智慧生態(tài)城市語境下有機(jī)建筑表皮的開發(fā)策略初探

郭婷婷

（武昌理工學(xué)院）

1 引言

我國在快速城市化進(jìn)程中面臨著頑固而難以根治的城市病，這催生了中國特色社會主義“五位一體”的總體布局。智慧生態(tài)城市就是在人與自然和諧共處的基礎(chǔ)上，按照生態(tài)學(xué)原則和信息技術(shù)發(fā)展而建立起來的促進(jìn)社會、經(jīng)濟(jì)、自然協(xié)調(diào)發(fā)展的新興城市發(fā)展概念。智慧生態(tài)城市的終極目標(biāo)是建設(shè)面向普羅大眾和子孫后代的智慧宜居城市，將新興技術(shù)融入人文關(guān)懷和環(huán)境關(guān)切，從而優(yōu)化城市中人口、資源與環(huán)境的關(guān)系。智慧生態(tài)城市自其概念提出后就得到了全球范圍內(nèi)的共同認(rèn)可，并且與中國特色社會主義事業(yè)的"五位一體"總體布局步調(diào)一致。

建筑表皮是建筑與其周邊環(huán)境直接接觸的界面，與人體結(jié)構(gòu)中的皮膚類似，建筑表皮是建筑與環(huán)境實(shí)現(xiàn)代謝的主要途徑，同時(shí)也是建筑視覺形象的構(gòu)成手段。有機(jī)建筑表皮是利用在自然界中自行生長、自行代謝的有機(jī)材料作為建筑表面材料，如：木材、藤本植物、竹材、動物皮毛及代謝物等，這些材料在制作和使用過程中較少地使用能耗，可再生利用也可自行降解。

2 有機(jī)建筑表皮的開發(fā)意義

2.1 有機(jī)建筑表皮的開發(fā)現(xiàn)狀

目前在智慧生態(tài)城市的建設(shè)中對有機(jī)建筑表皮材料的研究與運(yùn)用存在一定的局限性：一是目前建筑材料研究多是立足于高科技材料和工業(yè)化材料而忽視傳統(tǒng)低技術(shù)材料的應(yīng)用；二是在當(dāng)前高速城市化進(jìn)程背景下，建筑材料的開發(fā)研究多偏重于材料的技術(shù)和使用功能，而忽略了材料的人文價(jià)值和生態(tài)價(jià)值；三是材料可持續(xù)發(fā)展研究多偏重低碳環(huán)保技術(shù)的運(yùn)用和新材料新工藝的開發(fā)，對傳統(tǒng)有機(jī)材料的改良和開發(fā)興趣不大。

2.2 有機(jī)建筑表皮的開發(fā)有利于應(yīng)對當(dāng)前和未來的環(huán)境挑戰(zhàn)

當(dāng)前的城市發(fā)展面臨著前所未有的挑戰(zhàn)，特別是中國在當(dāng)前迅速的城市化進(jìn)程中，經(jīng)歷著異常嚴(yán)峻的氣候變化、資源枯竭、食品危機(jī)和經(jīng)濟(jì)震蕩。而有機(jī)建筑表皮在滿足功能需求的前提下還能滿足“自然-經(jīng)濟(jì)-社會”這一復(fù)合系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展。因?yàn)橹腔凵鷳B(tài)城市建成的根本是滿足人與自然的需求，所以開發(fā)有機(jī)建筑表皮對智慧生態(tài)城市的環(huán)境和資源有著異常深遠(yuǎn)的意義，可以讓人類在保有經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí)能夠享有美好和諧的環(huán)境。

2.3 有機(jī)建筑表皮的開發(fā)有利于應(yīng)對節(jié)能降耗的可持續(xù)發(fā)展模式

我國每年的能源需求以5%的速度遞增，其中建筑的能耗就占到了1/4。這其中有相當(dāng)大比例的能源應(yīng)用于建筑材料的生產(chǎn)和建筑本身的運(yùn)營，所以研究建筑及材料工業(yè)中的節(jié)能降耗技術(shù)已迫在眉睫。而有機(jī)建筑表皮在材料的生產(chǎn)、使用、廢棄和再生的循環(huán)過程中能夠同時(shí)兼顧最少資源消耗、最小環(huán)境負(fù)擔(dān)、最少環(huán)境污染和最佳使用性能與循環(huán)再利用率。

