仿生建筑
大自然是人類生存的場(chǎng)所，也是人類知識(shí)的重要來源。從人類最初的木結(jié)構(gòu)棚屋，到當(dāng)代的摩天樓和航天飛機(jī)，自然界一直是人類獲取各種資源和能量的補(bǔ)給所。自然與建筑的聯(lián)系更是有著深遠(yuǎn)的歷史。在古典建筑中，除了建筑材料全都來源于自然以外，建筑中還要設(shè)置大量從自然界中提取而來的裝飾圖案。從古埃及時(shí)期各式各樣的紙莎草，到古羅馬時(shí)期標(biāo)志性的苕茛葉;從文藝復(fù)興嚴(yán)謹(jǐn)?shù)幕y裝飾，到巴洛克時(shí)期那些靈動(dòng)而抽象的圖案，無一不追求自然與建筑的和諧。但對(duì)于絕大多數(shù)現(xiàn)代建筑來說，除了獲得與自然相協(xié)調(diào)的關(guān)系，以及采用自然建筑材料以外，似乎很難讓人們與大自然聯(lián)系到一起，無論是現(xiàn)代建筑簡(jiǎn)潔、理性的結(jié)構(gòu)還是建筑那“鋼筋鐵骨”、玻璃外皮的形象，都帶有強(qiáng)烈的人造意味。
雖然如此，建筑與自然形象的天然聯(lián)系從現(xiàn)代建筑萌芽時(shí)期就從來沒有中斷過，只是在不同的時(shí)期有不同的表現(xiàn)，有時(shí)以更加抽象、概括和含蓄的方式出現(xiàn)。在一個(gè)世紀(jì)之前的西方社會(huì)影響深入的工藝美術(shù)運(yùn)動(dòng)、新藝術(shù)運(yùn)動(dòng)等針對(duì)工業(yè)品與建筑設(shè)計(jì)活動(dòng)展開的一系列藝術(shù)運(yùn)動(dòng)，都以主張回復(fù)自然形態(tài)為主要宗旨。只是在建筑中，這種對(duì)自然形態(tài)的模仿和表現(xiàn)大多體現(xiàn)在了細(xì)部的裝飾上。
以早期的有機(jī)建筑風(fēng)格(OrganicArchitecture)為代表，隨著現(xiàn)代建筑的迅速發(fā)展以及建筑結(jié)構(gòu)和技術(shù)的改進(jìn)，尤其在能源問題出現(xiàn)之后，人們又重新開始研究自然形態(tài)與現(xiàn)代建筑形象之間相結(jié)合的問題。從沙里寧(EeroSaarinen)設(shè)計(jì)的具像鳥形候機(jī)樓、鯨魚形冰球場(chǎng)，到夏隆(HansScharoun)用抽象有機(jī)線條設(shè)計(jì)的音樂廳，這些作品都直接表現(xiàn)了來源于自然界的生動(dòng)形象。而這些建筑的形象，不管是逼真地模仿還是抽象地表現(xiàn)，都能夠讓人們很容易聯(lián)想到自然界與之相對(duì)應(yīng)的形象。
就像文藝復(fù)興時(shí)期達(dá)?芬奇和帕拉第奧等，許多大師級(jí)人物發(fā)現(xiàn)的新比例關(guān)系那樣，在當(dāng)代精密的計(jì)算機(jī)運(yùn)算出的各種復(fù)雜的比例關(guān)系，很多早已經(jīng)蘊(yùn)含在自然界當(dāng)中。人們仿照魚的比例建成了流線型的抗阻建筑，仿照蜂巢的結(jié)構(gòu)做出了供航天飛機(jī)使用的超輕高強(qiáng)度材料。事實(shí)上，許多科學(xué)技術(shù)上的進(jìn)步都與人們對(duì)自然界不斷深入地了解有關(guān)。
