當(dāng)代動態(tài)建筑設(shè)計應(yīng)用分析
——以ACE咖啡廳立面改造為例

蒯 鼎 昆明理工大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院建筑學(xué)碩士在讀

徐建勤 中國建筑設(shè)計研究院有限公司中級建筑師

黑格爾說過：“如果說音樂是流動的建筑，那么建筑則是凝固的音樂?！痹谌藗兊钠毡檎J(rèn)知里，建筑是固定的。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，動態(tài)建筑也成為可能，動態(tài)的建筑可以為空間帶來更多的自由性、開放性，為設(shè)計賦予更多可能。但隨著現(xiàn)代科學(xué)的不斷發(fā)展，機(jī)械成為獨(dú)立的學(xué)科，可變動態(tài)也開始脫離建筑學(xué)的范疇，這引起了部分建筑師的注意，開始探索動態(tài)建筑的設(shè)計方法。William Zuk 在《Kinetic Architecture》一書中介紹了動態(tài)建筑的概念及其應(yīng)用情況[1]。而隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計師有了更強(qiáng)大的工具來設(shè)計動態(tài)建筑，本文將以ACE 咖啡廳的立面改造為例，進(jìn)行詳細(xì)探討。

1 動態(tài)建筑的發(fā)展歷程

1.1 古代的可動建筑

早在古代，人們就嘗試建造動態(tài)建筑?！督ㄖ畷吩涗涍^一座用木頭搭建的臨時劇場——庫里翁劇場，可以調(diào)整變化以應(yīng)對不同的場景，這是目前能找到的最早關(guān)于可動建筑的描述[2]。我國明清時期的“活檐”和“開合式天井”也是動態(tài)建筑的實例[3]。據(jù)記載，明代有一種活檐做法，在瓦檐下另設(shè)板棚，根據(jù)不同天氣旋轉(zhuǎn)不同方向，雨天可以防止雨水進(jìn)入室內(nèi)，晴天收起以引入光線。有的民居通過開閉天井的格棚來調(diào)整日照，日照強(qiáng)烈則關(guān)閉天井遮陽，平時則開啟天井通風(fēng)，可以有效改善室內(nèi)環(huán)境。

1.2 現(xiàn)代的可動建筑

法國建筑師讓·努維爾在1987 年設(shè)計的阿拉伯研究中心是最知名的動態(tài)建筑之一，其表皮由3 種尺寸的空洞組成，可以像相機(jī)光圈一樣調(diào)節(jié)光的入射量。Aedas 建筑事務(wù)所設(shè)計的阿布扎比投資委員會新指揮部大樓可以利用計算機(jī)控制動態(tài)表皮的開合來改變表皮的投影面積，從而降低建筑能耗[4]?？ɡ乩咴O(shè)計的眾多動態(tài)建筑更是將可動建筑帶到了一個全新的高度。密爾沃基美術(shù)館就是其中的典型，戶外設(shè)計的一組百葉可以如同羽毛一般隨著陽光調(diào)整自己的角度，仿佛一只展翅高飛的鳥。除此之外，世貿(mào)中心交通樞紐、科技創(chuàng)新大廈及瓦倫西亞藝術(shù)科學(xué)城等也是非常出色的可動建筑。隨著系統(tǒng)控制技術(shù)的發(fā)展，動態(tài)建筑開始往互動建筑發(fā)展，建筑師嘗試將空間和使用者看作一個整體，設(shè)計出可以根據(jù)使用者行為變化而變化的空間，不過目前還處于研究階段，距離實際應(yīng)用還很遠(yuǎn)，僅限于構(gòu)筑物，而且控制設(shè)備極易損壞，再加上使用時限很短，無法滿足建筑的長期使用需求。

上海復(fù)興藝術(shù)中心是國內(nèi)較為出名的動態(tài)建筑，由英國著名建筑設(shè)計師Thomas Heatherwick 設(shè)計，其外立面由675 根鋁合金組成，是一個被3 層移動幕簾包圍的動態(tài)建筑，每隔2 h，鋁合金組成的簾幕就會緩緩流轉(zhuǎn)，排出優(yōu)美的弧線。如流轉(zhuǎn)的“流蘇”，展現(xiàn)著獨(dú)特的動態(tài)之美上海旗忠網(wǎng)球中心則設(shè)計一個可開合屋蓋，根據(jù)需要讓8 片屋蓋沿著屋頂滑軌滑動來完成屋頂?shù)拈_關(guān)。