2.4 有機(jī)建筑表皮的開發(fā)有利于應(yīng)對傳統(tǒng)生態(tài)自然觀的復(fù)興

柯布西耶對建筑與城市機(jī)器論的論述并不適用于智慧生態(tài)城市的發(fā)展。與機(jī)器只能通過替換零件或外部維修維持正常運(yùn)作不同，智慧生態(tài)城市是經(jīng)歷生老病死的生命體，這同樣也表現(xiàn)在建筑表皮的生命性上。在現(xiàn)代化和機(jī)械化的今天，回到最原始的自然、滿足最原始的需求，也許是人與自然可持續(xù)發(fā)展的最好答案。中國長期存在著質(zhì)樸和諧的“生態(tài)美學(xué)”，千百年來先民們運(yùn)用有機(jī)建筑表皮維持了生命和文化的延續(xù)，這對當(dāng)今智慧生態(tài)城市的研究有一定的借鑒價(jià)值。開發(fā)有機(jī)建筑表皮可以吸納看上去不那么高科技、不那么先進(jìn)的傳統(tǒng)理念與方法，再對其進(jìn)行現(xiàn)代化改造使其適應(yīng)當(dāng)今社會的發(fā)展，變對自然無度貪婪的索取為人與自然和諧共處的美好愿景。

2.5 有機(jī)建筑表皮的開發(fā)有利于應(yīng)對建筑材料造成的環(huán)境污染

建筑材料造成的環(huán)境污染主要來自于放射性物質(zhì)和空氣中的有害物質(zhì)，雖然這些有害物質(zhì)的濃度不高，但可怕之處在于有害物質(zhì)會長期而緩慢地釋放，造成過敏、免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等疾病。有機(jī)建筑表皮可以讓人類置身于安全的、健康的自然養(yǎng)和能量系統(tǒng)中，減少城市的健康威脅與環(huán)境污染。使用對人類安全有益的有機(jī)材料能夠提升智慧生態(tài)城市的生態(tài)屬性和健康屬性。

3 有機(jī)建筑表皮的開發(fā)策略

3.1 有機(jī)建筑表皮的改造策略

目前有機(jī)建筑表皮應(yīng)用的技術(shù)瓶頸主要體現(xiàn)在力學(xué)性能、工藝構(gòu)造、可塑性、耐火性、耐候性和防水保溫屬性上。對有機(jī)建筑表皮的技術(shù)改造不僅僅要依靠先進(jìn)技術(shù)，更要依靠中間技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)，特別是要運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)改造傳統(tǒng)技術(shù)，并通過相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)和研究建立有效實(shí)用的中間技術(shù)。例如在“長城腳下的公社”的“竹屋”設(shè)計(jì)中，隈研吾運(yùn)用適宜的技術(shù)改造原始材料并使之投射出新的生命力。他的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)利用在竹材中插入鋼筋，灌注水泥的做法加強(qiáng)了竹材的力學(xué)性能，從而讓傳統(tǒng)建筑中僅作為裝飾性材料的竹子成為可承重的結(jié)構(gòu)性材料。

筆者目前設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的藤編幕墻利用有機(jī)的手工藤編材料與工業(yè)化的框架幕墻結(jié)合，先制造出符合耐候性能和力學(xué)性能的建筑外墻單元板塊，然后采用鑼接的方式與主體結(jié)構(gòu)結(jié)合。這種藤編幕墻的外框架為鋁合金，其內(nèi)部利用藤材的韌性與拉力形成半鋼半柔的結(jié)構(gòu)體系，從而具有一定的普適性。此外，運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)改良傳統(tǒng)藤編工藝，提升藤編幕墻的防火性能和耐久性能，這使得藤編幕墻既滿足了功能、經(jīng)濟(jì)、安全及美學(xué)的要求，也讓其散發(fā)出自然和生態(tài)的光輝，滿足可持續(xù)發(fā)展的要求（見圖 1）。

