則為其提供了營養(yǎng)充足的發(fā)育溫床。從西方的殖民主義運動到兩次世界大戰(zhàn)，從北美的淘金運動到戰(zhàn)后的城市復(fù)興，現(xiàn)代城市發(fā)展對大量房屋建造的需求，結(jié)合工業(yè)化發(fā)展產(chǎn)生的新型材料：鋼筋混凝土、鋼材、玻璃等，促使裝配式外圍護(hù)在 19 世紀(jì)之后取得了爆發(fā)式的進(jìn)展。

材料是建筑外圍護(hù)的物質(zhì)基礎(chǔ)，直到 19 世紀(jì)中葉，絕大部分建筑材料的選擇，還局限于自然界中既有的物質(zhì)：石材、木材、麥草、磚石、混凝土以及常見金屬。19 世紀(jì)后半葉，建造技術(shù)發(fā)展迅速，與以往任何時候相比，新材料的數(shù)量與類型都有了巨大的甚至是指數(shù)級的增長，研發(fā)步伐持續(xù)地加速。新的材料被開發(fā)出來：有機(jī)合成材料如凱夫拉（Kevlar）、高泰克斯（Goretex）、聚四氟乙烯（ETFE）等；泡沫材料包括聚氨酯、金屬和許多新的膠粘劑；其他的門類也有了新發(fā)展，如陶瓷、鋁和鈦等。通過對原來各種分開的材料進(jìn)行有目的的組合從而開發(fā)出合成材料，一個新的、巨大的天地浮現(xiàn)在我們面前：硬塑料、玻璃纖維聚合物、芳香尼龍聚合物或碳聚合物以及適于紡織的薄膜等。它們呈現(xiàn)出良好的發(fā)展前景：在縮短制造時間和降低制造成本的同時，使外圍護(hù)擁有更好的適宜裝配的質(zhì)量和性能。

安全、舒適、經(jīng)濟(jì)、美觀是外圍護(hù)設(shè)計的目標(biāo)。20 世紀(jì)初建筑外圍護(hù)完成了從古典立面到現(xiàn)代表皮的重要轉(zhuǎn)換，擺脫了重力主導(dǎo)的形式法則。1923 年，柯布西耶在里程碑著作《走向新建筑》中，提出了建筑的表皮（Surface）要素，將表皮定義為“體量的外包（Envelope）并能減小或擴(kuò)大我們對體量的感覺”。外圍護(hù)的表皮化不僅實現(xiàn)了多樣的建筑形式，還提高了建筑表皮的性能。從“單一式”到多層（多片）是現(xiàn)代建筑外圍護(hù)體構(gòu)造發(fā)展的顯著趨勢。傳統(tǒng)單一材料很難滿足現(xiàn)代建筑外圍護(hù)的復(fù)雜性能需求，不同材料復(fù)合層、片具有獨立功能，通過靈活組合這些層、片，可以使 外圍護(hù)滿足各種需求。當(dāng)這些層、片具備了可變性，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)還可以通過調(diào)節(jié)層、片的組合模式來適應(yīng)外部變化。外圍護(hù)目標(biāo)的擴(kuò)展離不開制造業(yè)技術(shù)的支持，沒有裝配式技術(shù)，外圍護(hù)就無法帶來新的空間認(rèn)知與形式表現(xiàn)，也無法使建筑原有概念得到重新反思。

19 世紀(jì)下半葉工業(yè)革命帶來了材料爆炸式的發(fā)展和建筑理念的更新，制造業(yè)物質(zhì)和思想的雙重進(jìn)步推動了裝配式外圍護(hù)的普及。亞利桑那大學(xué)建筑學(xué)瑞恩·史密斯（Ryan E. Smith）教授在其開創(chuàng)性的著作《預(yù)制建筑：模塊化設(shè)計和施工指南》中簡練地概括了外圍護(hù)對預(yù)制裝配技術(shù)的渴望：“如果工業(yè)制造過程可以生產(chǎn)其他社會所需的產(chǎn)品和商品 , 那么為什么相同的過程不能被利用來生產(chǎn)更高質(zhì)量和更便宜的建筑？”

3 裝配式外圍護(hù)發(fā)展的兩條線索——社會需求與技術(shù)發(fā)展的雙重推動

自工業(yè)革命以來，眾多建筑師、工程師對裝配式外圍護(hù)的發(fā)展給予了高度關(guān)注，盡管屬于不同的時空背景，裝配式外圍護(hù)的發(fā)展可被歸結(jié)成兩條相互交織的基本線索——社會需求變化與自我技術(shù)革新，即社會需求的持續(xù)推動與外圍護(hù)裝配技術(shù)的自我演進(jìn)。在兩條線索的交互影響下，裝配式外圍護(hù)在各個時期的發(fā)展亦表現(xiàn)出不同的地域和時代特征。

