氣候條件影響下的建筑可變性邊界的研究

建筑是人類對氣候的一種補償手段。為了對氣候實現“趨利避害”的使用冊率，滿足室內環境健康、節能、舒適的要求，本文提出了建筑的可變性邊界的概念。文章追溯了可變邊界的發展歷史，指出了可變邊界的設計方向。

建筑可變邊界溯源

建筑邊界的可變性是建筑對自然氣候做出的主動應對措施，它的可變性從古至今都存在于人們的生活中。

最早出現的可變建筑可以追溯到晚期智人，據史料分析烏克蘭的晚期智人的住所的骨架是猛犸象的頭骨，用獸皮和草皮加以覆蓋，根據季節的不同任意調整覆蓋物的有無和多少。早期的游牧民族以帆布、結實的樹枝、繩索和短樁等搭建而成的帳篷作為居所。夜晚降臨時，幾個勞動力花費數分鐘就可以搭起一個可供遮風避雨的帳篷，白天需要遷徙至水草肥美處時，僅需將帳篷折疊打包捆綁在馬匹之上就可以輕松實現游牧。

現代建筑中，建筑的可變性邊界得到越來越多的應用。諸如卡拉特拉瓦設計的威斯康辛州密爾沃基市藝術博物館同振翅高飛的海鳥；讓·努維爾模擬照相機快門采光原理設計的巴黎阿拉伯世界中心；英恩霍文事務所創造的德國埃森的RWE AG公司塔樓的可“呼吸的外墻”。這些建筑無論在節能方面，還是在提供舒適的室內使用條件方面，乃至豐富城市界面，避免“千城一面”，提升建筑品味方面都具有不可磨滅的功勞。

研究建筑邊界的可變性的意義

1. 主動適應性需要

邊界一成不變的傳統建筑模式無法針對時刻變化的外界環境提供適時調整，營造出實時符合人體舒適度，又滿足人們回歸自然的強烈需求的室內環境。

因此，對舒適環境的追求就成為了實現建筑邊界可變性的強大動力。

2. 建筑節能需要

我國是世界上僅次于美國和俄羅斯的第三大能源生產國，但由于人口眾多，人均擁有能源量很少。而城鎮民用建筑運行的耗電量已占我國總發電量的22%～24%，我國的能源消耗面臨著巨大的壓力。建筑的可變性邊界可以充分應對自然氣候的變化，最大限度的利用自然氣候的優勢，降低能源消耗。為了實現建筑的可持續發展，提高能源的高效率利用，實現建筑邊界的可變性是建筑節能的主要發展趨勢。

3.建筑審美的提升

通過建筑邊界的可變性，隨著建筑材料的轉換，可變構件的開合，建筑立面會相應產生隨機的變化，給人留下不盡相同的印象。可變性邊界既可以實時適應氣候變化，具有節能優點，而且可以通過建筑邊界的隨機排列組合方式，創造不盡相同的視覺效果，在保證建筑室內舒適度的同時對建筑的外觀造型加以改善。

建筑邊界可變性的設計方向

建筑邊界的可變包括了兩方面的可調控范圍，一方面是指建筑的外墻、門窗、陽臺以及屋面等構件可以根據人們的需要進行開啟閉合、角度調整等。另一方面則通過建筑外部邊界范圍的改變，將室外場所納入室內空間，以獲得良好的保溫效果，或者將室內空間變為外部環境，享受自然帶來的舒適體驗。

1. 外表皮的可變性

建筑的邊界是從對不利氣候的阻隔開始，并在進化過程中逐漸增強其對有益氣候要素的透過作用。為了使建筑邊界實現對氣候要素和其他空間之地的離析篩選，建筑的可變性邊界在設計過程中進行了種種努力：

擅長色彩搭配的建筑師索布魯赫·胡頓在1m寬的空腔內設置暖色調的彩色鋁合金百葉，可以根據需要任意開啟關閉，在降低建筑的運營成本的同時還為建筑的立面效果增添獨特的韻味；美國著名建筑師斯蒂芬·霍爾改造的紐約畫廊外墻，利用12塊水平或垂直的翻板使畫廊內部“溶解”，透過翻板將內部空間延伸到街頭街頭。封閉的門面搖身一變形成門、窗、座椅和貨架的無窮組合，成功地將畫廊內外的界限變得模糊，，創造出了形式多樣的門面組合。

2.入口空間的可變性

建筑入口空間的可變性不是簡單的區分室內外空間，實現出入的“大門”概念，而是實現室內外空間的過渡和轉換，在保證室內空間和環境的舒適使用的前提下，也可以適當滿足建筑造型的審美需求。

3. 建筑屋頂的可變性

建筑屋頂空間的可變性主要體現在建筑屋蓋的開合上。我國天津大學劉錫良教授曾給開合屋蓋結構做了如下定義：開合屋蓋結構是一種在短時間內部分或全部屋蓋可以移動或者開合的結構形式，它使建筑物在屋蓋閉合和開啟兩個狀態下都可以使用。

彼得·艾森曼（Peter Eisenman）設計的鳳凰城大學體育館（University of Phoenix Stadium）是基于在自然草坪上比賽而設計的具有可移動區域的體育場館。外表圓滑的銀色球場也是北美第一個擁有可完全伸縮的傾斜屋頂的場館。在為球迷在炎熱的夏季遮陽降溫時又能夠滿足草皮自然生長的需求。

結語

建筑本體存在的首要目的是為了維持人工舒適環境并遮蔽其與自然氣候之間的差異。當建筑邊界可以根據需要自由開啟關閉的時候，不僅可以有效的改善室內的風環境、熱環境，減少建筑熱工耗能，提高室內舒適度；還可以滿足人們回歸自然的需求，美化城市面貌，提升城市品位，為人帶來愉悅的視覺享受。

（作者單位：機械工業勘察設計研究院有限公司成都分公司）