基于環境調控的現代建筑設計策略——從拉金大廈說起

陳健楠

南京大學建筑與城市規劃學院 江蘇 南京 210093

1 19世紀基于環境調控的建筑設計策略

自建筑誕生之時起，人們就一直追求著在建筑中實現更適宜生存的環境。18世紀時的歐洲，由于城市快速擴張和人口密度急劇增加，引發了如惡性傳染病等社會性環境問題，人們不得不開始關注建筑中的衛生問題，對通風、采光以及溫度進行有意識的認知和控制。面對不斷出現的新功能公共建筑與它們持續擴大的規模，傳統的設計方法已經難以滿足其環境所需，一系列新型的環境調控設施應運而生，通風、供暖與建筑衛生迅速從一項工程技術變成一門學科。資本主義興起之后，新興的商業與工業建筑要求對建筑環境進行更精確的調節，這一方面推動了自然科學在建筑工程中的進一步應用，另一方面迫使建筑師將環境調控因素更謹慎的納入建筑的設計中，而非僅僅憑經驗推測落成后的環境效果[1]。

圖1 自然通風的教堂設想

圖2 惠靈海關同時作為供暖管道與結構的鐵構件

盡管在當時絕大部分采用環境調控理念的建筑設計中，環境調控設備都作為一種輔助性設施被隱藏在使用空間之外，并未對建筑的空間形式產生任何影響，但實際上建筑師很早就開始介入建筑中的環境調控并將之作為統一的設計要素進行考慮。查爾斯·理查森在《建筑采暖與通風實用論》一書中曾提及17世紀的教堂利用塔樓和地板夾層作為風道，以燭臺加熱空氣作為動力而實現的自然通風（圖1），這是將環境調控與建筑空間形式進行共同設計的較早設想。18世紀末，隨著蒸汽機取代水力成為重要能源，建筑開始利用管道和輻射板傳輸蒸汽進行取暖。在1799年的索爾福德工廠以及阿姆雷工廠（Armley Mill）中，蒸汽通過空心鑄鐵柱從地下室輸送至上層空間后從頂部排放，并且管狀的空心柱比同等抗彎強度的實心十字柱節省了30%的用鐵量。1859年落成的惠靈海關（Custom House at Wheeling）更是將空心箱型梁和空心鑄鐵柱共同作為蒸汽供暖管道，實現環境調控設施與建筑結構的進一步結合（圖2）。在這方面走得更遠的是19世紀的溫室建筑，它們將類似的鑄造物用于供暖、通風、給排水等系統，并與新型大面積采光玻璃結合實現新的建造形式。

19世紀下半葉，中央供暖與通風系統已經遍布歐洲與美國的各類大型建筑物。1903年的維多利亞皇家醫院（Royal Victoria Hospital）首度以環境調控作為設計出發點規劃了整個建筑的空間布局，立面重復的架高病房以及病房之間標志性的通風尖塔正是基于環境調控的設計策略所產生的新形式，盡管其外觀仍與現代建筑相去甚遠。

2 拉金大廈與基于環境調控的設計策略

由F.L.賴特設計，于1906年竣工的拉金大廈（Larkin Building）是從環境調控出發進行建筑整體設計的一次重要嘗試。它吸收了前輩們的經驗，進一步將環境調控、建筑內外空間、形式與結構有機地結合在一起，從而生成了一種強烈的、極具紀念性的外部形式。英國學者班納姆對此評論道：“即使賴特此后什么都沒有設計，他仍能以這個建筑在20世紀設計先驅者中占有一個無可爭辯的地位。”作為賴特的第一個非私人住宅項目，拉金大廈的形式生成邏輯可說是極為反傳統的。它一反在草原式住宅中慣用的利用輕薄的水平線條消解體量的手法，而是被厚磚覆蓋，以一種強烈的封閉實體的姿態呈現。這樣的結果固然有著經濟因素的影響，但更多是基于對建筑內部環境的功能性需求而采取的設計策略[2]。

