建筑適應(yīng)性設(shè)計釋意及核心理論研究進展

張 楓 Zhang Feng

建筑的生命周期通常長達50年之久。而在50年的使用周期內(nèi)，建筑所屬的業(yè)主、使用者，建筑所在的場地環(huán)境，建筑本身的物質(zhì)損耗、審美需求等均會發(fā)生可預(yù)測或不可預(yù)測的改變。為滿足不斷變化的需求，在建筑整個生命周期內(nèi)，從建筑的內(nèi)部陳設(shè)到建筑布局，甚至到建筑結(jié)構(gòu)，均不可避免地會發(fā)生一次或數(shù)次改造。

建筑新建或改造與資源消耗密切關(guān)聯(lián)。當前，中國建筑在首次設(shè)計與建造時對未來預(yù)判不足，造成建筑改造次數(shù)增多，甚至提早被廢棄，“建設(shè)性破壞”嚴重，從而導致了資源的巨大浪費。因此，如何以較少的資源消耗高效地實現(xiàn)建筑生命周期內(nèi)的有效使用，如何前攝性地預(yù)測建筑將會發(fā)生的改變，采用適應(yīng)性的設(shè)計方法予以應(yīng)對，從而為未來留有余地，是實現(xiàn)環(huán)境、建筑可持續(xù)發(fā)展的重要方面，也是當前亟待解決的重要問題。

1 建筑適應(yīng)性設(shè)計釋意

適應(yīng)（adapt）一詞來源于拉丁文“ad”（to）（為了）“aptare”（fit）（適合）。道格拉斯在《建筑適應(yīng)性》（Building Adaption）一書中對“建筑適應(yīng)”做出了定義，是指任何通過維護改變建筑的容量、功能或性能的工作，換言之，指任何為調(diào)整、再利用或提升建筑，以使其適合新的環(huán)境或需求而做出的干預(yù)性工作[1]。整修（renovation）、適應(yīng)性再利用（adaptive reuse）、改造（remodelling）、復原（reinstatement）、改裝（retrofitting）、轉(zhuǎn)換（conversion）、恢復（restoration）、回收利用（recycling）等都可被用于描述建筑實現(xiàn)適應(yīng)性的建設(shè)活動，包含于“建筑適應(yīng)”之中。

適應(yīng)性指調(diào)整或被調(diào)整到適合新局面的能力。對于建筑適應(yīng)性至今還未做出統(tǒng)一的定義，研究者分別提出了不同的解釋。布萊斯等在《優(yōu)化設(shè)計管理》一書中認為，適應(yīng)性既要關(guān)注面向長時期的建筑大尺度規(guī)模的變化，也要在例如房間的尺寸和形態(tài)等小尺度方面滿足變化的需求[2]。建筑師阿爾蓋在研究辦公建筑的適應(yīng)性時，認為適應(yīng)性是滿足不斷變化的使用者和業(yè)主需求的能力，通過三種方式來實現(xiàn)：不改變建筑性質(zhì)，以簡易的方式改變建筑性質(zhì)，或者根據(jù)需求擴展或分割建筑[3]。建筑理論家戈戈萊夫斯基在建筑部件的再利用設(shè)計研究中，認為適應(yīng)性建筑是能適應(yīng)未來變化的能力，能以最簡易的方式以及最低成本滿足業(yè)主不斷發(fā)展的需求[4]。建筑師達爾齊爾等在《城市中的居住建筑》（A House in the City: home truths in urban architecture）一書中稱，建筑大規(guī)模的使用上的改變，反映了城市或商業(yè)的發(fā)展，建筑適應(yīng)性就是對這些發(fā)展帶來的影響的回應(yīng)，在無需對基本結(jié)構(gòu)進行改造的情況下，重新闡釋空間[5]。建筑師霍博曼在建筑適應(yīng)性結(jié)構(gòu)研究中認為，適應(yīng)性建筑是基于性能的建筑，通過實時調(diào)整建筑形態(tài)與功能使其適應(yīng)環(huán)境的變化，這個過程是基于時間的，響應(yīng)性的及動態(tài)的[6]。通過節(jié)約能源，提升空間舒適性等從整體上提升空間的使用效率。建筑師格雷厄姆在《適應(yīng)性設(shè)計——原則與基本策略介紹》一文中認為，建筑適應(yīng)性就是使得建筑、建筑部件、材料最大程度的處于高效使用過程中的能力[7]。

