感性美學(xué)與理性構(gòu)法學(xué)的相互影響——以托萊多美術(shù)館玻璃展示廳的分析為例

李相宜，裘　知

(浙江大學(xué) 建筑工程學(xué)院，浙江 杭州310058)

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感性美學(xué)與理性構(gòu)法學(xué)的相互影響——以托萊多美術(shù)館玻璃展示廳的分析為例

李相宜，裘知

(浙江大學(xué) 建筑工程學(xué)院，浙江 杭州310058)

摘要：從托萊多美術(shù)館玻璃展廳獨(dú)特的簡(jiǎn)潔美感的出發(fā)，從概念、材料、結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)幾個(gè)理性構(gòu)法方面分析建筑美學(xué)的實(shí)現(xiàn)方式。探討感性美學(xué)與理性構(gòu)法的相互影響。

關(guān)鍵詞：托萊多美術(shù)館玻璃展廳；圓角玻璃；雙層玻璃空腔；雙邊玻璃固定體系

托萊多美術(shù)館玻璃展示廳，坐落于美國(guó)俄亥俄州的一座曾經(jīng)以生產(chǎn)玻璃器具而聞名的小城——托萊多。由于建筑的功能是作為一個(gè)玻璃藝術(shù)品展示的空間，因此SANNA建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所在設(shè)計(jì)概念上提取了玻璃的元素，通過最純粹最簡(jiǎn)潔的“玻璃的建筑盛放玻璃工藝品”的方式來還原小城的玻璃歷史。

在結(jié)構(gòu)方面，由于建筑分為地上與地下兩層，且地上部分的通透性尤其重要，因此地下層為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，而地上部分則采用更為輕質(zhì)的鋼結(jié)構(gòu)。

在功能方面，雖然SANNA通過玻璃空腔的方式劃分功能，極力將建筑的純粹性最大化，但考慮某些特殊功能如廁所等不能全通透處理，因此也做了一定的退讓：將這些功能放置在位置合理的黑房間里，墻面選用白色涂料。地上層主要為展區(qū)與開放藏品區(qū)，是對(duì)外開放人流密集的區(qū)域，而地下則主要為設(shè)備用房和儲(chǔ)藏空間。

另外，日本建筑師追求極致的純粹建筑美學(xué)，雖然從視覺上產(chǎn)生極致的美學(xué)效果，然而給施工和造價(jià)帶來極大困難和隱患。在本項(xiàng)目中，最大的成功之處在于其跨國(guó)大生產(chǎn)，如日本建筑設(shè)計(jì)，德國(guó)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及澳大利亞與中國(guó)參與的材料生產(chǎn)等。正是這種跨國(guó)合作才實(shí)現(xiàn)了建筑美學(xué)、施工、造價(jià)等方面的調(diào)和，保證了建筑作品最終的完成[1]。

一、建筑美學(xué)解析

托萊多美術(shù)館玻璃亭的設(shè)計(jì)將建筑的純粹性做到極致，建筑采用了最純粹的白色與最通透的玻璃相結(jié)合，整座建筑給人的感覺可以用三個(gè)詞來概括：干凈、通透、輕盈。SANNA不僅僅是在做建筑本身，更是將建筑做成了一個(gè)玻璃展品，一個(gè)工藝品。純粹性的體現(xiàn)，大致歸結(jié)為以下三點(diǎn)：

1.超大玻璃的運(yùn)用

SANNA認(rèn)為，為了使玻璃的純粹性最大化，要在隱藏幕墻結(jié)構(gòu)固定部分的基礎(chǔ)上要求玻璃間接縫最少，因此在相同的玻璃面積需求下，對(duì)玻璃的尺寸提出極為嚴(yán)苛的要求：超大玻璃的標(biāo)準(zhǔn)尺寸為2.44*3.96 m[2]。

2.柱子

為了將玻璃的純粹推向頂點(diǎn)，要盡可能把柱子隱藏。因此一部分柱子被隱藏在墻體中，另一部分則被置于玻璃空腔中，由于玻璃夾層的雙重透明，雙重折射，雙重反射現(xiàn)象，柱子的存在感也會(huì)被削弱。