3.1 社會需求

著眼世界范圍，現(xiàn)代意義上的外圍護(hù)預(yù)制裝配化發(fā)展大體經(jīng)歷了三個歷史階段，可歸結(jié)為工業(yè)革命階段（19 世紀(jì)初至二戰(zhàn)）、戰(zhàn)后重建階段（二戰(zhàn)后至 20 世紀(jì) 80 年代）以及后現(xiàn)代化階段（20 世紀(jì) 80 年代至今）。在不同歷史階段，社會需求都從根源上激發(fā)和界定了裝配式外圍護(hù)的發(fā)展特征。

3.1.1 工業(yè)革命階段—快速建造需求

19 世紀(jì)初預(yù)制農(nóng)場建筑和平房就已經(jīng)問世。工業(yè)革命加速了西方世界對外擴(kuò)張的進(jìn)程。在這個過程中，裝配式技術(shù)很好地適應(yīng)了各國軍隊在據(jù)點完成快速建設(shè)的需求，即可以提前預(yù)制好房屋各個部件，由輪船運向世界各地。其中，戰(zhàn)地醫(yī)院板房為這一時期的裝配建筑代表，木結(jié)構(gòu)框架與石棉圍合板材的預(yù)制裝配完全取代了以往使用的軍用帳篷（圖 1a）；隨后，波紋鐵板的發(fā)明，使得簡易房屋的搭建更為快速便捷，該板材通過自定義切割進(jìn)行層疊運輸，并可由一個人輕松安裝（圖 1b）。這種外圍護(hù)板材搭配木結(jié)構(gòu)框架，在 19 世紀(jì)中葉淘金熱潮中被廣泛使用，并對二戰(zhàn)時期 Nissen 和 Quonset 裝配住房的發(fā)明產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響（圖 1c,1d）。時至今日，這種波紋外圍護(hù)板材經(jīng)由改良依然作為較為普遍的工業(yè)化建筑材料被業(yè)內(nèi)廣泛使用。

圖1 軍用戰(zhàn)地預(yù)制裝配營房與波紋鐵板外圍護(hù)住宅體系

工業(yè)革命的到來，也使得西方資本主義國家的城市建設(shè)發(fā)生了種種變化。大型城市工程的開展和其他制造行業(yè)發(fā)展帶來的沖擊，也對建筑的裝配效率提出了全新要求。受到汽車行業(yè)高效生產(chǎn)模式的影響，裝配生產(chǎn)線的理念也延伸到了建筑行業(yè)。主營生產(chǎn)組建房屋的美國 Sears 等公司在這一浪潮下蓬勃發(fā)展，其生產(chǎn)的外圍護(hù)部品多采用木質(zhì)板材或磚瓦覆蓋，裝配式這種簡易快速的搭建方式很快在建筑業(yè)普及開來，并成為了當(dāng)時美國 DIY 文化的重要組成部分（圖 2）。

圖2 強(qiáng)調(diào)板材拼裝便捷牢固的美國 Sears 裝配式住宅宣傳廣告

3.1.2 戰(zhàn)后重建階段——批量生產(chǎn)需求

二戰(zhàn)后，人口數(shù)量的快速上升致使眾多國家提出了大規(guī)模的社會住房計劃，這種爆發(fā)式的住宅需求為建筑的預(yù)制裝配化提供了極佳的平臺與契機(jī)?！按笠?guī)模”與“批量化”生產(chǎn)的需求也直接影響了裝配式外圍護(hù)的革新路徑與方向，諸多建造技術(shù)與板材產(chǎn)品亦如雨后春筍般應(yīng)運而生。由瓦克斯曼（Konrad Wachsmann）與格羅皮烏斯（Walter Gropius）合作發(fā)明的“通用板式系統(tǒng)（General Panel System）”，其外圍護(hù)體系均采用標(biāo)準(zhǔn)化尺寸的輕質(zhì)木骨架復(fù)合預(yù)制板材，可在三位模數(shù)網(wǎng)格下進(jìn)行自由組合，并且經(jīng)過構(gòu)造優(yōu)化后的構(gòu)造節(jié)點讓其組裝更加便利，更好地滿足了工廠規(guī)?；a(chǎn)的需求（圖 3）。住宅批量化建造方面，在“案例住宅計劃實驗（Case Study Houses Project）”中，埃姆斯夫婦（Charles & Ray Eames）設(shè)計的埃姆斯住宅（Eames House）（圖 4），從開放系統(tǒng)層面探索了裝配式建造方式，他們采用市場中現(xiàn)成的壓型鋼板、金屬面板、不同透光度的玻璃等外圍護(hù)板材，搭配輕型框架結(jié)構(gòu)，大大提升了裝配式建材的易獲得程度，從而確保了住宅批量化生產(chǎn)的可行性，這對外圍護(hù)裝配化發(fā)展具有重要意義。

