動(dòng)態(tài)與仿生：基于BAS系統(tǒng)的智能表皮應(yīng)用及影響

馮雨飛 唐 可

重慶大學(xué)

動(dòng)態(tài)與仿生：基于BAS系統(tǒng)的智能表皮應(yīng)用及影響

馮雨飛 唐 可

重慶大學(xué)

基于BAS支持的智能動(dòng)態(tài)表皮將裝飾表皮與功能設(shè)施合為一體。本文依需求背景、技術(shù)定義及內(nèi)涵結(jié)合具體實(shí)例闡述，分析此技術(shù)對(duì)建筑設(shè)計(jì)產(chǎn)生的影響，并針對(duì)國(guó)內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r探討建筑師的應(yīng)對(duì)。

BAS系統(tǒng)；表皮；動(dòng)態(tài)；建筑影響

1 引言

隨著對(duì)室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的重視與外界環(huán)境的惡化，社會(huì)開始要求低碳又可控的建筑環(huán)境，智能建筑應(yīng)運(yùn)而生。其概念龐大繁雜，常與“動(dòng)態(tài)建筑”、“交互建筑”概念交叉[1]。主要子系統(tǒng)“樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)”（Building Automation System，縮寫B(tài)AS系統(tǒng)）基礎(chǔ)上的智能動(dòng)態(tài)表皮兼?zhèn)湓煨秃驮O(shè)備，是全新的建筑元素。

2 需求背景

與傳統(tǒng)建筑墻體相比，智能建筑表皮的內(nèi)涵發(fā)生了極大的擴(kuò)展：它不僅擔(dān)當(dāng)是建筑立面的造型元素，還有調(diào)節(jié)熱工平衡、通風(fēng)、采光等功能作用。表皮的出現(xiàn)使得傳統(tǒng)意義上的“墻”和“窗”界限變得模糊：表皮既可以圍護(hù)分割，又可以采光通風(fēng)。建筑業(yè)界開始認(rèn)為：從“建筑的表皮”到“表皮的建筑”[2]，是當(dāng)代建筑的必然發(fā)展趨勢(shì)。

材料科學(xué)為建筑表皮提供硬件支撐，自動(dòng)化技術(shù)為建筑表皮提供靈魂。BAS系統(tǒng)是智能建筑的核心子系統(tǒng)，其任務(wù)是對(duì)建筑物能源使用、環(huán)境、交通及安全設(shè)施進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制，以提供安全、節(jié)約、舒適的室內(nèi)環(huán)境[3]。BAS系統(tǒng)介入的智能表皮，可以改善傳統(tǒng)表皮能耗大的情況，符合可持續(xù)理念。

由于BAS智能表皮可以滿足市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)、人本主義和環(huán)保主義，促使了BAS智能表皮技術(shù)的發(fā)展。

3 定義與內(nèi)涵

隨著對(duì)室內(nèi)微氣候和使用品質(zhì)的重視，環(huán)境因素對(duì)造型的影響日益擴(kuò)大。光、熱、風(fēng)等自然條件會(huì)不斷變化，但傳統(tǒng)建筑呈固定面貌，不是處理環(huán)境動(dòng)態(tài)變量的最優(yōu)解。BAS系統(tǒng)將時(shí)間介入設(shè)計(jì)，通過傳感器反饋環(huán)境給計(jì)算機(jī)，經(jīng)預(yù)先制定的規(guī)則使表皮發(fā)生改變，使建筑可以響應(yīng)環(huán)境。

3.1 BAS智能表皮系統(tǒng)的組成

BAS智能表皮可分為四個(gè)子集系統(tǒng)[4]：

（1）核心控制層：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，對(duì)表皮系統(tǒng)的拓?fù)湫袨檫M(jìn)行調(diào)整。通過建立綜合美學(xué)和功能的完整邏輯規(guī)則，針對(duì)環(huán)境選擇恰當(dāng)反饋；

（2）動(dòng)力層：為執(zhí)行核心控制層的指令的表皮運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力。由于所需的動(dòng)力不能直接由外界輸入，其有一套能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)；

（3）骨架層：為系統(tǒng)提供穩(wěn)定性。一是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，由內(nèi)表皮構(gòu)成“硬”骨架；二是行為穩(wěn)定性，由外表皮構(gòu)成“軟”骨架，保證沒有信號(hào)輸入下的穩(wěn)定。

（4）邊界層：外界信息的收集和輸入。界定內(nèi)外空間，是內(nèi)外信息的中介；

不同的智能表皮系統(tǒng)還有更細(xì)微的層次，但均在層內(nèi)增加復(fù)雜度。

3.2 BAS智能表皮分類

按照智能表皮的調(diào)節(jié)程度分為整體和細(xì)胞兩類。

整體式表皮屬于早期簡(jiǎn)單的BAS系統(tǒng)。核心為建立利用整體表皮開啟、閉合、反轉(zhuǎn)等基礎(chǔ)變換，形成雙層圍護(hù)的緩沖空間，運(yùn)作方式類似百葉窗。例如雙重可調(diào)節(jié)通風(fēng)幕墻。