3.墻與樓板

在顏色的選擇上，選用了白色。從外面看，尤其是在燈光開啟時(shí)的夜晚，墻與樓板幾乎看不到界線，很好地融入了玻璃的純粹體系。屋面被設(shè)計(jì)得非常輕薄，僅0.6 m的厚度里卻容納了結(jié)構(gòu)、設(shè)備、保溫、防水等等[2]。吊頂采用白色涂料，地面采用淺色光面大理石，光線在吊頂、地面與玻璃墻面之間自由反射，達(dá)到光線自然融合的效果。

二、建筑構(gòu)法對(duì)建筑美學(xué)的呼應(yīng)解析

理性的建筑構(gòu)法為感性的建筑美學(xué)的實(shí)現(xiàn)提供堅(jiān)實(shí)的保障。無論是在選材、理念還是細(xì)節(jié)處理方面，SANNA在這幢看似面積不大又無復(fù)雜結(jié)構(gòu)的作品中付出了相當(dāng)大的心血，這也使得整幢建筑的成本相當(dāng)驚人。本文從材料、結(jié)構(gòu)體系、特殊節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)三個(gè)方面分析建筑構(gòu)法對(duì)建筑美學(xué)的呼應(yīng)。

1.主要材料：大尺寸低鐵白玻璃

(1) 白玻璃。由于白玻璃所含有的雜質(zhì)較普通玻璃小很多，因此白玻璃的透光性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通玻璃，這使得外界光線即是透過多個(gè)雙層玻璃空腔體系仍然能夠保證足夠的光線強(qiáng)度照亮室內(nèi)。

(2)材料性能。白玻璃具有非常好的透光性，實(shí)驗(yàn)顯示，6 mm厚的白玻璃透光率達(dá)91 %以上，而普通玻璃只有約80 %。另外由于白玻璃的成分中鐵的含量很低，因此白玻璃對(duì)各波段的光吸收比較均衡，而普通玻璃對(duì)綠色波段的光吸收較少，這就導(dǎo)致更多的綠色波段被反射出來使得透過普通玻璃看到的物體普遍偏綠色，因此白玻璃更能表現(xiàn)其內(nèi)部展品的原本顏色。

(3)夾膠玻璃。由于低鐵玻璃脆性很大，易碎，因此設(shè)計(jì)師采用夾膠玻璃的手法解決。夾膠玻璃由于通過專用設(shè)備將聚乙烯醇縮丁醛(PVB)膠片夾在兩成或多層玻璃中間，經(jīng)預(yù)熱，預(yù)壓后進(jìn)入高壓釜內(nèi)熱壓成型而成，因此具備以下幾種優(yōu)良性能：

安全性：不易被擊穿，破碎后碎片與膠片粘連，不易飛散。

節(jié)能性：有良好的隔熱功能，可節(jié)電、節(jié)能。

隔音性：對(duì)聲波具有阻擊功能。

阻擋紫外線：可防止室內(nèi)家具、物品的褪色。

(4)生產(chǎn)過程。由于整個(gè)項(xiàng)目對(duì)玻璃的尺寸有著極高的要求，而在當(dāng)時(shí)，全世界僅有澳大利亞一家玻璃生產(chǎn)商可以生產(chǎn)這種超大尺寸的白玻璃，然而，澳大利亞沒有彎曲這種超大玻璃的技術(shù)，也就在這時(shí)，中國(guó)的三鑫玻璃廠決定挑戰(zhàn)這項(xiàng)高難度的玻璃加工任務(wù)。因此，在澳大利亞生產(chǎn)出來的標(biāo)準(zhǔn)尺寸的白玻璃通過海運(yùn)運(yùn)輸?shù)街袊?guó)深圳的三鑫玻璃廠進(jìn)行進(jìn)一步的彎曲、夾膠、壓膜等深度加工。

一般玻璃曲剛化是由機(jī)器在生產(chǎn)線上直接加熱降溫完成，但是因?yàn)楸卷?xiàng)目的玻璃尺寸大，因此不能使用曲剛化機(jī)器。三鑫玻璃廠投入50萬美金制作了世界上最大的“高壓鍋”，使用特別的客制化模具與烤爐來彎曲本幢建筑的超大尺寸玻璃，具體生產(chǎn)過程可以概括為：客制化模具→加溫爐→邊部應(yīng)力破損檢查→復(fù)層校對(duì)→儲(chǔ)存轉(zhuǎn)移→膠合密閉→真空爐→完成合片。