圖3 通用板材體系

圖4 埃姆斯住宅

除此之外，預(yù)制混凝土的推廣與建造體系的改進(jìn)極大程度地縮短了建筑的建造周期，在施工環(huán)節(jié)滿足了住宅建筑大規(guī)模、批量化的生產(chǎn)需求。

混凝土材料在現(xiàn)代意義上的普及始于 19 世紀(jì)末，當(dāng)時托馬斯·愛迪生（Thomas Alva Edison）采用整體澆筑技術(shù)，開發(fā)了一種由鋼筋混凝土板構(gòu)成的實驗房屋（圖 5）。進(jìn)入 20 世紀(jì)，預(yù)制混凝土的使用在裝配建造領(lǐng)域逐漸普及開來。1926 年的弗里德里希斯費爾德（Friedrichsfelde）住宅區(qū)使用了與樓層同高的混凝土板，該板材在現(xiàn)場制造，然后用龍門起重機(jī)進(jìn)行搭建。值得一提的是，這種外墻板由三層組成：外側(cè)為骨料混凝土板，內(nèi)側(cè)為礦渣混凝土板，中空填充礦渣，已然形成了集成化墻板的早期雛形。1927 年維森霍夫住宅展中，17 號建筑也采用了混凝土復(fù)合板材，其外圍護(hù)板材由外層纖維水泥板、填充層軟木板、內(nèi)層石膏飾面板共同組成，更加直觀地展示了預(yù)制混凝土板材在靈活拆卸與性能提升方面的潛力（圖 6）。

圖5 托馬斯·愛迪生和他的鋼筋混凝土板實驗房屋項目

圖6 維森霍夫住宅展 17 號住宅項目

在裝配式外圍護(hù)體系的建造發(fā)展過程中，重型預(yù)制系統(tǒng)具有舉足輕重的地位。重型裝配系統(tǒng)因材料組成、生產(chǎn)過程、尺寸構(gòu)造特征等方面的差異，可劃分為不同體系，但都具有一個共同特點，即一個系統(tǒng)通常會由一套固定的面板組成，用于建筑的內(nèi)外墻或樓地板。法國作為這一技術(shù)體系的先驅(qū)，在該領(lǐng)域開發(fā)了諸多成功的重型預(yù)制系統(tǒng)。這其中，由法國工程師雷蒙德 · 加繆（Raymond Camus）開發(fā)的加繆（Camus）系統(tǒng)最具影響，該系統(tǒng)機(jī)械化程度高，并且可基于不同功能，預(yù)先進(jìn)行板材加強(qiáng)、設(shè)洞、連接等處理（圖 7-8）。重型預(yù)制系統(tǒng)的出現(xiàn)緩解了二戰(zhàn)后建筑材料與勞動力短缺的問題，后續(xù)人口的穩(wěn)定增長、生產(chǎn)環(huán)境及設(shè)備的改善也促進(jìn)了該系統(tǒng)的成功應(yīng)用與推廣。

