宋曄皓/SONG Yehao

技術(shù)與設(shè)計(jì)：關(guān)注環(huán)境的設(shè)計(jì)模式

宋曄皓/SONG Yehao

本文挖掘了技術(shù)和設(shè)計(jì)結(jié)合的建筑師案例。在明確環(huán)境意義的前提下，闡述了經(jīng)由奧格雅、班哈姆和霍克斯三人研究提出和完善的兩種環(huán)境設(shè)計(jì)模式：環(huán)境排斥型設(shè)計(jì)和環(huán)境選擇型設(shè)計(jì)，并指出環(huán)境選擇型設(shè)計(jì)是關(guān)注環(huán)境的建筑師應(yīng)該采用的模式。

技術(shù)，設(shè)計(jì)，環(huán)境排斥型，環(huán)境選擇型，環(huán)境責(zé)任

國(guó)家自然基金面上項(xiàng)目（課題編號(hào)：51278262）

1 緒言

應(yīng)對(duì)氣候和環(huán)境，是建筑必須要解答的基本問(wèn)題。19世紀(jì)技術(shù)的發(fā)展，例如，供熱通風(fēng)設(shè)備的普及，促進(jìn)了建筑環(huán)境的發(fā)展和轉(zhuǎn)變。建筑環(huán)境的重要性得到人們的重視，建筑學(xué)不再僅指空間、結(jié)構(gòu)、建造，環(huán)境也成為其重要的組成元素，其對(duì)建筑品質(zhì)、節(jié)約能源等方面的影響日增。如何獲得應(yīng)對(duì)氣候和環(huán)境條件的適宜建筑環(huán)境？這個(gè)問(wèn)題的解答逐漸因?yàn)榧夹g(shù)手段的發(fā)展而多樣化，再也不是被動(dòng)地適應(yīng)氣候，還存在人工的調(diào)節(jié)。對(duì)于建筑而言，隨之而來(lái)的是設(shè)計(jì)與技術(shù)既密切合作，又存在語(yǔ)言障礙的漫漫交流歷程。

在今天大力推廣綠色建筑的中國(guó)，建筑師困惑于設(shè)計(jì)和技術(shù)的結(jié)合，困惑于關(guān)注環(huán)境設(shè)計(jì)的模式。其實(shí)國(guó)外建筑師同行也曾面對(duì)同樣的困惑：技術(shù)在設(shè)計(jì)中當(dāng)如何表達(dá)？如何實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境負(fù)責(zé)的設(shè)計(jì)？

2 建筑環(huán)境技術(shù)的設(shè)計(jì)表達(dá)

關(guān)于技術(shù)的一個(gè)極端的說(shuō)辭來(lái)自路易斯·康，他曾講：“我不喜歡管井和各種管線，甚至非常之憎惡它們”。好在他又接著說(shuō)：“可我還是認(rèn)為要給它們合理的位置，如果僅僅由于憎惡它們而置之不理，它們會(huì)把建筑搞得一團(tuán)糟，甚至?xí)氐讱У艚ㄖ盵1]。

他的前半句表達(dá)了很多建筑師的心聲，也表達(dá)了設(shè)計(jì)與技術(shù)的語(yǔ)言障礙，但是他的后半句卻催生了一種現(xiàn)代建筑系統(tǒng)化的理論和方法，即“服務(wù)空間”與“被服務(wù)空間”。按照康的說(shuō)法，這些設(shè)備、管道等的“位置”是美學(xué)問(wèn)題，而不是高于一切的技術(shù)邏輯。建筑評(píng)論界將他的新觀點(diǎn)稱為“康對(duì)于建筑歷史最為重要的貢獻(xiàn)”[1]。