(5) 運(yùn)輸。首先在澳大利亞生產(chǎn)出來的白玻璃通過海運(yùn)運(yùn)輸?shù)街袊?guó)深圳，然后在中國(guó)加工好的彎曲的白玻璃通過較為經(jīng)濟(jì)的海運(yùn)方式運(yùn)回美國(guó)，如果在路上由于顛簸造成玻璃破碎的話，則需返廠重鑄，最后通過空運(yùn)運(yùn)回美國(guó)如圖1。由于白玻璃本身的生產(chǎn)成本就是普通玻璃的5倍，再加上制作工藝、尺寸、加工、運(yùn)輸?shù)鹊忍厥庖?，托萊多美術(shù)館玻璃廳單單玻璃一項(xiàng)材料的花費(fèi)數(shù)量就是相當(dāng)驚人的。

圖1　超大玻璃的運(yùn)輸流程

(6)取得的效果。室內(nèi)各個(gè)房間的自然光強(qiáng)度如圖2，顏色越亮代表自然光照越充足。從圖中可以清晰地看出，除顏色最深的5個(gè)實(shí)墻部分房間外，高檔玻璃材料的選取以及三個(gè)采光內(nèi)庭院的恰當(dāng)布置，使光線即使透過多層玻璃也仍然可以達(dá)到自然的光線效果，使整個(gè)室內(nèi)在白天基本不需要人工照明，這也是高成本的前期投入帶來的后期綠色節(jié)能效應(yīng)之一。

圖2　自然光照下各個(gè)房間的明亮程度

2.結(jié)構(gòu)體系：雙層玻璃空腔與鋼結(jié)構(gòu)

(1) 雙層玻璃空腔。由于整個(gè)項(xiàng)目坐落于美國(guó)俄亥俄州，考慮到俄亥俄州的氣候條件對(duì)建筑的保溫隔熱效果有著很高的要求，因此一個(gè)外層保溫隔熱“表皮”就顯得尤為需要。然而，專業(yè)的隔熱玻璃與白玻璃不同，它的透光性能相對(duì)來講要差很多，不能滿足建筑對(duì)純粹的極致追求，同時(shí)又很難做出本項(xiàng)目所需要的超大尺寸圓角玻璃，再加上隔熱玻璃成本過高，考慮到隔熱玻璃的諸多弊端，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)放棄了隔熱玻璃的選擇，與此同時(shí)，一個(gè)“雙層玻璃空腔體系”的概念被引入到了設(shè)計(jì)方案中。

“雙層玻璃空腔體系”的外層部分由大面積的平板玻璃和轉(zhuǎn)彎處的圓角玻璃組成的倒角矩形構(gòu)成，內(nèi)層則根據(jù)建筑的結(jié)構(gòu)、功能需求，圍合出不同的空間。內(nèi)層與外層間所夾出的空腔內(nèi)部安裝有空氣調(diào)節(jié)設(shè)備，用以保證空腔內(nèi)部的溫度與濕度，這樣既達(dá)到了保溫隔熱的目的，又有足夠的靈活性來滿足建筑師對(duì)建筑純粹性的期望。也有部分空腔寬度較大可進(jìn)入，以方便工作人員進(jìn)入清掃。

就雙層玻璃空腔體系的保溫隔熱性能而言，雙層玻璃的每層玻璃都有兩個(gè)反射面，因此光線穿透雙層玻璃需前后經(jīng)過兩次折射與四次反射，這對(duì)于能量傳遞有著巨大的阻礙。在炎熱的夏季，外界強(qiáng)光能量難以進(jìn)入室內(nèi)，而在寒冷的冬季，室內(nèi)熱量也很難通過空腔中巨大的空氣熱不良導(dǎo)體散至室外。