圖7-8 法國重型混凝土板預(yù)制裝配體系建筑外圍護(hù)板材吊裝階段

但隨著建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大與工程復(fù)雜程度的不斷提升，外圍護(hù)系統(tǒng)的輕質(zhì)化發(fā)展已然成為了主流發(fā)展趨勢，這也使得輕型預(yù)制裝配系統(tǒng)的研究進(jìn)程逐漸加快。相對于重型預(yù)制裝配系統(tǒng)，裝配式外圍護(hù)體系的輕質(zhì)化發(fā)展更加強(qiáng)調(diào)空間的適應(yīng)性。在這其中，建筑師弗里茨 · 哈勒（Fritz Haller）于 20 世紀(jì) 60 年代設(shè)計的“USM 通用系統(tǒng)”是極具代表性的。該系統(tǒng)由 MAXI、MIDI、MINI 三套系統(tǒng)與一套 USM 模數(shù)化家具系統(tǒng)組成，可分別應(yīng)對大跨廠房和中小型建筑的內(nèi)部空間變化。采用輕質(zhì)墻板作為內(nèi)外圍護(hù)，可以靈活進(jìn)行拆卸組裝以滿足不同的室內(nèi)功能需求（圖 9-10）。除了中大型建設(shè)工程，在小型住宅項目方面，LivingHomes 公司推出的“可卸板材（Dump Panel）”，通過將量產(chǎn)的輕質(zhì)外圍護(hù)板材自由拼接成不同功能的模塊空間，實現(xiàn)了自由應(yīng)對住宅空間不同功能需求的目標(biāo)。

圖9 基于輕型預(yù)制裝配體系的 USM 系統(tǒng)框架與板材的拼裝

圖10 USM 通用系統(tǒng)成品建筑實景

3.1.3 后現(xiàn)代化階段至今——多樣定制需求

隨著后現(xiàn)代主義思潮的到來，大規(guī)模建造已不是社會矛盾的焦點所在，隨之而來的是種種差異性追求。在這一階段，基于效率、規(guī)模等方面考慮的傳統(tǒng)裝配式建筑開始逐漸無法應(yīng)對社會情況的變化，人們對裝配式外圍護(hù)產(chǎn)品的需求也開始由標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)轉(zhuǎn)向多樣性定制。如今，多樣化、個性化定制對裝配式外圍護(hù)的要求已不單單限于視覺形象的個性化塑造，外圍護(hù)體系開始逐漸成為建筑室內(nèi)外環(huán)境交互的重要調(diào)節(jié)器，裝配式外圍護(hù)技術(shù)在多樣化需求語境下得以快速迭代發(fā)展。

3.2 技術(shù)迭代

裝配式外圍護(hù)體系的技術(shù)推演是建筑表皮體化過程的縮影。這一過程的起點是現(xiàn)代主義時期，隨著建筑框架結(jié)構(gòu)和部件工廠化生產(chǎn)的推廣，外圍護(hù)體系不僅擺脫了附加裝飾和承重功能，也被賦予了由生產(chǎn)邏輯主導(dǎo)的產(chǎn)品屬性。如勒斯巴熱（David Leatherbarrow）和莫斯塔法（Mohsen Mostafavi）在《表皮建筑學(xué)》中認(rèn)為的那樣，框架結(jié)構(gòu)在美學(xué)和功能方面的變革與重新定義，為裝配式外圍護(hù)體系的技術(shù)發(fā)展打下了物質(zhì)基礎(chǔ)。以英國萬博會水晶宮（圖 11a）與巴黎民眾之家（Maison du Peuple）（圖 11b）為開端，外圍護(hù)體系由傳統(tǒng)意義上的承重作用變?yōu)榱颂畛渥饔茫@種功能的變革不僅使外圍護(hù)體系從建筑的附屬走向了獨立，而且表皮提供的“奇觀現(xiàn)象”，推動了建筑審美觀念的轉(zhuǎn)變。在包豪斯大樓（Bauhaus Building）（圖11c）中 , 外圍護(hù)體系則徹底從建筑建造中解放出來，外圍護(hù)技術(shù)層面的解放與工業(yè)化的影響緊密關(guān)聯(lián)。

圖11 外圍護(hù)的裝飾與功能逐漸消失

到了后現(xiàn)代主義時期，伴隨著以“自治”為主題的表皮體化進(jìn)程，裝配式外圍護(hù)體系逐漸從標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)工廠慢慢滲透進(jìn)社會空間，成為了消費文化的一部分，并隨之引發(fā)了新的社會思考與批判。這一時期的技術(shù)發(fā)展使外圍護(hù)體系在形象表達(dá)的基礎(chǔ)上，具備 了自身的空間和功能。

讓 · 普 魯 維（Jean Prouve） 設(shè) 計 的 熱 帶 住 宅（Maison Tropicale）通過對預(yù)制鋁板進(jìn)行一系列適應(yīng)性改造，降低了建筑的主動耗能，并提升了室內(nèi)舒適性（圖 12）。20 世紀(jì) 80 年代末，建筑師史蒂芬·基爾蘭（Steve Kieran）和詹姆斯·汀波萊克（James Timberlake）將“個性化需求”納入裝配式外圍護(hù)體系的研究范疇，他們開發(fā)設(shè)計的 KT 系列住宅可以根據(jù)用戶需求替換外圍護(hù)板塊的內(nèi)外完成面，實現(xiàn)顏色、材料等可感知層面的定制設(shè)計（圖 13）。另外在“玻璃紙屋”項目中，他們將表皮系統(tǒng)制成輕質(zhì)高強(qiáng)的 PET 材料，可以根據(jù)需求附加其他功能“涂層”，實現(xiàn)輕質(zhì)裝配建筑表皮性能與外觀的定制化目標(biāo)（圖 14）。