建筑界也有一些建筑師走上了專業(yè)的模仿自然生物形象設(shè)計(jì)建筑的道路上來，由此誕生了一種新的建筑類型——仿生建筑(BionicArchitecture)。美國(guó)建筑師尤金?崔(EugeneTsui)就是一位專門設(shè)計(jì)仿生建筑的建筑師，他用一些簡(jiǎn)單和普通的建筑材料，靠模仿動(dòng)物具有的一些優(yōu)良結(jié)構(gòu)和富于表現(xiàn)力的外形，創(chuàng)造出了各式各樣既實(shí)用又新奇的建筑形式。
2001年，崔在他的故鄉(xiāng)美國(guó)加利福尼亞州設(shè)計(jì)了一組為培養(yǎng)旋水按摩人才的國(guó)際性學(xué)院。由于教學(xué)的需要，建筑與水池緊密相連。這座建筑體的結(jié)構(gòu)和用料都非常簡(jiǎn)單。首先是用混凝土砌筑不規(guī)則弧線形的基座，這些基座在水池的映襯下猶如曲折蜿蜒的堤岸。基座上的建筑采用圓球形式，這是一種經(jīng)典的省材又得到最大使用空間的幾何圖形。支撐圓球的是天然的木結(jié)構(gòu)，而球形結(jié)構(gòu)表面則用混凝土與一種特殊的乙稀類材料混合后覆蓋而成。用這種材料覆蓋后的建筑表面沒有做過多的粉飾，而是直接裸露著粗糙的墻面，但圍繞這些球體卻做了一些連續(xù)而突起的曲線，使建筑更具有生命體的特征。
這種建筑不僅省時(shí)省料，制作簡(jiǎn)單，而且非常實(shí)用。相比起那些大體積的建筑來說，造價(jià)相當(dāng)?shù)土?，這也是崔設(shè)計(jì)的仿生建筑的另一大特點(diǎn)。早年，在崔所設(shè)計(jì)的一座小住宅的加建項(xiàng)目中，他更是大膽地使用了一些天然材料。由于住宅背靠一座小山，因此加建的一層就像是一個(gè)地下洞穴，顛覆了傳統(tǒng)建筑的形象，用混凝土的基座與鋼鐵架分隔的高窗圍合而成。窗框全都使用木材，并且整個(gè)建筑沒有基座和屋頂?shù)男蜗蟆３嗽诨炷粱馇度胍粚赢?dāng)?shù)氐氖瘔K以外，建筑頂部還特別設(shè)置了一個(gè)蜻蜓形式的遮陽棚。這個(gè)遮陽棚利用鋼索懸挑兩翼，可以隨需要拉起或放下，從遠(yuǎn)處看去，就像是一只巨大蜻蜒落在上面。
這種仿照動(dòng)物形態(tài)建造的小建筑，大多因其單一的使用性而對(duì)建筑面貌的形式要求比較自由，而這些用石材、木材和混凝土、塑料等材料建成建筑較低的維護(hù)費(fèi)用也是吸引人們的因素之一。在追求個(gè)性化和獨(dú)特性的今天，這種建筑開始受到人們的喜愛。隨著這種模仿生物體形式的建筑越來越受到人們的歡迎，建筑師開始把它們應(yīng)用到稍大型的建筑項(xiàng)目中。無論業(yè)主還是用戶，似乎也都很樂意接受通過獨(dú)特的建筑形象來彰顯企業(yè)形象和特色的這種安排，因此仿生建筑得以不斷發(fā)展壯大。
與環(huán)境形態(tài)結(jié)合的建筑
最初人們大多認(rèn)為，當(dāng)仿生形式的建筑位于郊外或自然環(huán)境中時(shí)，由于不受周圍建筑的限制，不僅可以使建筑本身的造型更加自由，還可以顯示出一種與城市建筑完全相反，卻與自然環(huán)境相契合的張揚(yáng)、蓬勃的生命力來。來自日本的建筑師葉祥榮(ShoeiYoh)，是一位注意探求現(xiàn)代建筑自然性的建筑師，他在日本福岡地區(qū)茂密的叢林中設(shè)計(jì)了這樣一座活動(dòng)中心建筑。