對(duì)比雙層玻璃空腔體系與普通雙層真空隔熱玻璃體系，我們可以看出，由于空氣與真空都是熱的不良導(dǎo)體，而空腔的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于真空，再加上空腔內(nèi)部裝有空氣調(diào)節(jié)設(shè)備，空腔體系較真空體系有更好的絕熱作用。同時(shí)，真空體系的雙層玻璃距離非常近，這就對(duì)于雙層曲面玻璃的施工提出了相當(dāng)高的要求，空腔體系相對(duì)顯得更加靈活方便。

(2)鋼結(jié)構(gòu)體系。為了使整幢建筑的結(jié)構(gòu)體系更加輕盈純凈，建筑選用了鋼結(jié)構(gòu)作為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，其中用于支撐建筑的鋼柱直徑小到20 cm[2]，同時(shí)屋頂也盡可能地做薄。

為了使柱子的存在不要喧賓奪主，設(shè)計(jì)師花費(fèi)兩年時(shí)間用于設(shè)計(jì)與調(diào)整建筑的柱網(wǎng)位置，來用最大可能將柱子隱藏。如前所述，建筑師大致運(yùn)用三種方式來隱藏柱子：將柱子放置在空腔內(nèi)、將白色柱子放置在白色實(shí)墻附近、將柱子直接隱藏在實(shí)體墻內(nèi)部。柱子與空腔、墻壁的幾種位置關(guān)系如圖3。

圖3　柱子與空腔、墻壁的幾種位置關(guān)系

3.一些特殊節(jié)點(diǎn)構(gòu)造與施工細(xì)節(jié)

(1)雙邊玻璃固定體系。常見的玻璃幕墻體系，一般情況下都是四邊或四角有金屬固定體系，且玻璃的尺寸一般也都比較小，然而在本項(xiàng)目中，這些金屬支架以及玻璃尺寸都是不符合建筑師對(duì)純粹性的要求的。因此，建筑師大膽地提出了“雙邊玻璃固定體系”的想法。取消了玻璃固定體系的兩個(gè)垂直部分的這種做法為提高整個(gè)建筑的純粹性起到了相當(dāng)巨大的作用，但這絕非一件容易的事情。我們知道，對(duì)于這種超大尺寸玻璃減少了兩邊方向的支撐已經(jīng)非常困難，尤其對(duì)這種脆性相當(dāng)大的低鐵玻璃來說，在玻璃受到豎向力作用時(shí)，十分易碎。

在這種情況下，屋頂結(jié)構(gòu)部分與玻璃支撐體系必然要相互可動(dòng)，以緩沖屋頂在豎向荷載作用下的形變對(duì)玻璃體系的壓力。設(shè)計(jì)師開發(fā)了第一種解決方案，他們?yōu)榱诉_(dá)到玻璃連接配件最小化來迎合審美的需求，開發(fā)出了如圖所示的節(jié)點(diǎn)屋頂與玻璃銜接的節(jié)點(diǎn)處理方式如圖4。在這套方案中，夾膠的雙層玻璃不等高，卡住頂邊框，玻璃與連接玻璃的上邊框留有一定的活動(dòng)距離，使得當(dāng)屋頂承受外部荷載而發(fā)生形變下沉?xí)r不至于壓碎下面的玻璃。

然而，新的問題接踵而至。因?yàn)楸卷?xiàng)目中的玻璃并不全以平面的形式存在，還有相當(dāng)大比率的曲面玻璃。這種雙層玻璃不等高的處理方法，再加上雙層玻璃在彎曲時(shí)曲率不同，玻璃邊緣十分易碎，增大了曲面玻璃的生產(chǎn)難度和施工處理難度，延長(zhǎng)了生產(chǎn)時(shí)間，生產(chǎn)的不合格率也相應(yīng)增加，這些都大大增加了建筑的經(jīng)濟(jì)預(yù)算。

圖4　雙邊玻璃固定體系與屋頂結(jié)構(gòu)部分

對(duì)此，設(shè)計(jì)師重新調(diào)整了節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案，在新方案中，玻璃與玻璃固定體系不再是相對(duì)滑動(dòng)的可動(dòng)關(guān)系，而是更改為固定的關(guān)系，并巧妙地增加了一個(gè)滑軌，使屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)部分體系與玻璃固定體系兩者之間形成了相對(duì)可動(dòng)的關(guān)系。新的方案還更加注重屋頂?shù)谋胤浪?，增加了一條排水槽，方便雨水的快速排出。節(jié)點(diǎn)大樣與相應(yīng)的立體SU模型如圖5。