實(shí)際上，盡管國(guó)人對(duì)每個(gè)前現(xiàn)代或者現(xiàn)代建筑中有重要影響的建筑師了解益深，例如，麥金托什的典雅，勒·柯布西耶的才華橫溢，密斯的精確和細(xì)部，雷沃倫茨、阿斯普隆德、阿爾托的材料和自然，康的理性與技術(shù)的結(jié)合。我們很少注意到：這些偉大的建筑師不僅是建筑設(shè)計(jì)的強(qiáng)者，還是技術(shù)的駕馭者，從不回避技術(shù)發(fā)展，甚至爭(zhēng)相采用他們時(shí)代最為先進(jìn)、最時(shí)髦的技術(shù)。只不過(guò)對(duì)于他們而言，技術(shù)表達(dá)是設(shè)計(jì)的重要組成部分，技術(shù)也是設(shè)計(jì)。因?yàn)樗麄兘?jīng)歷了一個(gè)至為重要的時(shí)代，一個(gè)技術(shù)發(fā)展的時(shí)代，一個(gè)生活質(zhì)量改變的時(shí)代。

宣稱只有天才可以完美駕馭曲線的麥金托什這樣定義建筑師：建筑師應(yīng)當(dāng)從科學(xué)技術(shù)的角度理解建筑。他的理論多與建筑環(huán)境相關(guān)，作品在通風(fēng)、采光領(lǐng)域有重要的試驗(yàn)和研究，并且這些技術(shù)都巧妙地與設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)。技術(shù)服務(wù)于藝術(shù)，這種觀念曾經(jīng)是建筑環(huán)境發(fā)展歷史中重要的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。他在1909年建成的格拉斯哥藝術(shù)學(xué)院中采用了新型的通風(fēng)系統(tǒng)，熱風(fēng)循環(huán)起到通風(fēng)和供熱的作用，豎向的通風(fēng)管道與承重墻相結(jié)合，遍布整個(gè)建筑，一些房間中還設(shè)有鑄鐵制的散熱器。而且他在學(xué)院中第一次采用了全新的電力照明方式[2]。

1929年柯布西耶發(fā)表了如下觀點(diǎn)：“建筑適應(yīng)氣候。這個(gè)觀念的普及逐漸與技術(shù)結(jié)合起來(lái)，我認(rèn)為，真正的建筑，即為具有適應(yīng)性和可調(diào)性的建筑”[2]。 1929-1931年他建造的薩伏依別墅采用最新的中央供熱系統(tǒng)，不但效率更高，而且解放了許多空間，而壁爐和供熱管線經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，暴露出來(lái)。密斯1928-1930年建造的圖根哈特住宅，設(shè)計(jì)了堪稱藝術(shù)品的供熱系統(tǒng)，他弱化和隱藏了住宅中復(fù)雜的管線結(jié)構(gòu)，送風(fēng)井表面下沉了1.5m，室外空氣進(jìn)入起居室之前，要先經(jīng)過(guò)一個(gè)凈化和增濕的空氣處理系統(tǒng)。南墻的兩片裝配玻璃可以降到窗臺(tái)線之下，玻璃外側(cè)的百葉可以遮陽(yáng)，晚上玻璃被絲質(zhì)窗簾遮擋，這些均起到調(diào)節(jié)微氣候的作用，是典型的采用手工調(diào)節(jié)和機(jī)械系統(tǒng)調(diào)節(jié)的環(huán)境選擇型設(shè)計(jì)案例。業(yè)主女兒如此評(píng)價(jià)密斯：他不僅僅是一位藝術(shù)家，還是一位工程師，精通于建筑技術(shù)與建筑空間的完美結(jié)合。密斯的建筑環(huán)境技術(shù)設(shè)備，例如散熱片、風(fēng)機(jī)均通過(guò)空間處理遮蓋，以滿足對(duì)極簡(jiǎn)的追求。但不論勒·柯布西耶還是密斯，都會(huì)采用最尖端的科技優(yōu)化建筑的供熱、照明、通風(fēng)。