從外部環境看，大樓位于一片工業區內，幾乎完全被鐵路所環繞，附近的一座煤氣廠使當地有著嚴重的空氣污染。正因如此，賴特選擇以封閉內向的姿態來面對這一糟糕的周邊環境，通過人工環境控制和合理化室內配置解決內部功能問題。主要的五層使用部分圍繞著高敞的帶有頂光的中庭進行布局，中庭被四角作為垂直交通核的高聳塔樓環繞，塔樓頂部設有進氣口來吸取外部較為清潔的上層空氣。垂直交通以及主動式空氣調控設備被安置在四角的塔樓中，每個塔樓底部均有一個抽風機，可根據需要獨立運行，通過地下室地板下的排氣管道相連以平衡負荷。在每個地下室的機房中，空氣被清潔、加熱或冷卻，之后被細分至一系列隱藏在內柱后表面貫通各層樓板的立管中，立管在每層分別轉換到更細分的水平向管道，空氣即經由這些管道輸送到每個樓層。天花頂部的每個梁均由兩個I型鋼拼成，空氣管道則安裝在兩個I型鋼之間的空隙中和陽臺前部形成的空心結構中。所有的出風口都位于梁和陽臺的下方，每層地板上一種特殊染色空心磚形成的粗格柵則充當回風口，通過外壁柱中隱藏的管道將空氣吸入并匯集在地下室，通過鼓風機從塔樓墻體中的管道排出（圖3）。

得益于市政建設的發展，建筑在設計時內置了電力管線與標準化的電力系統，不僅提供了電力照明以補足采光不足導致的昏暗，并且預留了與大規模辦公功能相適應新型通訊電器如電話、電報機等的使用條件。因而賴特敢于采用外墻極少開洞的做法，以回避與外部糟糕環境的任何視線聯系與噪聲干擾，從而使建筑呈現極為封閉而內外割裂的環境狀態。

圖3 拉金大廈典型通風管與通風口布置

3 拉金大廈對現代建筑設計的影響

在拉金大廈中，環境調控系統在內部功能和外部形式之間起著至關重要的作用，其最終形式來源于從環境調控出發的設計策略，而非在設定形式之后加入設備，在這一點上拉金大廈與那些使用環境調控設備的前輩們劃出了明顯的界限。環境調節的主體設備和垂直交通整合在相對獨立的塔樓內，既解放并純粹化了主要使用空間，又以實體性的體量在構圖上占有重要作用。形式生成的過程中明顯將主要使用空間與設備、交通所需的非主要使用空間分離，設備的引入強化了建筑的構圖，形成了強烈的紀念性，明顯的軸線以及教堂中庭式的空間，正應和了委托方希望將勞動與宗教和道德關聯的愿景[3]。

賴特采用磚砌這一結構元素作為形成管井、樓梯等輔助功能的材料，并將這些輔助功能形成獨立的空心柱狀元素，同中心的辦公空間進行區分。這是第一次將技術設施與結構結合的空間表達，在操作層面對路易斯·康等新一代的建筑師提供了直接的范例。也即班納姆所說“在以結構和外在形式發展為關注點的常規建筑史研究和作為人類環境創造發展的現代建筑史研究之間建立了聯系。”在拉金大廈內，無論是整體布局還是細部都與建筑功能與內部經濟的轉變保持同步。賴特尋求的是一種用以處理內部空間的非物質實體的技術手段，從而使設備和環境設計被良好地整合進空間組織，在這之前空間的組織從未將其考慮在內，這也是同時代歐洲建筑師們一直在追尋的現代建筑精神。遺憾的是，拉金大廈已于1950年被拆除。

賴特對于環境調控的態度并不只是依靠新型設備達成的，他所追求的是人類生存環境的品質，而非先進的技術，在同一時代他也建造了幾座沒有引用新型設備卻同樣通過設計手法改善了環境的建筑，他試圖將適度的技術與建筑結構形式融合起來，這在他之后的有機建筑實踐中得到體現，并且對二十世紀的機器美學的出現與發展造成了深遠的影響。