一些學者常將適應(yīng)性與靈活性（flexibility）兩個概念相互替換，或等同視之，而另一些學者也提出了這兩個概念的差別。例如布萊斯等將靈活性定義為：“以相對較少的努力和成本實現(xiàn)快速的改變”，而將適應(yīng)性定義為“經(jīng)歷長時期的更大規(guī)模的改變”[2]。建筑理論家利曼等也做出了同樣的解釋，他們認為靈活性是針對較小的物質(zhì)實體而言，并且是短期的、頻率較高的、低量級的改變，而適應(yīng)性則是以建筑使用為導向，進行的長期的、頻率較低的、高量級的改變[8]。戈羅克認為靈活性是技術(shù)性的，面向的是建筑構(gòu)件，而適應(yīng)性是區(qū)域性的，面向的是社會使用群體[9]。有學者認為，靈活性是關(guān)乎物理變化，而適應(yīng)性并非指物理性的改變，勃洛克等則并不認可，他們認為結(jié)構(gòu)適應(yīng)性指的是建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)歷變化的能力，然而結(jié)構(gòu)的靈活性則在無需改造結(jié)構(gòu)的情況下自身就具備變化的可能性[10]。由上述可見，兩者的區(qū)分主要反映在時間尺度及變化的類型上，而兩者所要實現(xiàn)的目標是一致的。

從現(xiàn)有發(fā)展來看，與建筑適應(yīng)性相關(guān)的設(shè)計與研究，大致可歸納為以下四個方面。

（1）適應(yīng)性建筑或響應(yīng)性結(jié)構(gòu)，如動態(tài)建筑（kinetic architecture）。通過動態(tài)立面或可變形結(jié)構(gòu)，使建筑能根據(jù)不斷變化的環(huán)境而發(fā)生改變。這方面的研究主要基于技術(shù)的發(fā)展，建筑可通過傳感器和制動器實現(xiàn)與環(huán)境的實時互動。

（2）建筑適應(yīng)性再利用。主要是為未被充分利用的或空置的建筑尋找新的利用方式，目前是實現(xiàn)區(qū)域再生、建筑可持續(xù)發(fā)展以及延長建筑使用壽命的主要策略之一。適應(yīng)性再利用常涉及將建筑的功能或用途根據(jù)現(xiàn)有的需求進行調(diào)整改變，如將辦公建筑轉(zhuǎn)變?yōu)榫幼〗ㄖ?，將廢棄的工業(yè)建筑轉(zhuǎn)變?yōu)樯虡I(yè)或居住建筑等。

（3）包容性設(shè)計。主要針對住宅建筑提出，使建筑能滿足各種人群的需要，以及符合隨時間發(fā)展的人們在不同年齡階段的使用需求。

（4）氣候適應(yīng)性建筑。討論建筑適應(yīng)周圍環(huán)境巨變的方法，包括通過降低能耗、減輕環(huán)境負荷等。主要是將新技術(shù)整合到新建筑或現(xiàn)存建筑中，如被動設(shè)計技術(shù)的研究等。

從適應(yīng)性的定義及相關(guān)研究與實踐可見，對建筑適應(yīng)性的討論具有復雜性和多樣性，但大多基于一個基本問題，即建筑如何隨時間發(fā)生變化，以及如何能適應(yīng)這些改變。建筑師奧斯汀等梳理了101篇產(chǎn)品、健康、建筑領(lǐng)域適應(yīng)性研究的相關(guān)文章，對研究中提出的適應(yīng)性定義進行了分析與總結(jié)，發(fā)現(xiàn)研究者對適應(yīng)性的理解具備以下四大共性[11]。

（1）適應(yīng)性反映了建筑自身發(fā)生改變以適應(yīng)環(huán)境的能力。建筑自身的改變包括主動對環(huán)境變化的響應(yīng)以及被動地適應(yīng)環(huán)境，建筑的改變可發(fā)生于結(jié)構(gòu)、空間和環(huán)境等，但從大多數(shù)文獻來看，建筑適應(yīng)性多關(guān)注于由于使用變化帶來的功能改變。布萊斯等還將建筑發(fā)生的改變進行分類，如按照變化頻率分類，分為高頻改變、低頻改變；按照變化程度分類，分為高幅值改變、低幅值改變等。

（2）建筑適應(yīng)性反映了建筑符合使用者需求的能力。建筑適應(yīng)性強調(diào)人與建筑的關(guān)系，適應(yīng)性較高的建筑能長期滿足使用者的需求，并且能控制因性能下降而造成的空間供給與使用者需求之間的矛盾。