3.2 有機(jī)建筑表皮的受眾導(dǎo)向策略

建筑材料獲得受眾認(rèn)可的關(guān)鍵在于客體物質(zhì)與主體精神訴求之間形成鏈接，這使得受眾在面對建筑時(shí)能夠浸潤在與設(shè)計(jì)師的主體精神相契合而被強(qiáng)化出來的精神訴求中。而建筑設(shè)計(jì)在將主體精神外化為藝術(shù)形式的過程中，需要借助相應(yīng)的物質(zhì)材料，所以建筑材料在某種意義上可以說是內(nèi)在精神的物化結(jié)果。在智慧生態(tài)城市的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者首先要調(diào)查分析當(dāng)?shù)乜捎玫挠袡C(jī)建筑材料，并對其進(jìn)行適當(dāng)而合理地改造和開發(fā)，同時(shí)正確引導(dǎo)受眾對有機(jī)建筑表皮的審美觀與認(rèn)可度。如倫佐·皮亞諾在芝柏文化中心的設(shè)計(jì)中改良了當(dāng)?shù)卦∶袷来幼〉呐镂?，在傳承傳統(tǒng)慣用的木肋架結(jié)構(gòu)的同時(shí)，把傳統(tǒng)固定肋柱的棕櫚編織結(jié)構(gòu)換成了現(xiàn)代工藝的膠合層板與鍍鋅鋼材，讓人類在高科技浪潮下還能實(shí)現(xiàn)詩意棲居的理想。

其次在智慧生態(tài)城市的建設(shè)過程中還需要政府和主管部門從資源狀況、經(jīng)濟(jì)扶持、觀念引導(dǎo)和技術(shù)支撐等方面出臺相關(guān)優(yōu)惠政策，為有機(jī)建筑表皮的開發(fā)創(chuàng)建滋養(yǎng)的溫床。當(dāng)然，建立認(rèn)可度是一個(gè)持續(xù)而動態(tài)化的過程，關(guān)鍵點(diǎn)在于用作品說話，讓受眾實(shí)實(shí)在在地體驗(yàn)出有機(jī)建筑表皮的價(jià)值，而不是用自上而下的角度綁架受眾的認(rèn)知。

圖1 藤編幕墻的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

3.3 有機(jī)建筑表皮的評價(jià)策略

生態(tài)城市的設(shè)計(jì)原則和指標(biāo)多種多樣，這些維度和指標(biāo)基本涵蓋了生態(tài)城市建設(shè)的土地利用、能源管理、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會保障、公眾參與、文化傳承、生態(tài)平衡、健康保障、城市管制、低碳交通、污染政策、住房政策等，但對有機(jī)建筑材料的應(yīng)用卻沒有相應(yīng)的評估標(biāo)準(zhǔn)。

有機(jī)建筑表皮評價(jià)體系的建立可以采納全球通用的6E評價(jià)體系(包括節(jié)能、健康、舒適、環(huán)保、生態(tài)、經(jīng)濟(jì))，從宏觀上真實(shí)有效地評估有機(jī)建筑表皮材料的功能價(jià)值、生態(tài)價(jià)值、人文價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。然后采納LCA生命周期評價(jià)體系動態(tài)評估有機(jī)建筑表皮材料在其整個(gè)生命周期中從原材料獲取、生產(chǎn)、使用直至廢棄物處置等四個(gè)環(huán)節(jié)中對環(huán)境的影響。通過目的與范圍的確定、清單分析、影響評價(jià)和結(jié)果解釋對有機(jī)建筑表皮進(jìn)行物質(zhì)和能量流平衡的評價(jià)。最后通過案例研究結(jié)合地域特征和材料特點(diǎn)，有針對性地制定不同有機(jī)建筑表皮材料的評價(jià)方式，通過對個(gè)案與總量的分析、均衡與非均衡的分析、定性與定量的分析得出相應(yīng)的有機(jī)建筑表皮評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 有機(jī)建筑表皮的產(chǎn)業(yè)化策略