圖12 Maison Tropicale 熱帶住宅項目

圖13 KT 住宅的自適應(yīng)體系

圖14 玻璃紙屋建筑項目

時至今日，裝配式外圍護(hù)體系早已具備完整靈活的自身結(jié)構(gòu)以應(yīng)對復(fù)雜變化。這種結(jié)構(gòu)性的技術(shù)推演主要體現(xiàn)在數(shù)字設(shè)計建構(gòu)、材料更迭創(chuàng)新、自適應(yīng)技術(shù)發(fā)展以及氣候生態(tài)響應(yīng)四個方面上。這四者相互支撐，并貫穿于裝配式建筑 “設(shè)計 - 建造 - 使用 - 回收”的完整生命周期，賦予了當(dāng)今裝配式外圍護(hù)體系技術(shù)“一體化發(fā)展”的全新內(nèi)涵。

3.2.1 裝配式外圍護(hù)的數(shù)字設(shè)計

裝配式外圍護(hù)數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，得益于當(dāng)代體化建筑表皮的審美轉(zhuǎn)變。這種全新的建筑形式語言表象蘊含著對基本元素平衡機(jī)制的解構(gòu)與秩序重建，而外圍護(hù)的數(shù)字化設(shè)計技術(shù)也極大提升了外圍護(hù)形態(tài)塑造的可操作性。由米歇爾（Michel Rojkind）設(shè)計的墨西哥利物浦百貨商店，對建筑的外圍護(hù)體系進(jìn)行了層疊式一體化表達(dá)，以達(dá)到內(nèi)部空間緩沖、周邊環(huán)境融合的設(shè)計效果；UN 工作室設(shè)計的上海 189 商業(yè)中心，通過對外圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模塊化區(qū)分與重新排列，充分展現(xiàn)了建筑表現(xiàn)面中整體有序與局部無序的復(fù)雜構(gòu)成邏輯。由上海創(chuàng)盟建筑設(shè)計有限公司設(shè)計的烏鎮(zhèn)“互聯(lián)網(wǎng)之光”博覽中心，在外圍護(hù)方面采用了動態(tài)模數(shù)系統(tǒng)和全預(yù)制裝配的邏輯，將其結(jié)構(gòu)分解成數(shù)學(xué)邏輯對應(yīng)的構(gòu)件來搭建，屋頂近 70 萬塊瓦片則采用半預(yù)制化的方式，將傳統(tǒng)瓦的濕作業(yè)優(yōu)化為預(yù)制化的安裝單元，每個單元只需要 5 分鐘即可安裝完畢，大大優(yōu)化了鋪設(shè)效率（圖 15-17）。另由其設(shè)計的南京歡樂谷廣場東側(cè)大門建筑，通過參數(shù)化設(shè)計與建造，采用 3D 打印的改性塑料作為建筑外表皮，僅用時 59 天便實現(xiàn)了設(shè)計創(chuàng)作表達(dá)與大規(guī)模定制化建造的有效融合（圖 18-20），這種紛繁復(fù)雜的立面構(gòu)成經(jīng)由數(shù)字化設(shè)計操作，轉(zhuǎn)化為明晰的分層邏輯關(guān)系，進(jìn)而得以為建造環(huán)節(jié)提供清晰的指導(dǎo)。

圖15-17 烏鎮(zhèn)“互聯(lián)網(wǎng)之光”博覽中心裝配式外圍護(hù)的數(shù)字化設(shè)計

圖18-20 南京歡樂谷東側(cè)大門裝配外圍護(hù)體系的數(shù)字化設(shè)計

3.2.2 裝配式外圍護(hù)的材料更迭

建筑產(chǎn)業(yè)化的不斷發(fā)展，讓裝配式外圍護(hù)體系的材料選擇愈發(fā)產(chǎn)品化，設(shè)計過程也日趨類型化、模式化。與此同時，人居健康的要求逐漸被重視，要求外圍護(hù)體系在保證建造效率與空間適應(yīng)的前提下，通過材料的新路徑尋求舒適、效率、表現(xiàn)三者的平衡。