（3）建筑適應(yīng)性反映了建筑最大化有效使用的能力。建筑適應(yīng)性強，意味著它能以最低的成本，既適合于建筑系統(tǒng)本身的運行需求，也能滿足各利益相關(guān)者的需要。建筑師肯德爾將這種適應(yīng)能力解釋為“對建筑有效性和價值的評估”。因此，花費最少的時間和成本對建筑進行改造，是適應(yīng)性體現(xiàn)的重要方面。

（4）建筑適應(yīng)性體現(xiàn)在時間尺度上。根據(jù)對建筑適應(yīng)性定義的梳理可見，大多適應(yīng)性定義中均包含對時間的描述，主要包含兩種方式：①描述建筑改變發(fā)生的速度，如在研究辦公建筑適應(yīng)性時，適應(yīng)性指辦公空間能快速地轉(zhuǎn)變?yōu)殚_放的、半開放的及封閉的空間，同時能保持其多功能性的能力；②強調(diào)的是在建筑整個全生命周期內(nèi)的變化，如英國的“兒童、學校及家庭部門（DCSF）”認為：“適應(yīng)性在學校建筑的整個使用周期內(nèi)都是必要的，內(nèi)部墻體能被移動，空間的尺寸和使用能得以改變，適應(yīng)性將得以提升?！币虼?，最大化延長建筑的生命周期，延長建筑部件、材料等的使用周期是適應(yīng)性的關(guān)鍵特征。

結(jié)合已有的建筑適應(yīng)性定義、建筑適應(yīng)性研究和實踐，本文將建筑適應(yīng)性定義概括為：建筑通過有效的調(diào)節(jié)以適應(yīng)使用者和環(huán)境不斷發(fā)展的需求的能力，從而使建筑在其全生命周期內(nèi)的價值最大化。

2 建筑適應(yīng)性層級理論

建筑適應(yīng)性的層級理論，是根據(jù)建筑中不同組成元素的使用壽命不同進行歸類，實現(xiàn)適應(yīng)性的方法。該理論由英國建筑師達菲首先提出，他認為，建筑系統(tǒng)的歸類方式不應(yīng)以材料為基礎(chǔ)，而應(yīng)以時間或使用壽命為依據(jù)。達菲以商業(yè)建筑室內(nèi)空間為研究目標，將建筑按照使用周期分為四個層級：外殼類部件（Shell）、服務(wù)設(shè)施類部件（Service）、空間布局類部件（Scenery）和室內(nèi)類部件（Set）。外殼類部件指結(jié)構(gòu)，壽命為建筑的最長使用年限；服務(wù)設(shè)施類部件指管線、空調(diào)、電梯等，最長15年需更換一次；空間布局類部件，如墻體隔斷、吊頂?shù)?，?～7年更換一次；室內(nèi)類部件，如家具等，根據(jù)使用者需求，每周或每月都能更換。

達菲對建筑元素的重新分類思想還影響到人們對建筑成本的認知，他認為，從總花費來看，結(jié)構(gòu)的花費明顯少于空間布局類部件和室內(nèi)類部件花費[12]。

布蘭德對達菲的層級概念進行了擴展，將達菲針對商業(yè)建筑的特定對象研究推廣至一般意義上的所有建筑。布蘭德提出了六個層級（圖1）：① 場地（SITE）：建筑所在的地理環(huán)境、城市區(qū)位、地塊，它的使用壽命遠超于建筑個體，歷經(jīng)數(shù)代建筑的更替?！皥龅貛缀跏怯篮愕摹薄＂?結(jié)構(gòu)（STRUCTURE）：建筑中的基礎(chǔ)和承重部件。這部分部件的改造代價巨大且存在風險，因此，通常在使用年限內(nèi)不做更新。③ 表皮（SKIN）：由于美觀或技術(shù)等因素，通常每20年進行一次大規(guī)模整修。④ 服務(wù)設(shè)施（SERVICE）：通信線路、電線、水管、自動噴水滅火系統(tǒng)、HVAC（供暖設(shè)備、通風設(shè)備、空調(diào)）以及電梯、自動扶梯等。這類部件一般使用年限為7～15年。⑤ 空間規(guī)劃（SPACE PLAN）：建筑內(nèi)部布局類部件，如墻體、天花板、地板、門等。商業(yè)空間一般每3年更換一次，一些住宅建筑也可能30年才變換一次。⑥ 室內(nèi)（STUFF）：椅子、桌子、電話機、掛畫、家用電器等。這些物品每天或每月都可更換。

