淺析極限環境下的建筑設計

摘 要：未來的地球環境變得琢磨不定，會否變得不適宜人生存?在這樣變得惡劣的環境中，建筑設計會隨著改變，從被動地迎合建筑環境及資源，到積極地利用和改造環境，為建筑設計提供一種思路。各種變化的資源環境都會影響到建筑設計，其中光的影響是其中值得思索的一項，這項會直觀的影響到建筑的造型及結構。

關鍵詞：環境；極限環境；積極建筑；光橋

地球上的化石燃料正走向枯竭，人們隨意污染環境，大氣環境日益復雜，未來的地球環境變得琢磨不定，終將會變得不適宜人類生存。如果大氣被破壞，地球將會失去最起碼的保護層，晝夜溫度失衡，輻射超量。地球自轉減慢，會影響地月距離，進而影響潮汐運動，更會影響全球大氣運動。自轉減慢還會影響地球的磁場強弱，進而會影響對宇宙磁暴的保護能力。以上各種情況都影響到人類的居住環境，變得不適宜人類居住。

人們不得不考慮適應新的生活環境空間，建筑設計方式需要重新探索。姑且將這種復雜多變的環境稱為“極限環境”，它可能極寒或極熱，高輻射，重力環境失常，甚至空氣稀薄，居住環境惡劣。對應的建筑應當有更高的要求，以此滿足人類的要求。如太空微重力環境對人類行為方式的影響，從而改變人的空間利用方式，建筑設計需要考慮這種變化。同時可能因為重力的減小，建筑體型更加自由活潑。氣環境溫差巨大，會影響建筑的外立面構造，更多要考慮建筑的保溫隔熱的構造，多層建筑表皮，窗戶開洞方式尺寸等。如果在真空狀態，建筑外表皮還要兼備密閉空氣的作用。這時的建筑可能更像一個航天站。同樣光環境的變化，也會影響建筑設計，光輻射的大小直接關系到人類活動的范圍。這種情況下，建筑不能再像原來那樣被動地適應環境，而應該以一種更加主動的方式。可移動的建筑是當下新興的建筑類型，通過可拆卸的基礎及交通方式，主動變換建筑環境。房車是常見的可移動的居住單元，甚至有可移動的摩天大樓。還有一種就是建筑結構構造的可變形，建筑外立面可以變化扭曲，趨利避害，調節視覺領域，控制日照角度或照度，或風的影響方位。如迪拜的達·芬奇塔的設計。希望通過各個樓層上安裝風力渦輪機發電，充分利用太陽能資源，保證自身每時每刻不停地旋轉，外部造型不斷變化，提供了一種應對環境變化的策略。這些基于高科技機械，或是新潮的數字技術，都是一種十分積極的應對方式，對建筑設計的影響是深遠的。

1 光環境變化對建筑設計的影響

縱觀歷史，人類創造了消耗資源的建筑物，太陽能是一種理想能源，未來城市需要依靠這種清潔可再生能源。光對于建筑的重要性不言而喻，它是建筑設計需要考慮的重要因素，從日常應用上、技術利用、建筑空間組合設計、營造建筑場所精神，光在建筑上的運用面面俱到。

在讓努維爾的阿拉伯世界研究中心，它擁有世界最昂貴的墻面。外部的幕墻后是不銹鋼方格構架，構架上有數百個一米見方的金屬圖案，組合起來像是阿拉伯清真寺的圖案。每個構架則類似相機鏡頭的結構，上面有精細的電子設備，通過光敏原件來控制它的開合。如果外界照到幕墻內的光線強烈，鏡頭就關閉多一些；如果光線弱，鏡頭則會自動張開。它是一個全自動的電子遮光幕墻。這種結合自然天光，自動控制室內亮度，從而滿足室內人需求的構造，同時很好的結合形式作為展示阿拉伯國家藝術的窗口。室外光環境的變化改變建筑的立面，給人以積極變化之感，同時積極回應環境變化。這是一種建筑師對光線的主動控制一種方式。