雷沃倫茨、阿斯普隆德、阿爾托堪稱關(guān)注自然和環(huán)境的代表，雷沃倫茨在1956-1964年建造的圣馬可教區(qū)教堂、阿斯普隆德在1918-1927年完成的瑞典國(guó)家圖書館、阿爾托在1927-1935年完成的維普里圖書館，都精心設(shè)計(jì)了完整的自然采光和人工照明系統(tǒng)。瑞典國(guó)家圖書館的供熱系統(tǒng)采用當(dāng)時(shí)最新的熱水和空氣雙熱媒。阿爾托的麥雷亞住宅也采用了當(dāng)時(shí)最為先進(jìn)的供熱系統(tǒng)，大起居室天花板下方是送風(fēng)管道，為整個(gè)空間提供熱風(fēng)。磚墻則與壁爐結(jié)合，內(nèi)含熱風(fēng)管道。熱水管道埋于地板下方，位于金屬格網(wǎng)之下。建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)則很注重與環(huán)境的關(guān)系，外部氣候與室內(nèi)空間通過(guò)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)互相滲透。

如前文所說(shuō)，康將技術(shù)設(shè)備在空間中定義為“服務(wù)空間”，而將具有表現(xiàn)力的空間定義為“被服務(wù)空間”。他的提法解放了建筑中次要弱勢(shì)的技術(shù)設(shè)備空間，并賦予其設(shè)計(jì)的含義。例如，康的理查德醫(yī)學(xué)研究中心設(shè)計(jì)了獨(dú)立容納設(shè)備的塔形空間（服務(wù)空間），豎向的管網(wǎng)系統(tǒng)穿越其中，這樣人們正常使用的空間（被服務(wù)空間）保持了連續(xù)和完整，而不被設(shè)備空間打斷。索爾克生物學(xué)研究中心則是垂直劃分的二者，設(shè)備層層高為2.7m，通風(fēng)管網(wǎng)能夠連續(xù)地遍布整個(gè)建筑而不被打斷，同時(shí)實(shí)驗(yàn)空間也獨(dú)立于結(jié)構(gòu)和管網(wǎng)設(shè)置。?？巳貓D書館則由角部的4個(gè)階梯形空間容納管線和設(shè)備。金貝爾美術(shù)館的混凝土拱頂結(jié)構(gòu)與平頂相結(jié)合，主次對(duì)比形成“服務(wù)空間”與“被服務(wù)空間”，技術(shù)手段再次與詩(shī)化的空間關(guān)系完美融合。[2]

這樣的例子還有很多，說(shuō)明了設(shè)計(jì)和技術(shù)的關(guān)系：實(shí)際上建筑師的創(chuàng)造力也隱含在處理技術(shù)問(wèn)題中，完全可以尋找到將復(fù)雜的技術(shù)設(shè)備納入設(shè)計(jì)的方式。

而且正是由于他們的創(chuàng)造性工作，班哈姆歸納了兩種建筑環(huán)境設(shè)計(jì)的模式：環(huán)境排斥型和環(huán)境選擇型。這種歸納得到了霍克斯的發(fā)揚(yáng)[3]。

3 兩種建筑環(huán)境設(shè)計(jì)的模式：環(huán)境排斥型設(shè)計(jì)和環(huán)境選擇型的設(shè)計(jì)

1963年奧格雅提出了生物氣候設(shè)計(jì)方法，在氣候條件、生物氣候舒適度和建筑之間，搭建了一座橋梁[4]。他認(rèn)為從自然環(huán)境氣候條件，調(diào)節(jié)到建筑環(huán)境穩(wěn)定舒適要經(jīng)過(guò)3個(gè)步驟：1，改善設(shè)計(jì)地段的微氣候；2，建筑師依據(jù)人體生物舒適度指標(biāo)，提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)策略，改善建筑實(shí)體的氣候防護(hù)；3，通過(guò)機(jī)械設(shè)備調(diào)節(jié)氣候。

吉沃尼在奧格雅的生物氣候熱舒適條件的基礎(chǔ)上增加了吹風(fēng)感的調(diào)節(jié)作用，擴(kuò)大了生物氣候舒適區(qū)，引領(lǐng)了1960-1970年代關(guān)于建筑環(huán)境中舒適度的研究[5]，也影響了后來(lái)的建筑師，例如楊經(jīng)文，旗幟鮮明地以生物氣候舒適度為設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)[6]。

