綠色誕生，綠色終結(jié)——2010“CIHAF中國(guó)之家”展區(qū)設(shè)計(jì)

吳博 盧薇薇 康進(jìn)/WU Bo, LU Weiwei, KANG Jin

圖1 2010“CIHAF中國(guó)之家”展覽現(xiàn)場(chǎng)一

圖2 2010“CIHAF中國(guó)之家”展覽現(xiàn)場(chǎng)二

圖3 竹

圖4 工廠生產(chǎn)

圖5 搭建現(xiàn)場(chǎng)

1 “CIHAF中國(guó)之家”

2010年12月10～12日，第十二屆CIHAF中國(guó)住交會(huì)（即中國(guó)國(guó)際房地產(chǎn)與建筑科技展覽會(huì)）在深圳舉行，借此平臺(tái)，面積近900m2的“CIHAF中國(guó)之家”專(zhuān)題展覽作為住交會(huì)近3屆以來(lái)的重要亮點(diǎn)再次亮相（圖1、2）。

“CIHAF中國(guó)之家”項(xiàng)目于2008年由《中國(guó)房地產(chǎn)報(bào)》和中國(guó)住交會(huì)共同發(fā)起，以“低碳營(yíng)造，生態(tài)人居”為主題，旨在向我國(guó)房地產(chǎn)行業(yè)推廣綠色、可持續(xù)的開(kāi)發(fā)與建筑理念。每年住交會(huì)上的“CIHAF中國(guó)之家”展覽除了要搭建一套足尺樣板間來(lái)展示住宅建筑中的綠色設(shè)計(jì)策略及其相關(guān)的技術(shù)集成方案外，還需要為其他的專(zhuān)題留出展覽空間，如低碳城區(qū)、綠色地產(chǎn)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、適老化住宅等。整個(gè)展覽從策展理念，到展覽線索組織，再到各個(gè)專(zhuān)項(xiàng)的展覽內(nèi)容，都與“綠色”這個(gè)主題息息相關(guān)，因此，展區(qū)本身的設(shè)計(jì)也力求傳達(dá)“綠色”的理念。

“CIHAF中國(guó)之家”的展區(qū)設(shè)計(jì)，繼2009年以紙筒作為主體材料之后，2010年我們把目光投向了“竹”——一種“綠”得更加徹底的原生態(tài)材料（圖3）。

2 “竹”的選擇

隨著綠色建筑理念逐漸深入人心，建筑的運(yùn)行能耗得到了越來(lái)越多的關(guān)注，這是我們樂(lè)于看到的。然而當(dāng)某些事情吸引了過(guò)多眼球的時(shí)候，我們便該反過(guò)來(lái)問(wèn)自己：是否有另外一些事情被忽視了？降低建筑的運(yùn)行能耗，這固然是實(shí)現(xiàn)綠色建筑的重要環(huán)節(jié)，但這并不意味著綠色建筑的全部。在建筑的全生命周期內(nèi)，無(wú)論是前期的建造過(guò)程還是后期的廢舊材料處置過(guò)程，以目前慣用的方式不但會(huì)消耗大量能源，而且會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重沖擊，正如以下兩個(gè)數(shù)據(jù)所描述的：人類(lèi)從自然界所獲得的物質(zhì)原料中50%以上是用于建造各類(lèi)建筑及其附屬設(shè)備；建筑垃圾占人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生垃圾總量的40%。而具體到我國(guó)，很難想象占全世界40%的水泥和鋼材消耗量，平均僅25～30年的建筑壽命，能造就出真正意義上的綠色建筑。為了讓建筑能綠色地誕生，綠色地終結(jié)，我們有必要思考是否可以換一種設(shè)計(jì)思路，換一種建筑材料，換一種建造方式。2010年的“CIHAF中國(guó)之家”，我們?cè)噲D從一個(gè)新的視角來(lái)進(jìn)行展區(qū)的設(shè)計(jì)（圖4、5）。

“CIHAF中國(guó)之家”具有展覽的突出特點(diǎn)——臨時(shí)性。891m2的展區(qū)必須在3天內(nèi)完成搭建，而展覽時(shí)間只有3天。反思上述問(wèn)題，我們?cè)陂_(kāi)始“CIHAF中國(guó)之家”展區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)便為自己提出了若干指導(dǎo)原則，成為設(shè)計(jì)的邊界條件：