(2)地下室天窗。地下室天窗的節(jié)點(diǎn)處理也是托萊多美術(shù)館的另一個(gè)精彩之處。為了純粹性的最大化，設(shè)計(jì)師希望承接圓形玻璃天窗的金屬邊框?qū)挾茸钚?，這就為施工時(shí)玻璃的放置提出了很大的要求，因?yàn)檫吙蛱?，玻璃在向下放置的過程中哪怕稍有一點(diǎn)不平衡就很容易側(cè)翻掉下去摔碎。于是在施工過程中，工人圓形玻璃下面墊了一個(gè)巨大的氣枕，使玻璃水平放置在氣枕上，再慢慢放氣，直到玻璃順利搭接在金屬邊框上。

圖5　最終方案的SU模型示意圖

另外，節(jié)點(diǎn)處的排水系統(tǒng)也值得一提，在頂層玻璃邊緣有一條排水槽，雨水沿排水槽流入?yún)R集到排水溝后排走，另外，內(nèi)層玻璃邊緣有另一條排水槽，主要用于室內(nèi)水蒸氣凝結(jié)后收集并排除。天窗玻璃被特意設(shè)計(jì)成球面，一方面，可以緩解人們踩在玻璃上的壓力，另一方面有助于雨水從頂部向四周流下匯集到周圍一圈排水溝內(nèi)。如圖6、圖7。

圖6　天窗節(jié)點(diǎn)SU立體示意圖

圖7　球形玻璃天窗可緩解上部荷載

綜合本文分析，這個(gè)僅有地上地下兩層的看似面積不大的小項(xiàng)目，遠(yuǎn)沒有看上去的那么簡(jiǎn)單。在這個(gè)項(xiàng)目中，我們看到的不僅僅是人力、財(cái)力、精力的付出，更是看到了建筑師為了將純粹性追求到極致的追求完美推敲細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)精神。美學(xué)是感性的，往往是設(shè)計(jì)師的一個(gè)單純的想法，可能是異想天開的，可能是一廂情愿的，然而建筑的美學(xué)不同于繪畫般天馬行空，建筑的美學(xué)在于實(shí)現(xiàn)。理性的建筑構(gòu)法是建筑美學(xué)實(shí)現(xiàn)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，簡(jiǎn)潔不等于簡(jiǎn)單，極致簡(jiǎn)潔的美學(xué)效果為其實(shí)現(xiàn)帶來了極大的難度，而美學(xué)不斷提高的要求也鞭策著建筑構(gòu)法的不斷進(jìn)步。建筑師不斷追尋美學(xué)的道路上的同時(shí)也需要理性地思考造價(jià)與構(gòu)法三者間的進(jìn)退取舍。

參考文獻(xiàn)：

[1] 大師系列叢書編輯部.大師系列妹島和世+西澤立衛(wèi)的作品與思想[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005：148-151.

[2] SANNA.托萊多藝術(shù)博物館玻璃大廳[J].建筑創(chuàng)作，2012(2)：52-61.

(責(zé)任編輯王楠楠)

Perceptions of the Glass Pavilion at the Toledo Museum of Art from the View of the Influence between Aesthetic and Construction——In the Toledo Art Museum exhibition hall glass analysis as an example

LI Xiang-yi, QIU Zhi

(School of architecture, Zhejiang University, Hangzhou, Zhejiang 310058)

Abstract:This paper appreciates the special aesthetic of the purity of Toledo museum, and discusses the influence between aesthetic and construction in the perception of concepts, materials, structure and details.

Key words:Glass Pavilion at the Toledo Museum of Art; Fillet Angle; Double Glazing Wall; Tow-side Glazing System

中圖分類號(hào)：TU-80

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2096-1383(2016)02-0151-04

作者簡(jiǎn)介：李相宜(1993-)，女，浙江杭州人，主要從事建筑學(xué)研究。

收稿日期：2015-10-12；最后修回日期：2016-02-15