霍克斯認(rèn)為班哈姆是較早在現(xiàn)代技術(shù)條件下思考建筑環(huán)境的人[2]。因?yàn)楹笳咄ㄟ^(guò)研究恢復(fù)了建筑環(huán)境功能在建筑理論和建筑實(shí)踐中的正確地位[1]。

在現(xiàn)代技術(shù)條件下，班哈姆認(rèn)為，創(chuàng)造舒適建筑環(huán)境的模式有兩種：“環(huán)境排斥型”(exclusive)和“環(huán)境選擇型”（selective）[1]。所謂環(huán)境排斥型，是指完全依賴機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生可控的建筑環(huán)境，以人工方式進(jìn)行環(huán)境調(diào)節(jié)，類似于今天依賴主動(dòng)式設(shè)計(jì)策略控制環(huán)境的建筑。所謂環(huán)境選擇型，則是指使用周圍環(huán)境的能源來(lái)創(chuàng)建與自然呼應(yīng)的建筑環(huán)境的建筑，類似于今天依賴被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略的建筑。

對(duì)于環(huán)境排斥型設(shè)計(jì)而言，建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔絕外部氣候環(huán)境條件的影響，利用建筑內(nèi)部的技術(shù)設(shè)備體系完成環(huán)境調(diào)控的目標(biāo)，其調(diào)控手段是完全通過(guò)自動(dòng)化的集中控制達(dá)成，屬于人工介入環(huán)境控制。通過(guò)建筑形式、機(jī)械和電力系統(tǒng)的效率體現(xiàn)能源利用的效率，但是常年依賴電能等能源。

對(duì)于環(huán)境選擇型設(shè)計(jì)而言，則會(huì)選擇性允許建筑內(nèi)部環(huán)境受外部氣候環(huán)境條件的影響，例如自然通風(fēng)、采光，并利用這種可再生的能源減少建筑常規(guī)能源的能耗。建筑環(huán)境調(diào)節(jié)則通過(guò)自動(dòng)和手動(dòng)結(jié)合完成，屬于自然和人工的混合。建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)是建筑與外部環(huán)境之間的過(guò)濾器，環(huán)境選擇型設(shè)計(jì)的建筑環(huán)境可以與外部氣候環(huán)境條件互動(dòng)。

二者的設(shè)計(jì)結(jié)果同樣也是截然不同，例如，針對(duì)建筑師要解決的建筑形態(tài)問(wèn)題，如果采用環(huán)境排斥型設(shè)計(jì)，其目標(biāo)便是將建筑內(nèi)部與外部環(huán)境隔離開(kāi)，并塑造一個(gè)完全人工的舒適環(huán)境，那么建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的形式和種類、建筑的形態(tài)，基本上是可以具有唯一最優(yōu)解的：一個(gè)開(kāi)口最小、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)高度密閉的建筑，其平面則是進(jìn)深越大越好，體型系數(shù)越小越好。而環(huán)境選擇型設(shè)計(jì)則不然，因?yàn)橛型獠凯h(huán)境和建筑的互動(dòng)，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)將可以更加透明和復(fù)雜。平面進(jìn)深不大的分散性布局的建筑，同樣可以因?yàn)榻柚谧匀煌L(fēng)和采光等可再生能源，減少常規(guī)能源的能耗，同時(shí)建筑師可以創(chuàng)造性提出設(shè)計(jì)對(duì)策。

這種分類出現(xiàn)在上世紀(jì)能源危機(jī)之前，出現(xiàn)在可再生能源利用技術(shù)、主動(dòng)和被動(dòng)技術(shù)普及成熟之前，出現(xiàn)在綠色思潮之前，殊為可貴。