這座小型的活動(dòng)中心建筑中使用了竹子、木材、鋼鐵構(gòu)架、混凝土、玻璃等建筑材料，讓人們看到了現(xiàn)代材料的傳統(tǒng)氣息和傳統(tǒng)建筑材料的現(xiàn)代氣息。整個(gè)活動(dòng)中心是一個(gè)不規(guī)則倒椎形建筑，像一朵倒扣的花朵，又像是八爪魚一類的海生物立在平坦的草坪上，在它后面，還有一條向外延伸出的建筑部分，像一條拖后的尾巴，又像一只巨大的觸角。
建筑內(nèi)部的結(jié)構(gòu)實(shí)際上非常規(guī)整。因?yàn)殡m然整個(gè)建筑的形態(tài)極不規(guī)則和充滿變化，但支撐屋頂和主體建筑的卻是規(guī)則的網(wǎng)格形結(jié)構(gòu)。而且這個(gè)網(wǎng)格形結(jié)構(gòu)都由自然生長(zhǎng)的竹子編成，編好后的竹子結(jié)構(gòu)上面用混凝土澆注成薄殼體，并涂以防護(hù)材料，整個(gè)屋頂系統(tǒng)就全部完成。雖然整個(gè)屋頂僅靠薄殼屋頂不足以獲得堅(jiān)固的支撐，但由于將建筑底部圍繞的金屬支柱系統(tǒng)巧妙地設(shè)置在建筑邊緣的皺褶處，所以這部分結(jié)構(gòu)被很好地隱藏了起來。在主體建筑內(nèi)外，人們看到的都只是纖弱竹網(wǎng)外包裹的混凝土薄殼屋頂，十分獨(dú)特。
仿生建筑具有優(yōu)美又獨(dú)特的建筑形象，因此除了用于興建一些小型建筑之外，人們也一直在探索將其與都市建筑、大型建筑類型相結(jié)合的出路。在這方面，日本建筑師伊豐東雄(Toyolto)，就是通過現(xiàn)代高科技手段的輔助，來實(shí)現(xiàn)對(duì)自然界簡(jiǎn)單生物形象的模仿的。
2004年，伊東豐雄在日本東京表參道地區(qū)設(shè)計(jì)的大樓，是一座位于東京最繁華商業(yè)城區(qū)的高層建筑。受到基址的限制，建筑平面呈“L”形，將容納商業(yè)、辦公、會(huì)議等多項(xiàng)功能于一身。并且，作為永久性建筑項(xiàng)目，該建筑還要達(dá)到足夠的堅(jiān)固性。
由于大樓本身是一座商業(yè)建筑，因此要想在繁榮的商業(yè)建筑聚集區(qū)引人矚目，以最大限度地達(dá)到招攬顧客的目的，就要賦予建筑獨(dú)特的建筑面貌。同許多繁榮的國(guó)際大都市的商業(yè)區(qū)一樣，表參道地區(qū)云集了大量的商業(yè)建筑，而且各個(gè)店家都極盡所能地求新、求異，以便在琳瑯滿目的商業(yè)背景下突出自己。因此本地區(qū)傳統(tǒng)多樣化的結(jié)果是沒有了傳統(tǒng)。
為此伊東豐雄回到本街區(qū)的自然周邊環(huán)境氛圍中，將道路兩邊郁郁蔥蔥的樺樹作為新建筑的外觀形象。這個(gè)建筑的形象來源其實(shí)很簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)師將茂密的樺樹林復(fù)寫在一張矩形的紙條上，再將這個(gè)紙條折疊成“L”形的紙筒，整個(gè)建筑也就呈現(xiàn)在人們眼前了。但在實(shí)際建設(shè)中，要想既保持樹的形象，又保證建筑受力結(jié)構(gòu)的合理性，卻不是那么容易的事情。因此在整個(gè)建筑的設(shè)計(jì)過程中，全程引用計(jì)算機(jī)模擬建筑各部分結(jié)構(gòu)的受力情況，再通過對(duì)細(xì)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷調(diào)整，才得到了最終的建筑形象。