（1）選擇獲取容易、加工便捷、環(huán)境友好的材料作為展區(qū)形象設(shè)計(jì)的主材，以降低加工、搭建過(guò)程的資源和能源消耗，并減小其廢棄后對(duì)環(huán)境的消極影響；

（2）采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)大部分構(gòu)件的提前預(yù)制，以壓縮展區(qū)主體形象的加工、搭建周期，為樣板間、各專(zhuān)題展區(qū)等其他搭建工作贏得時(shí)間和空間；

（3）保證重要構(gòu)件的循環(huán)再利用，為未來(lái)巡展打下基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)真正意義的可持續(xù)。

圖6 2000年漢諾威世博大屋頂

依據(jù)上述原則，經(jīng)過(guò)對(duì)鋼、木、竹、紙等多種材料的對(duì)比分析（ 表1），我們最終確定選擇“竹”作為2010“CIHAF中國(guó)之家”展覽主體形象的主材。

3 “竹”的特性

3.1 竹的自然特性

全球的竹子超過(guò)1 600種，主要分布在亞非拉的一些國(guó)家，其中亞太竹區(qū)是世界最大的竹區(qū)，該區(qū)竹子約50多屬，900多種，其中有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的有100多種。中國(guó)是世界竹子中心產(chǎn)區(qū)之一，是世界上竹類(lèi)資源最為豐富、產(chǎn)量最多、栽培歷史最悠久的國(guó)家之一，竹林面積約占全球竹林面積的1/5。

竹子是一種可再生性很強(qiáng)的資源，繁殖能力強(qiáng)且生長(zhǎng)周期短。竹是生長(zhǎng)速度最快的植物，尤以我國(guó)的毛竹為最——一株毛竹從出筍到成竹只需2個(gè)月左右，當(dāng)年即可用作造紙?jiān)?，若作竹材原料，也只?～6年的加固生長(zhǎng)就可砍伐利用。1畝竹林年產(chǎn)竹材可達(dá)1 500～2 000kg。在地球森林覆蓋面積日趨減少的今天，竹林的覆蓋面積卻在日益擴(kuò)大。

除了優(yōu)異的生長(zhǎng)條件外，竹對(duì)生態(tài)環(huán)境也非常友好。竹子種植成活以后，每年都要出鞭、出筍、成熟?？车糁褡拥母?，它會(huì)再生長(zhǎng)，根部卻不會(huì)被破壞，對(duì)土地不會(huì)產(chǎn)生任何影響，不會(huì)造成土地退化。每年有選擇地采伐和可持續(xù)利用竹資源，不但不會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境，還能更好地促進(jìn)竹資源再生。另外，竹吸收CO2的能力也很顯著，1hm2毛竹的年固碳量為5.09t，是杉木的1.46倍、熱帶雨林的1.33倍。竹取之于自然，回歸于自然，是完全原生態(tài)的材料，可以完全降解，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成任何沖擊。

作為天然植物材料的竹，其加工和處理均較為簡(jiǎn)便，原竹的加工依靠人力就基本能夠完成，除了對(duì)加工刀具的磨損強(qiáng)于木材外，無(wú)需耗費(fèi)其他大量資源和能源。

3.2 竹的力學(xué)性能

竹的力學(xué)性能異常卓越：

（1）竹具有很強(qiáng)的硬度，可達(dá)32HB，比櫸木（23HB）、橡木（24HB）還高。

（2）竹具有很高的強(qiáng)度，其順紋抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度都很好。竹材的抗壓強(qiáng)度為250～1 000kg/cm2，是木材的1.5～2倍；順紋抗拉強(qiáng)度為1 000～4 000 kg/cm2，是木材的2～25倍，單位重量的抗拉能力，竹甚至比鋼材強(qiáng)2～3倍，有“植物界的鋼鐵”之美譽(yù)。

竹子是粗纖維植物，密度大，伸縮空間小，它可利用自身的柔軟度來(lái)平衡在不同環(huán)境下的收縮或膨脹，結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，具備高度的割裂性、彈性和韌性。竹的彎曲強(qiáng)度為700～3000 kg/cm2，彈性系數(shù)為100 000～300 000 kg/cm3。