每每看到中國(guó)綠色建筑發(fā)展大潮中，建筑師強(qiáng)調(diào) “被動(dòng)優(yōu)先，主動(dòng)優(yōu)化”，奧格雅生物氣候設(shè)計(jì)方法的3個(gè)環(huán)境調(diào)節(jié)的步驟，班哈姆的環(huán)境排斥型設(shè)計(jì)和環(huán)境選擇型設(shè)計(jì)，都會(huì)浮現(xiàn)眼前：正所謂殊途同歸，異曲同工。不論是理論研究的推演，還是實(shí)踐積累的升華，不論外國(guó)還是中國(guó)，也不論是否50年前或者現(xiàn)在，建筑師應(yīng)對(duì)環(huán)境的策略和態(tài)度，終歸會(huì)走到一條路徑上。就像探討“什么形體的建筑是節(jié)能型建筑”一樣，腦海中必然會(huì)現(xiàn)出環(huán)境排斥型設(shè)計(jì)提倡的建筑模樣，而這一看似科學(xué)上正確的結(jié)論，卻可能無(wú)助于環(huán)境品質(zhì)的提升，無(wú)益于建筑師的創(chuàng)造性工作。毫無(wú)疑問(wèn)，關(guān)注環(huán)境的建筑師將選擇后者，因?yàn)橥ㄟ^(guò)對(duì)建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)、設(shè)備等系統(tǒng)的控制，環(huán)境選擇型設(shè)計(jì)能夠得到既節(jié)能，又具有良好的環(huán)境品質(zhì)和建筑品質(zhì)的設(shè)計(jì)。

為幫助建筑師了解和采用環(huán)境選擇型設(shè)計(jì)，霍克斯提出了一個(gè)包括13項(xiàng)內(nèi)容的核查單[3]：

（1） 場(chǎng)地分析：氣候、微氣候（地形、城市化程度、植被）、太陽(yáng)軌跡、風(fēng)環(huán)境、污染；

（2） 場(chǎng)地規(guī)劃：建筑間距、微氣候、混合應(yīng)用和人的活動(dòng)；

（3） 建筑形式：可用被動(dòng)策略之處以及不可用被動(dòng)策略之處、定位、內(nèi)部設(shè)計(jì)；

（4） 天井和院落：熱工性能緩沖、天光、自然通風(fēng)；

（5） 建筑功能：使用模式和使用者行為、建筑環(huán)境需求、內(nèi)部產(chǎn)熱和采光標(biāo)準(zhǔn)；

（6） 建筑肌理：隔熱和U值、蓄熱物質(zhì)、材料的蘊(yùn)能量和毒性；

（7） 天光照明：自然采光和日照參數(shù)、配光曲線、眩光分布、視野、私密性和熱工平衡；

（8） 被動(dòng)式太陽(yáng)能得熱：可以利用的太陽(yáng)能得熱、分布、控制和舒適；

（9） 自然通風(fēng)： 風(fēng)壓和煙囪效應(yīng)、夜間通風(fēng)制冷、噪音和空氣污染控制；

（10） 過(guò)熱和舒適：窗戶的尺寸、遮陽(yáng)設(shè)備、自然通風(fēng)策略、蓄熱物質(zhì)；

（11） 人工光照明：光控系統(tǒng)—人工或自動(dòng)、光源和燈具、功效和內(nèi)部得熱；

（12） 供熱：能量來(lái)源和機(jī)組、散熱器、熱量分配、地點(diǎn)；

（13） 設(shè)備：是否需要空調(diào)系統(tǒng)，機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，混合模式和空調(diào)分區(qū)、整合。

核查單的目的是引導(dǎo)建筑師盡可能整體地思考環(huán)境和建筑問(wèn)題。此外可以根據(jù)具體情況，或者新技術(shù)的產(chǎn)生而有所調(diào)整，例如，雨水利用技術(shù)，智能控制技術(shù)等。但這是一個(gè)樂(lè)于被建筑師接納和采用的技術(shù)模板。因?yàn)樗_實(shí)可以引導(dǎo)建筑師從設(shè)計(jì)上關(guān)注環(huán)境，進(jìn)而發(fā)揮創(chuàng)造力，進(jìn)行深入、有品質(zhì)、有意義的環(huán)境設(shè)計(jì)研究。