但是這類設(shè)計的造價通常都很高，而且極易損壞，對于設(shè)備的穩(wěn)定性要求很高，運(yùn)行和維護(hù)成本也很高，所以如今類似的嘗試越來越少。但是，一部分設(shè)計師嘗試使用其他技術(shù)手段實現(xiàn)動態(tài)效果。比如，上海龍湖天鉅項目就使用不銹鋼拉鎖固定金屬風(fēng)動片，限制其在一個方向進(jìn)行移動，讓金屬片在風(fēng)的吹拂下飄舞，自然流暢，輕盈靈動，也就是人們常說的風(fēng)鈴幕墻[5]。因此，設(shè)計師在設(shè)計動態(tài)建筑的時候應(yīng)該更多地考慮實際因素，不能盲目使用新技術(shù)、新材料，應(yīng)該結(jié)合實際項目進(jìn)行調(diào)整。

2 ACE 咖啡廳的動態(tài)立面設(shè)計應(yīng)用分析

2.1 項目介紹

ACE 咖啡廳位于北京市的798 藝術(shù)區(qū)，源自英國倫敦的機(jī)車主題餐廳，由原751 火車站改建而成，dEEP Architects 設(shè)計，其外觀及內(nèi)部構(gòu)造如圖1 所示。

圖1 ACE 咖啡廳的外觀和內(nèi)部構(gòu)造

2.2 數(shù)字技術(shù)和機(jī)械設(shè)計的結(jié)合

通過數(shù)字技術(shù)和機(jī)械動力學(xué)的結(jié)合，設(shè)計師在面向798 藝術(shù)區(qū)的西側(cè)設(shè)計了一個可以打開的金屬墻面，可根據(jù)功能需要打開或閉合，以供汽車開入室內(nèi)作為展示。同樣的設(shè)計語言也應(yīng)用在室內(nèi)吧臺的墻面，不銹鋼的金屬墻面在打開、閉合的過程中猶如一個呼吸的生命體。這一變動效果是由頂部的齒輪帶動輪帶實現(xiàn)的。而項目之初，設(shè)計師為了驗證這一設(shè)計想法的可行性，甚至利用樂高進(jìn)行嘗試。

在通過樂高模型驗證設(shè)計的可行性之后，設(shè)計師通過參數(shù)化設(shè)計的手段在模型中模擬了動態(tài)效果。為了讓整個立面更加富有動感，設(shè)計師設(shè)計了3 條基礎(chǔ)線干擾金屬立面桿件的不同分段位置，讓金屬墻面在折疊的時候呈現(xiàn)不同的分叉，仿佛一朵炸開的金屬花朵。室外金屬墻面的關(guān)閉和開啟狀態(tài)如圖2 所示。

圖2 室外金屬墻面的關(guān)閉和開啟狀態(tài)

而在室內(nèi)吧臺處的金屬立面，干擾曲線減少為兩條，不僅通過既定的曲線干擾金屬桿的分段位置，還通過調(diào)整齒輪的速率影響底部抬起的高度，從而獲得更加富有動感的曲線形態(tài)。室內(nèi)金屬墻面的關(guān)閉和開啟狀態(tài)如圖3所示。

圖3 室內(nèi)金屬墻面的關(guān)閉和開啟狀態(tài)

從每一個折疊單元來看，就是將直線分成兩段，并以各自線段長度為半徑，以兩端點(diǎn)為圓心繪圓，將一側(cè)的圓向另一側(cè)移動。兩個圓的交點(diǎn)，就是桿件折疊的交點(diǎn)，只要根據(jù)設(shè)計師指定的干擾線，給不同桿件設(shè)置不同的分段位置，就可以實現(xiàn)金花一樣的炸開效果，如圖4 所示。因為掌握了基本的變化原理，所以設(shè)計師并不需要使用諸如Solidworks 之類的專業(yè)機(jī)械設(shè)計軟件來模擬實際效果，在Rhino中借助Grasshopper 就可以實現(xiàn)。

圖4 室外金屬墻面幾何概念演示

深化階段，設(shè)計師必須盡早同專業(yè)的機(jī)械設(shè)計師進(jìn)行交流，具體的深化問題由機(jī)械設(shè)計專業(yè)人員解決，但是設(shè)計師必須提供相關(guān)的數(shù)據(jù)，比如最重要的就是傳動比，此時就能體現(xiàn)出參數(shù)化的優(yōu)勢。設(shè)計師利用Grasshopper軟件可以很容易計算出傳動比并進(jìn)行輸出，甚至可以直接在模型中模擬實際的齒輪傳動效果，從而有效提高設(shè)計效率，如圖5 所示。

圖5 室內(nèi)金屬墻面細(xì)部和傳動比計算圖

3 結(jié)語

ACE 咖啡廳動態(tài)立面設(shè)計結(jié)合機(jī)械自動化實現(xiàn)的動態(tài)空間效果，與ACE 咖啡廳的機(jī)車文化的契合是非常好的設(shè)計。數(shù)字技術(shù)的發(fā)展為研究動態(tài)建筑設(shè)計提供了契機(jī)，因此要把握機(jī)會，深入研究動態(tài)建筑設(shè)計并將其應(yīng)用于實踐中，為建筑設(shè)計提供更多可能性。