有機(jī)建筑表皮的研發(fā)是現(xiàn)代人居環(huán)境清潔生產(chǎn)、可持續(xù)發(fā)展的時(shí)代需求，這需要研究者結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)手段對其原始物質(zhì)屬性進(jìn)行改造與開發(fā)，使之實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。在不破壞有機(jī)建筑表皮的人文屬性的前提下，改造其物理和化學(xué)屬性，使之更適合當(dāng)代智慧生態(tài)城市的需求。如對素土、草泥粘土、原木、手工紙等有機(jī)建筑表皮進(jìn)行“新材料+全產(chǎn)業(yè)+大生態(tài)”優(yōu)化與開發(fā)，提高其實(shí)用性和高效性，實(shí)現(xiàn)有機(jī)建筑表皮應(yīng)用的規(guī)?；?、系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化和普適性。有機(jī)建筑表皮的應(yīng)用水平和產(chǎn)業(yè)化程度需要結(jié)合可持續(xù)設(shè)計(jì)理論研究和中國傳統(tǒng)工藝，改良傳統(tǒng)有機(jī)建筑材料的性能，革新有機(jī)建筑表皮的建構(gòu)技術(shù)，也讓中國傳統(tǒng)建造技藝和工匠精神在智慧生態(tài)城市的建設(shè)中得以延續(xù)和傳承。

4 有機(jī)建筑表皮的前景研究

在智慧生態(tài)城市的建設(shè)過程中，有機(jī)建筑表皮的開發(fā)前景蘊(yùn)含著巨大的生機(jī)，這表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

4.1 人文效益

有機(jī)建筑表皮的開發(fā)利用強(qiáng)調(diào)對“自然”和“生長”的尊重，折射出和諧長久的“人地”關(guān)系這與智慧生態(tài)城市的建設(shè)目標(biāo)有著天然的契合性。我國傳統(tǒng)哲學(xué)對于“天人合一”的闡釋和“五行觀”的象征使得建筑材料與宇宙氣脈有了相通的物質(zhì)根基，物質(zhì)世界的意指成為了生命的象征。有機(jī)建筑表皮的應(yīng)用與人文精神訴求相融通，它不僅是建筑設(shè)計(jì)思想表達(dá)的物質(zhì)基礎(chǔ)，更是物質(zhì)作為藝術(shù)存在的本質(zhì)依據(jù)。有機(jī)建筑表皮的內(nèi)在力量由自然屬性臻達(dá)至文化屬性，進(jìn)而使建筑的視覺力量在超物質(zhì)的精神關(guān)懷中煥然為感動生命的力量。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

用有機(jī)建筑表皮設(shè)計(jì)出的作品具有更好的投資吸引力，這直接影響到建設(shè)項(xiàng)目的發(fā)展和商業(yè)化，如“長城腳下的公社”等實(shí)驗(yàn)建筑的成功在一定程度上靠的是設(shè)計(jì)思想的先進(jìn)性和材料表達(dá)的人文性。另一方面發(fā)展有機(jī)建筑表皮不僅僅是應(yīng)對資源短缺、能源枯竭的權(quán)宜之計(jì)，更可以推動經(jīng)濟(jì)朝健康、可持續(xù)的方向發(fā)展。開發(fā)可生長材料同時(shí)可以促進(jìn)農(nóng)村和小城鎮(zhèn)當(dāng)?shù)氐漠a(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型、農(nóng)民創(chuàng)收、就業(yè)職位提供等，對各級政府來說有百利而無一害。

4.3 生態(tài)效益

有機(jī)建筑表皮立足于環(huán)境學(xué)的基本要求，是一種節(jié)約資源和能源，減少環(huán)境負(fù)荷的改性建筑材料。2020年東京奧運(yùn)會主場館“木與綠”的概念給我們釋放了“為環(huán)境而設(shè)計(jì)”的信號。有機(jī)建筑表皮不同于大量耗費(fèi)資源并對環(huán)境回饋淺薄的工業(yè)化建筑材料，而是能夠與人類一樣與自然生生相息，與環(huán)境相融相合。有機(jī)建筑表皮的運(yùn)用能夠保護(hù)現(xiàn)有的生態(tài)系統(tǒng)，從而有利于保護(hù)大地景觀和水域景觀，與周邊自然環(huán)境相生相合。

5 結(jié)語

目前我國十三五發(fā)展規(guī)劃明確提出“堅(jiān)持綠色發(fā)展，著力改善生態(tài)環(huán)境，實(shí)行綠色規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工標(biāo)準(zhǔn)?！边@使得有機(jī)建筑表皮的開發(fā)具有不可估量的價(jià)值。有機(jī)建筑表皮的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)建筑科技進(jìn)步和建造宜居環(huán)境的雙贏。