細(xì)胞式表皮則將外表皮單元化，使每一單元可完成特定角度旋轉(zhuǎn)、特定閉合程度等復(fù)雜變換。它不僅對(duì)大氣候做出反應(yīng)，還對(duì)每個(gè)特定房間的物理性能進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，可視為整體式表皮基礎(chǔ)上的精細(xì)化技術(shù)手段。典型案例為位于奧地利基弗技術(shù)陳列室（Kiefer Technic Showroom）。

4 應(yīng)用實(shí)例

基弗技術(shù)陳列室由Ernst Giselbrecht+Partner建筑師事務(wù)所于2008年完成[5]。表皮系統(tǒng)由多組帶有軌道的折板構(gòu)件及內(nèi)部封閉玻璃幕墻組成，每組折板可獨(dú)立伸縮、滑動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)允許室內(nèi)功能的調(diào)整、變化，使用者可依據(jù)需要調(diào)整其形式，使立面呈現(xiàn)動(dòng)感的效果。

5 對(duì)建筑設(shè)計(jì)的影響

5.1 極簡(jiǎn)主義的美學(xué)傾向

人們常將表皮歸為“淺建筑”，認(rèn)為“裝飾性成為了建筑的主導(dǎo)因素……在沒有深度的表皮下面其實(shí)什么都沒有了”[6]，但功能作用將智能表皮劃分出來(lái)。BAS智能表皮可視“功能性注入”，包涵一些基本功能。其帶來(lái)了簡(jiǎn)單體量和構(gòu)件模糊。表皮在確定為造型元素后會(huì)占據(jù)絕大部分立面，體量趨于純凈，建筑師對(duì)空間的安排可更加自由精彩，流線可更加合理。同時(shí)，作為向全能構(gòu)件發(fā)展的智能表皮盡可能地壓縮非本質(zhì)要素，其可實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑的全包裹，最終導(dǎo)致極簡(jiǎn)主義。

5.2 相對(duì)封閉的空間傾向

BAS系統(tǒng)表皮對(duì)人工環(huán)境的營(yíng)造達(dá)到了一個(gè)新高度。通過裝置，一系列微氣候指標(biāo)得到把控，空間呈內(nèi)聚封閉狀態(tài)。

雙層表皮是智能表皮的標(biāo)配：內(nèi)層為采光玻璃和結(jié)構(gòu)網(wǎng)架，外層為功能單元。一般只是外層運(yùn)動(dòng)，客觀上造成了外界空間與內(nèi)部空間的分離，使得空間體驗(yàn)出現(xiàn)了跳躍和斷裂，或是說(shuō)“過濾”，過濾不利因素，只將有利因素納入。在外界環(huán)境日益惡劣的當(dāng)下，智能表皮建筑推動(dòng)建筑“封閉”、內(nèi)向發(fā)展。

6 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)況

BAS技術(shù)在國(guó)內(nèi)遠(yuǎn)未成熟，最重要的兩個(gè)原因是經(jīng)濟(jì)限制與高技美學(xué)不成熟。

國(guó)內(nèi)建筑師不甚了解技術(shù)手段，也少有思考其美學(xué)價(jià)值，技術(shù)常用作拼貼式的輔助語(yǔ)言，在基本形體確定添加，被視為對(duì)造型的干擾。而專業(yè)分工細(xì)化也使建筑師對(duì)新技術(shù)并不熱衷，如光伏幕墻，國(guó)內(nèi)會(huì)堅(jiān)持用于在屋頂或偏僻的角落，例如上海世博會(huì)中國(guó)館的光電屋頂。但同時(shí)參加世博會(huì)的法國(guó)阿爾薩斯案例館，運(yùn)用BAS系統(tǒng)控制的光伏空腔與水結(jié)合，即“BAS-光伏水幕墻”技術(shù)將深色的電池板與垂直綠化結(jié)合[8]，造型素雅別致。

[1]王嘉亮.仿生·動(dòng)態(tài)·可持續(xù)—基于生物氣候適應(yīng)性動(dòng)態(tài)建筑表皮研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院,2011.

[2]陳鐫,莫天偉.從建筑表皮到表皮建筑[J].新建筑,2008(5):50～56.

[3]陳永德.BAS在現(xiàn)代建筑工程中的進(jìn)化與應(yīng)用[J].建筑施工,2010(4).

[4]李濱泉,李桂文.智能化拓?fù)鋭?dòng)態(tài)表皮的研究[J].華中建筑,2006(7):64～67.

[5]安曉曉.高技術(shù)建筑的技術(shù)解析[D].重慶大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院,2009.

[6]唐克揚(yáng).私人身體的公共邊界—由非常建筑談表皮理論的中國(guó)接受情境[J].建筑師.2004(4).

[7]龍文志.上海世博會(huì)光電建筑[J].建筑技術(shù).2011(01):14～18.

馮雨飛（1992），男，漢，山東。研究生在讀，城鄉(xiāng)規(guī)劃，重慶大學(xué)，重慶，400000。

唐可（1991），男，漢，四川。研究生在讀，建筑學(xué)，重慶大學(xué)，重慶，400000。