布蘭德以達菲理論為基礎(chǔ)，并對其進行了精確化。布蘭德和達菲都認為，“以時間為建筑元素分類標準具有實踐價值。所有的相關(guān)工種，建筑師、工程師、空間規(guī)劃師、室內(nèi)設(shè)計師等都可以按照這個時間標尺來工作。這就意味著設(shè)計的建筑將極具適應(yīng)性。”同時，這樣的層級劃分還能與使用者產(chǎn)生關(guān)聯(lián)：與個人緊密關(guān)聯(lián)的是室內(nèi)層級；與使用群體相關(guān)的是空間規(guī)劃層級；與公眾相關(guān)的是建筑表皮；與整個城市相關(guān)的是結(jié)構(gòu)以及場地。

圖1 布蘭德提出的建筑的層級

布蘭德提出組成建筑的各部件以不同的速率發(fā)生變化，越多的層級相聯(lián)系，實現(xiàn)適應(yīng)性就更加困難且需要更多的花費。他認為，設(shè)計的適應(yīng)性取決于變化較慢的建筑部件，結(jié)構(gòu)適應(yīng)性會約束表皮適應(yīng)性，表皮適應(yīng)性會約束服務(wù)設(shè)施的適應(yīng)性。如建筑保溫與建筑的供熱和冷卻服務(wù)設(shè)施相關(guān)，服務(wù)設(shè)施又取決于建筑表皮的能量轉(zhuǎn)換效率，表皮又受到結(jié)構(gòu)的限制。但與此同時，變化較快的部件也能影響變化較慢的部件，如頻繁的更換室內(nèi)電子設(shè)備（Stuff），最終就需要更換與電氣相關(guān)的服務(wù)設(shè)施（Service），以承載不斷增加的負荷[13]。

布萊斯等在布蘭德層級分類中加入了系統(tǒng)（System）層級，主要針對信息技術(shù)的發(fā)展對建筑的影響，布萊斯認為在服務(wù)設(shè)施（service）這一層級上，信息技術(shù)服務(wù)設(shè)施與其他服務(wù)設(shè)施的變化速率具有差異性[2]。這與布拉斯塔德的觀點一致，他認為服務(wù)設(shè)施本身就包含了若干層級并且呈現(xiàn)復雜化的特點。布拉斯塔德同時還提出，“建筑層級數(shù)量以及它們之間的關(guān)系，需要根據(jù)每個項目的復雜程度、不確定性、預(yù)期的使用中會產(chǎn)生的變化、建筑組織和管理方式來確定”[14]。因此，根據(jù)布拉斯塔德所述，建筑層級的數(shù)量可以根據(jù)不同項目而有所差別。

盧本進一步闡述了對層級的理解，他提出并不是建筑元素本身定義了層級，而是將元素聚合成的整體形成了層級。盧本界定了層級與功能之間的關(guān)系，他去除了布蘭德提出的六個層級中的場地（Site）和內(nèi)部軟裝（Stuff），認為這兩個并不是建筑實體的組成元素，同時增加了通道（access）層，指的是樓梯、走廊、畫廊以及電梯[15]。

3 建筑適應(yīng)性類型劃分

研究建筑適應(yīng)性的類型，對于深入理解適應(yīng)性概念至關(guān)重要。根據(jù)已有研究，建筑適應(yīng)性分類方式多樣，分類的主要依據(jù)包括建筑變化的種類（如空間布局、建筑體量、建筑使用等）、變化的速度與量級、是否需要物理改變等方面。但是，現(xiàn)有的研究并未提出分類的具體標準，也常常出現(xiàn)“靈活性”與“適應(yīng)性”等專業(yè)術(shù)語互換使用的情況，使得建筑適應(yīng)性的分類龐雜。