3.3 小結(jié)

竹的上述優(yōu)良特性，使其成為最古老的建筑材料之一?，F(xiàn)代研究還表明：建造相同面積的建筑，使用竹材所消耗的能源僅為使用木材消耗能源的1/3，為使用混凝土所消耗能源的1/8，為使用鋼鐵所消耗能源的1/50。這無(wú)疑為當(dāng)今建筑建造能耗居高不下的局面提供了新的思路。

鑒于此，我們以“竹”作為切入點(diǎn)來(lái)進(jìn)行2010“CIHAF中國(guó)之家”的展區(qū)形象設(shè)計(jì)，借此表達(dá)我們對(duì)實(shí)現(xiàn)建筑全生命周期綠色的理解和關(guān)注。

4 “竹傘”的設(shè)計(jì)

4.1 標(biāo)準(zhǔn)化單元模塊

“CIHAF中國(guó)之家”作為住交會(huì)上最重要、面積最大的展區(qū)之一，需要將其形象打造成為整個(gè)展會(huì)的亮點(diǎn)。由于展會(huì)限定所有展區(qū)不得超過(guò)6m高，從高度上吸引參觀者變得不可能，因此我們決定變“高”為“廣”，將展區(qū)形象在橫向維度上展開(kāi)，通過(guò)“場(chǎng)”的塑造來(lái)形成獨(dú)特的標(biāo)志性。2000年漢諾威世博會(huì)的核心形象——世博大屋頂（EXPODACH）給了我們啟發(fā)（圖6）：傘形結(jié)構(gòu)本身形態(tài)優(yōu)雅，陣列排布后在上部形成連續(xù)的形象，在下部又能留出足夠的空間，由此形成的庇護(hù)感和領(lǐng)域感能讓人產(chǎn)生強(qiáng)烈的場(chǎng)所認(rèn)同。而且，標(biāo)準(zhǔn)化的單元模塊能大大提高工廠預(yù)制和現(xiàn)場(chǎng)搭建的效率。

為了豐富展覽空間，我們從“蜂房”（圖7）的形態(tài)獲得靈感，結(jié)合展區(qū)33m×27m的平面尺寸，并考慮竹材的力學(xué)性能，決定采用內(nèi)切圓直徑為6m的正六邊形作為母題，設(shè)計(jì)6m高的傘體，形成標(biāo)準(zhǔn)化的單元模塊（圖8）。

4.2 單元模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基本思路確定后，進(jìn)入單元模塊的設(shè)計(jì)。由于選擇竹作為主材，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和形態(tài)設(shè)計(jì)是需要我們同步考慮的問(wèn)題，我們相信，一個(gè)合理、精巧的結(jié)構(gòu)本身就是美的。

傘體從上至下分為3段：傘冠、傘撐和傘柄，高度比例為1:1:2，傘冠和傘撐的高度均為1.5m，傘柄高度為3m。這3個(gè)部分上下連接起來(lái)共形成從上至下4個(gè)關(guān)鍵平面：（1）邊長(zhǎng)3.464m的正六邊形；（2）邊長(zhǎng)1.732m的正三角形；（3）邊長(zhǎng)1m的正三角形；（4）邊長(zhǎng)0.577m的正三角形（圖9）。這些關(guān)鍵平面的各個(gè)頂點(diǎn)之間相互連接，形成一個(gè)以各種不同尺寸的三角形為支撐、由下往上逐級(jí)放開(kāi)的傘形框架（圖10、11）。這樣的設(shè)計(jì)保證了結(jié)構(gòu)的合理和簡(jiǎn)潔，竹桿件的長(zhǎng)度只有9種，并且單根桿件的最大長(zhǎng)度控制在3m左右（圖12、13），有效限制了竹材的斷面尺寸，利于造價(jià)的縮減。