近年來，相變材料（Phase Change Material，PCM）由于高效蓄熱的物理性能，開始被用于裝配式外圍護(hù)體系中，馬可（Marco）等人將形狀記憶合金材料（SMA）用于建筑外圍護(hù)系統(tǒng)，通過其在不同溫度條件下相變作用產(chǎn)生的能量控制墻體中部空腔的開啟與閉合，不僅控制了腔內(nèi)的自然通風(fēng)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的能量傳感器與執(zhí)行器，而且實現(xiàn)了在沒有能源供應(yīng)的情況下，自行應(yīng)對熱量變化的目的。帕斯卡（Pascal Leboucq）與艾瑞克（Erik Klarenbeek）在荷蘭設(shè)計周中展出了成長館，其立面框架采用木材和壓縮香蒲，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部使用玻璃，而外部則使用菌絲體復(fù)合板材。這種新型建筑材料用作建筑外圍護(hù)表皮，不僅可提供良好的保溫隔熱性能，而且能帶給人們獨特的視覺和觸覺體驗，充分體現(xiàn)了裝配式外圍護(hù)的生物親和性（圖 21）。

圖21 菌絲板材成長館

3.2.3 裝配式外圍護(hù)的自適應(yīng)技術(shù)

外圍護(hù)的自適應(yīng)技術(shù)即對室外環(huán)境變化做出動態(tài)響應(yīng)，這種技術(shù)能有效降低建筑能耗并提升室內(nèi)環(huán)境舒適度。例如，在“能量正向回遷教室（Energy Positive Relocatable Classroom）”項目中，建筑師馬克·安德森（Mark Anderson）采用雙層通風(fēng)外圍護(hù)體系，大大提升室內(nèi)的自然通風(fēng)品質(zhì)，進(jìn)而降低建筑的能耗需求（圖 22）?；鶢柼m等人在“火炬松住宅（Loblolly House）”項目中，采用可折疊的裝配陽光板雙層外圍護(hù)體系，動態(tài)調(diào)節(jié)室內(nèi)外熱、光、風(fēng)環(huán)境的交互作用，進(jìn)而提升建筑室內(nèi)的物理環(huán)境，改善居住使用的舒適度。佐爾坦（Zoltan）等人在瑞士聯(lián)邦理工大學(xué) HIL 大樓的外立面改造項目中，自主研發(fā)了高度集成化、模塊化的自適應(yīng)裝配太陽能立面（Adaptive Solar Facade），可自主通過具有高時空分辨率的單獨可尋址模塊來控制立面太陽能吸收情況以及視覺效果。

圖22 能量正向回遷教室建筑

3.2.4 裝配式外圍護(hù)的生態(tài)響應(yīng)

近年來，由環(huán)境惡化引起的生態(tài)問題在世界范圍內(nèi)成為關(guān)注焦點，建筑領(lǐng)域也不斷探索環(huán)境友好型發(fā)展道路，建筑外圍護(hù)的生態(tài)內(nèi)涵、綠色屬性已成為建筑師們亟需認(rèn)真對待的命題，可持續(xù)議題下的裝配式外圍護(hù)體系技術(shù)革新也被納入生態(tài)視野。

米蘭世博會的意大利館，其外部的裝配表皮層采用了 TX Active 生物水泥支撐的活性混凝土板，該材料在陽光的照射下，能捕捉空氣中的污染物并將其轉(zhuǎn)換為惰性鹽，從而降低空氣中的顆粒物含量（圖 23-24）。巴塞羅那 TIC 媒體中心的裝配外圍護(hù)體系采用了金屬絲網(wǎng)和充氣膜加以覆蓋，這種形式對能源利用的優(yōu)化和抗污性能十分具有意義。這種膜狀材料學(xué)名為聚四氟化乙烯（ETFE），對光線的過濾性強(qiáng)，能夠有效減少 55% 的二氧化碳排放（圖 25）。生態(tài)集成方面，CH2 墨爾本市政綠色辦公樓針對立面方向的不同，采用不同形式的外圍護(hù)體系，已分別實現(xiàn)建筑采光、自然通風(fēng)、循環(huán)冷卻的目的，這種裝配立面形態(tài)的異質(zhì)化并未影響建筑整體協(xié)調(diào)，反而應(yīng)用了多種對自然資源的循環(huán)交互技術(shù)，體現(xiàn)了集成式的生態(tài)響應(yīng)特征（圖 26）。

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