對研究建筑適應(yīng)性類型的文獻進行梳理，拉爾森等定義了三種適應(yīng)性類型：普適性（如空間的多功能使用）、靈活性（如支持多種空間配置）、彈性（如提供建筑后期分隔與擴展的可能性）[16]。相關(guān)研究者也用不同的表述方式表達了這三種類型，如運用多功能性（multifunctional）、多價性（polyvalence）[17]等來表述拉爾森等所述的普適性；采用“使用靈活性”（use flexibility ）[18]、“功能靈活性”（functional flexibility）[19]、“長期靈活性”（long-term flexibility）[20]等來表述拉爾森等提出的靈活性。部分研究者將三種類型進行細分，如布拉斯塔德將“彈性”細分為“可延展性”與“可分割性”[17]。普利莫斯提出多功能性與空間可變性之間的差異，他提出多功能性是指在沒有實體變化的情況下支持不同用途的使用，而空間可變性則指改變實體以支持不同用途，如滑動門或活動分隔的設(shè)計等。他還提出靈活性與可變性的不同，前者是由使用者自身所完成的，而后者是由專業(yè)人員完成的[21]。哈什米安將建筑適應(yīng)性的一種類型定義為“可升級性”，是指能夠適應(yīng)新技術(shù)以及適應(yīng)性能提升的能力，將適應(yīng)性的分類與建筑發(fā)生變化的類型相關(guān)聯(lián)，例如家具等發(fā)生在每日或每周的快速的變化，哈什米安其歸納為“定制化服務(wù)”或“適應(yīng)特定用戶偏好”類型[22]。部分研究者將建筑可移動性歸為建筑適應(yīng)性類型之一?？梢苿咏ㄖ诮ㄖ分芯哂兄匾匚?，最早可追溯到史前的庇護所，如帳篷、氈房等?？肆_嫩堡將建筑可移動性定義為“能夠從一個場地遷移到另一場地的建筑，從而使其更好地履行功能?！彼€描述了與建筑可移動性對應(yīng)的三種策略：便攜式（整體移動）、可拆卸式（分成若干塊體移動）、模塊化，每個策略都有運輸、裝配速度、自然損耗、使用可變性、尺寸以及場地適應(yīng)性等優(yōu)缺點。建筑移動需要大規(guī)模的運輸，這不是大多數(shù)建筑的日常需求，然而，它為臨時建筑適應(yīng)性的實現(xiàn)提供了途徑[23]。

通過對現(xiàn)有文獻的整理（表1），本文將建筑適應(yīng)性分為6類：類型1，建筑功能適應(yīng)性，強調(diào)建筑物改變使用用途的能力；類型2，建筑空間適應(yīng)性，強調(diào)建筑空間的改變以適應(yīng)需求的能力；類型3，建筑性能適應(yīng)性，建筑物的各種性能的調(diào)節(jié)能力，如，結(jié)構(gòu)性能、能耗性能等；類型4，建筑規(guī)模適應(yīng)性，強調(diào)建筑能夠擴展規(guī)模的能力；類型5，使用任務(wù)適應(yīng)性，強調(diào)對建筑任務(wù)或使用者改變的調(diào)節(jié)能力；類型6，建筑位置適應(yīng)性，強調(diào)建筑物的移動能力。

表1 建筑適應(yīng)性類型文獻梳理

4 結(jié)語

建筑師愛德華·何利斯在《建筑變形記》一書中指出，“完美的建筑作品事實上并不存在——它們需要經(jīng)歷各種變化，如氣候、戰(zhàn)爭、時代、建造、使用等”。建筑中的變化成為設(shè)計強有力的驅(qū)動條件。建筑在其生命周期內(nèi)可能會發(fā)生使用方面的轉(zhuǎn)變、性能方面的轉(zhuǎn)變以及建筑環(huán)境的轉(zhuǎn)變。

建筑適應(yīng)性設(shè)計研究就是解決建筑隨時間不斷變化的相關(guān)問題，是實現(xiàn)建筑可持續(xù)發(fā)展的途徑之一，具有重要的價值和意義。首先，建筑通過適應(yīng)性設(shè)計，可以對建筑物可能發(fā)生的變化進行有效的控制，提高建筑改造效率，而使得建筑不至于變化次數(shù)過多、時間過長、頻率過高，從而嚴重影響建筑的正常使用。其次，建筑適應(yīng)性設(shè)計考慮建筑長期使用的變化需求，通過科學的預(yù)測及控制可能發(fā)生的變化，減少建筑全壽命周期花費，延長建筑的使用壽命，減少新建筑建設(shè)量，從而減少資源消耗及廢物產(chǎn)出。第三，建筑適應(yīng)性設(shè)計能提升建筑的投資價值。建筑適應(yīng)性越強，用戶滿意度越高，使用越靈活，為使用者提供更多的選擇權(quán)來使用空間，隨之出租率及轉(zhuǎn)售價值就會越高。

建筑適應(yīng)性設(shè)計的實現(xiàn)有賴于對建筑適應(yīng)性概念的清晰界定與認知，而當前提出的層級理論及分類方法，能有助于建筑適應(yīng)性設(shè)計策略的歸類，也有益于建筑適應(yīng)性設(shè)計流程、時間順序的制定，從而能為適應(yīng)性設(shè)計導則的提出奠定基礎(chǔ)。