圖7 蜂房

圖8 展區(qū)單元模塊的生成

圖9 竹傘結(jié)構(gòu)的生成

圖10 傘形結(jié)構(gòu)框架一

圖11 傘形結(jié)構(gòu)框架二

圖12 傘冠部分的竹桿件長(zhǎng)度

圖13 傘撐及傘柄部分的竹桿件長(zhǎng)度

圖14 竹腳手架的連接方式

圖15 鋼腳手架的連接方式

圖16 傘冠與傘撐之間的節(jié)點(diǎn)（設(shè)計(jì)）

圖17 傘冠與傘撐之間的節(jié)點(diǎn)（實(shí)際）

4.3 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

竹桿件之間的連接是竹傘結(jié)構(gòu)成立的關(guān)鍵。一開(kāi)始我們?cè)O(shè)想了多種連接可能性（圖14、15），但由于可實(shí)施性均不理想，最終確定設(shè)計(jì)為鋼制“球節(jié)點(diǎn)+套筒”的形式（圖16、17），其原因主要考慮以下3個(gè)方面：

（1）鋼節(jié)點(diǎn)能避免竹材尺寸和形狀的不確定性所帶來(lái)的交接矛盾，提高精度；

（2）球節(jié)點(diǎn)能很好地實(shí)現(xiàn)多桿件的連接，并獲得良好的受力情況；

（3）鋼套筒能保護(hù)竹桿件端頭，避免其在安裝過(guò)程中受力不均而劈裂。

這樣的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)加工的便捷性、安裝的高效性和再利用的可能性。每個(gè)鋼節(jié)點(diǎn)均由兩部分組成：鋼球與單舌板組成第一部分，根據(jù)節(jié)點(diǎn)位置的不同，鋼球上的舌板數(shù)量和它們之間的角度不同，形成5種不同形狀的節(jié)點(diǎn)，這是加工過(guò)程中唯一的難點(diǎn)；鋼套筒與雙舌板組成第二部分，這部分完全標(biāo)準(zhǔn)化，可大批量生產(chǎn)并提前與竹桿件連接好后再運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)與第一部分進(jìn)行裝配。兩部分之間用螺栓鉚接，安裝和拆卸都非常方便，為未來(lái)的巡展奠定了基礎(chǔ)（圖18）。

4.4 膜材及照明設(shè)計(jì)

如果把鋼節(jié)點(diǎn)看作“點(diǎn)”，把竹桿件看作“線”，那么膜材的引入便為主體結(jié)構(gòu)增添了“面”——點(diǎn)、線、面不同維度的元素共同勾勒出了竹傘的最終形象。我們?cè)趥愎诩皞銚尾课坏闹駰U件和金屬節(jié)點(diǎn)的內(nèi)側(cè)固定PVC膜材，構(gòu)成傘體上部的封閉空間，不但在視覺(jué)上增強(qiáng)了主體結(jié)構(gòu)的體積感，還形成對(duì)展區(qū)場(chǎng)域的庇護(hù)，更為照明設(shè)計(jì)提供了空間和載體。

緊扣“竹”的主題，我們以“竹影滿(mǎn)天”為概念進(jìn)行照明設(shè)計(jì)：傘冠中央懸掛4盞金鹵燈，其中3盞以?xún)蓛芍g120°的夾角安裝，照亮傘冠部分的膜材，另外一盞垂直向下照亮傘撐部分的膜材。在光源與膜材之間懸掛內(nèi)外3層長(zhǎng)短不同的竹葉，光為筆，竹為墨，光線將層層竹葉投影在白色的膜上，虛實(shí)濃淡，竹影滿(mǎn)天。

4.5 小結(jié)

9種竹桿件長(zhǎng)度，6種金屬節(jié)點(diǎn)，4種膜材形狀，4盞燈光，3圈竹葉——我們通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)，把構(gòu)件的種類(lèi)數(shù)量降到了最低，使竹傘單元完全實(shí)現(xiàn)了綠色材料、標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件、工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)裝配、展后利用的目標(biāo)。

5 結(jié)語(yǔ)

“寧可食無(wú)肉，不可居無(wú)竹?！敝?，不僅是文人墨客心中的寵兒，更是地球?qū)θ祟?lèi)的慷慨饋贈(zèng)。2010“CIHAF中國(guó)之家”，我們?cè)噲D用美妙的“竹”來(lái)詮釋對(duì)建筑全生命周期綠色的理解：綠色誕生+綠色運(yùn)行+綠色終結(jié)，這才是完整意義上的綠色建筑。