動態與仿生：基于BAS系統的智能表皮應用及影響

馮雨飛 唐 可

重慶大學

動態與仿生：基于BAS系統的智能表皮應用及影響

馮雨飛 唐 可

重慶大學

基于BAS支持的智能動態表皮將裝飾表皮與功能設施合為一體。本文依需求背景、技術定義及內涵結合具體實例闡述，分析此技術對建筑設計產生的影響，并針對國內的發展狀況探討建筑師的應對。

BAS系統；表皮；動態；建筑影響

1 引言

隨著對室內環境質量的重視與外界環境的惡化，社會開始要求低碳又可控的建筑環境，智能建筑應運而生。其概念龐大繁雜，常與“動態建筑”、“交互建筑”概念交叉[1]。主要子系統“樓宇自動化系統”（Building Automation System，縮寫BAS系統）基礎上的智能動態表皮兼備造型和設備，是全新的建筑元素。

2 需求背景

與傳統建筑墻體相比，智能建筑表皮的內涵發生了極大的擴展：它不僅擔當是建筑立面的造型元素，還有調節熱工平衡、通風、采光等功能作用。表皮的出現使得傳統意義上的“墻”和“窗”界限變得模糊：表皮既可以圍護分割，又可以采光通風。建筑業界開始認為：從“建筑的表皮”到“表皮的建筑”[2]，是當代建筑的必然發展趨勢。

材料科學為建筑表皮提供硬件支撐，自動化技術為建筑表皮提供靈魂。BAS系統是智能建筑的核心子系統，其任務是對建筑物能源使用、環境、交通及安全設施進行監測、控制，以提供安全、節約、舒適的室內環境[3]。BAS系統介入的智能表皮，可以改善傳統表皮能耗大的情況，符合可持續理念。

由于BAS智能表皮可以滿足市場經濟、人本主義和環保主義，促使了BAS智能表皮技術的發展。

3 定義與內涵

隨著對室內微氣候和使用品質的重視，環境因素對造型的影響日益擴大。光、熱、風等自然條件會不斷變化，但傳統建筑呈固定面貌，不是處理環境動態變量的最優解。BAS系統將時間介入設計，通過傳感器反饋環境給計算機，經預先制定的規則使表皮發生改變，使建筑可以響應環境。

3.1 BAS智能表皮系統的組成

BAS智能表皮可分為四個子集系統[4]：

（1）核心控制層：計算機系統，對表皮系統的拓撲行為進行調整。通過建立綜合美學和功能的完整邏輯規則，針對環境選擇恰當反饋；

（2）動力層：為執行核心控制層的指令的表皮運動提供動力。由于所需的動力不能直接由外界輸入，其有一套能源轉換系統；

（3）骨架層：為系統提供穩定性。一是結構穩定性，由內表皮構成“硬”骨架；二是行為穩定性，由外表皮構成“軟”骨架，保證沒有信號輸入下的穩定。

（4）邊界層：外界信息的收集和輸入。界定內外空間，是內外信息的中介；

不同的智能表皮系統還有更細微的層次，但均在層內增加復雜度。

3.2 BAS智能表皮分類

按照智能表皮的調節程度分為整體和細胞兩類。

整體式表皮屬于早期簡單的BAS系統。核心為建立利用整體表皮開啟、閉合、反轉等基礎變換，形成雙層圍護的緩沖空間，運作方式類似百葉窗。例如雙重可調節通風幕墻。

細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、特定閉合程度等復雜變換。它不僅對大氣候做出反應，還對每個特定房間的物理性能進行精確調節，可視為整體式表皮基礎上的精細化技術手段。典型案例為位于奧地利基弗技術陳列室（Kiefer Technic Showroom）。

4 應用實例

基弗技術陳列室由Ernst Giselbrecht+Partner建筑師事務所于2008年完成[5]。表皮系統由多組帶有軌道的折板構件及內部封閉玻璃幕墻組成，每組折板可獨立伸縮、滑動。這種結構允許室內功能的調整、變化，使用者可依據需要調整其形式，使立面呈現動感的效果。

5 對建筑設計的影響

5.1 極簡主義的美學傾向

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

5.2 相對封閉的空間傾向

BAS系統表皮對人工環境的營造達到了一個新高度。通過裝置，一系列微氣候指標得到把控，空間呈內聚封閉狀態。

雙層表皮是智能表皮的標配：內層為采光玻璃和結構網架，外層為功能單元。一般只是外層運動，客觀上造成了外界空間與內部空間的分離，使得空間體驗出現了跳躍和斷裂，或是說“過濾”，過濾不利因素，只將有利因素納入。在外界環境日益惡劣的當下，智能表皮建筑推動建筑“封閉”、內向發展。

6 國內發展現況

BAS技術在國內遠未成熟，最重要的兩個原因是經濟限制與高技美學不成熟。

國內建筑師不甚了解技術手段，也少有思考其美學價值，技術常用作拼貼式的輔助語言，在基本形體確定添加，被視為對造型的干擾。而專業分工細化也使建筑師對新技術并不熱衷，如光伏幕墻，國內會堅持用于在屋頂或偏僻的角落，例如上海世博會中國館的光電屋頂。但同時參加世博會的法國阿爾薩斯案例館，運用BAS系統控制的光伏空腔與水結合，即“BAS-光伏水幕墻”技術將深色的電池板與垂直綠化結合[8]，造型素雅別致。

[1]王嘉亮.仿生·動態·可持續—基于生物氣候適應性動態建筑表皮研究[D].哈爾濱工業大學建筑學院,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在現代建筑工程中的進化與應用[J].建筑施工,2010(4).

[4]李濱泉,李桂文.智能化拓撲動態表皮的研究[J].華中建筑,2006(7):64～67.

[5]安曉曉.高技術建筑的技術解析[D].重慶大學建筑與城市規劃學院,2009.

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

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

馮雨飛（1992），男，漢，山東。研究生在讀，城鄉規劃，重慶大學，重慶，400000。

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