例如第13項(xiàng)跟“設(shè)備”相關(guān)的核查單，首先提到的是“是否需要空調(diào)系統(tǒng)”。因?yàn)槿绻挥?，毫無(wú)疑問(wèn)會(huì)最大限度地節(jié)約能源，是否可以通過(guò)被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略獲得建筑內(nèi)部的舒適度？或者調(diào)整舒適范圍的溫度？如果建筑遮陽(yáng)設(shè)計(jì)良好，采用了高蓄熱材料，且平面進(jìn)深很小，便于自然通風(fēng)、采光，那么空調(diào)系統(tǒng)就可以減量到最小。其次提到的“機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)”，其存在的目的，也是通過(guò)機(jī)械通風(fēng)設(shè)備，提供新風(fēng)，通過(guò)熱散失和蒸發(fā)制冷，達(dá)到調(diào)節(jié)溫度，擯棄空調(diào)系統(tǒng)的作用。第3條“混合模式和空調(diào)分區(qū)”，是指根據(jù)建筑功能和布局等，劃分必須采用空調(diào)和不必采用空調(diào)的區(qū)域，分別采用不同的環(huán)境調(diào)節(jié)策略。第4條“整合”，則是強(qiáng)調(diào)無(wú)論可見(jiàn)還是不可見(jiàn)，系統(tǒng)設(shè)備整合對(duì)于好的設(shè)計(jì)非常重要。不同空調(diào)系統(tǒng)，占用的空間和需要的管道空間和長(zhǎng)度等是截然不同的。

用霍克斯的一句話作為結(jié)尾，或許可以促進(jìn)我們對(duì)于當(dāng)今中國(guó)綠色建筑摸索于設(shè)計(jì)與技術(shù)結(jié)合的思考：“恰恰是現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)是豐富的和復(fù)雜的，它被文化的所有方面感動(dòng)，建筑師通過(guò)將新技術(shù)和科學(xué)思維應(yīng)用到新美學(xué)的研究做出了特別的貢獻(xiàn)。盡管歐洲不同建筑師作品多樣，但是大量證據(jù)顯示新技術(shù)和建筑設(shè)計(jì)的結(jié)合不必然要求一定是技術(shù)決定論?！盵7]□

[1] Reyner Banham. The Architecture of the Well-Tempered Environment. London: Architectural Press, 1969.

[2] Dean Hawkes. The Environmental Tradition: Studies in the Architecture of Environment. London: E & FN Spon. 1996.

[3] Dean Hawkes, Jane McDonald and Koen Steemers. The Selective Environment: An Approach to Environmentally Responsive Architecture. London: Spon Press, 2002.

[4] Victor Olgyay. Design with Climate: Bioclimatic Approach to Architectural Regionalism. Princeton University Press, Princeton New Jersey, 1963.

[5] Baruch Givoni, Man. Climate and Architecture. Applied Science, London, 1969.2nd edn 1976.

[6] 宋曄皓.結(jié)合自然 整體設(shè)計(jì)：注重生態(tài)的建筑設(shè)計(jì)研究. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000.

[7] Dean Hawkes. The Environmental Imagination: Technics and Poetics of the Architectural Environment. London: Routledge, 2008.

Technology and Design with Environmentally Responsive Consideration

In this article the author reviewed the combination of technology and design by famous architects and formulated two design patterns, namely the exclusive and selective design, which were developed by Reyner Banham and Dean Hawkes upon the research by Victor Olgyay. Then the author pointed out that selective design is the way for environmentally responsive architects.

technology, design, exclusive, selective, environmentally responsive

清華大學(xué)建筑學(xué)院，生態(tài)規(guī)劃與綠色建筑教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（清華大學(xué)）

2015-07-01