2010年的世博會英國館建筑則給我們提供了另一個思路——調整控制光的路徑。托馬斯?赫斯維克為英國館設計最大的亮點是那由6萬根透明亞克力桿組成的“種子圣殿”，各個桿件中還蘊含植物種子，它們組成的一個巨型“種子圣殿”。這些桿件同時是外部構造主體材料。白天日光會透過亞克力桿，像光纖那樣傳導光線，營造出現代感和震撼力兼具的空間，照亮“種子圣殿”的內部。同時數萬顆種子伴隨著光線的傳輸呈現在參觀者的面前。這些觸須狀的“種子”頂端還帶有一個細小的彩色光源，內含一個LED的發光二極管，夜晚通過發光，觸須形成可變幻的光澤和色彩，組合成多種圖案和顏色，在外界營造出夜晚璀璨迷人的光影盛宴。所有的觸須將會隨風輕微搖動，使展館表面形成各種可變幻的光澤和色彩。這種亞克力表皮不僅是立面的構成，也是一種積極的對光線控制的方式。人們可以將光線引導到人們想要的地方。伴隨設計者豐富的想象力，種子結合光線、結合建筑設計，完美呈現在參觀者面前。

2 光線的控制

假設在未來地球光環境不同了，而且光照強度的變化幅度很大，強度過高會灼燒人的皮膚，過低則無法滿足人的需求。這時會需要對其加以控制。如果能將光像太陽能那樣作為能源形式加以利用。不用的時候，并不是單純的屏蔽，而是加以能量形式加以收藏儲存。需要的時候能積極的利用，滿足不了要求的時候能以其他能量形式補充，如同電燈滿足人們夜間對光的需求。

考慮到可行的方式，我們宏觀上對光進行吸收，作為能源儲備。如同水流一樣，我們無法直接利用瀑布的水，因為它過于強烈的運動方式，但我們可以將之收集起來用設備加以改造，緩和他的運動方式，來滿足日常的使用。如同太陽能，直接將光能轉化為電能，在需要的時候，以電能的形式釋放出來，滿足建筑照明及其他需求。

微觀上，通過調節建筑的外立面構造，通過分析光線對建筑的影響作用加以區分，有用的光線區域加以保留利用，無用的則可以將光線直接吸收儲備利用。在建筑外立面上垂直折線的構造，立面斜向上的區域會更好的接受光照，因為光照角度的問題，如入射光的角度與面的夾角越大，對光的吸收量會大于夾角小的。對光線的積極吸收和被動避免，從而提高我們對光線利用效率提高。如果對與積極吸收的光線加以分攤改造利用到我們需要的地方。

3 對光線控制引入建筑設計

同樣和建筑的冷橋熱橋概念一樣，引入“光橋”的概念，即在立面構造上加入如同世博會英國館的亞克力桿一樣的構件，將光線有計劃地引入建筑系統當中。光線這時體現了建筑的藝術表現。如同電影藝術一樣，兩者都依賴光的表現，這時，光是實體，是材料。將光橋與建筑實體材料砌筑統一到一起，通過光橋將外部光線經過區分利用，系統的引入到室內。當然考慮到光的可逆性，我們需要保護建筑內人的隱私。為了防止內部景象的透出，可以通過光橋系統的構造將內同一位置的光橋面，分散到建筑外的不同位置。這樣整體的光受面被分散開來，光線通過光橋貫穿在建筑中，形成一種新的建筑語言。

4 總結

這種光的建筑，效果看似簡單，構造卻復雜。空間可以給人以潔凈、簡單、滲透的直觀感受，人的視覺系統可以通過光橋，關注更多的建筑的外部空間或周圍的環境，當然這種外部系統是經過光橋系統解構的，看似光怪陸離，這種光線上的擴張延伸不會受到建筑構造約束的建筑內部空間，達到內外空間的對話。同時很好的利用環境資源。阿拉伯世界研究中心和英國館給我們提供了很好的技術先導，剩下的則需要我們繼續深入研究。光橋會形成一種新的建筑語言，在未來的建筑中越來越多的出現。未來的地球環境千變萬化，還有更多的建筑可能性值得研究。

參考文獻：

[1]《當代建筑思潮與流派》鄧慶坦、鄧慶堯 華中科技大學出版社

[2]《訪問世博建筑師——69個夢》 上海文藝出版社 胡廷楣、洪菁耘

[3]《讓.努維爾》 中國電力出版社 第1版 林崇華

[4]《光學系統設計》機械工業出版社 萊金