建筑真正的結(jié)構(gòu)部分反而相對(duì)簡(jiǎn)單，通過計(jì)算機(jī)指示的科學(xué)結(jié)構(gòu)構(gòu)造，建筑表面縱橫的“樹枝”采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建造。在鋪滿建筑表面的枝杈中，既有真正的承重結(jié)構(gòu)，也有為增加表現(xiàn)力而增加的裝飾部分，但這兩部分完全融匯在了一起。底部粗壯的樹干部分為高敞的商業(yè)層提供足夠的支撐力，而上部較細(xì)的枝杈則是規(guī)整的辦公空間。樹杈間的空隙大部分都采用玻璃幕墻形式，但也有一小部分采用了鋁板。
無論黑夜還是白天，這座充滿自然氣息的建筑都比旁邊高科技含量十足的玻璃盒子式建筑顯得更加玲瓏通透，而特殊的造型所帶來的人們的極大關(guān)注，也滿足了商業(yè)建筑的要求。在這里，現(xiàn)代主義整齊的框架結(jié)構(gòu)成為一種老套的傳統(tǒng)，建筑師真正用自然形態(tài)所具有的特殊力學(xué)結(jié)構(gòu)與現(xiàn)代建筑材料相結(jié)合，產(chǎn)生出了具有生命動(dòng)態(tài)的建筑。
高科技的仿生建筑
如同現(xiàn)代主義早期小沙里寧所做的那樣，將現(xiàn)代建筑中應(yīng)用最普通的材料，與高科技(HighTech)建造技術(shù)以及獨(dú)特的仿生建筑形象相結(jié)合，創(chuàng)造適用更廣泛的動(dòng)人建筑形象，成為當(dāng)代建筑積極探索的方向。而像卡拉塔瓦(SantiagoCalatrava)、格雷姆肖(NicholasGrimshaw)這樣身兼結(jié)構(gòu)工程師與建筑師雙重身份的人，則為賦予鋼鐵建筑新形象做出了杰出貢獻(xiàn)。
英國(guó)的建筑師尼古拉斯?格雷姆肖，是一位擅長(zhǎng)運(yùn)用鋼鐵結(jié)構(gòu)和玻璃、鋁等材料創(chuàng)造驚人建筑形象的建筑師。他雖然常被人們歸為高技派建筑師一類，但在他的設(shè)計(jì)中不僅體現(xiàn)出對(duì)高科技結(jié)構(gòu)的關(guān)注，還體現(xiàn)出對(duì)建筑本身在情感表達(dá)方面的高度關(guān)注。
1998年，格雷姆肖在德國(guó)柏林設(shè)計(jì)的一個(gè)工商協(xié)會(huì)建筑中，使用了15組半橢圓形弧線的鋼架拱結(jié)構(gòu)并列組合，作為內(nèi)部辦公空間的主要承重框架。這種新的外墻結(jié)構(gòu)支撐著內(nèi)部的辦公樓層，不僅使內(nèi)部空間的分隔更加自由，也讓這座建筑呈現(xiàn)出如同穿山甲類動(dòng)物一樣的形象。極具生命體態(tài)的巨大辦公樓，在方方正正的現(xiàn)代高層建筑群中顯得極為特殊。雖然新辦公樓的使用功能和內(nèi)部空間設(shè)置與一般的現(xiàn)代辦公建筑并無本質(zhì)差異，但它不僅為現(xiàn)代都市增添了新奇的景觀，也為人們營(yíng)造了一個(gè)趣味十足的工作空間。
當(dāng)然，作為高技派的代表性建筑師，格雷姆肖對(duì)仿生概念的研究并未停留在外部形象的模仿方面。在他受英國(guó)鐵路部門委托設(shè)計(jì)的滑鐵盧火車站(Waterloolnternational)中，就體現(xiàn)出了對(duì)“仿生”這一概念的更深入詮釋。在這座大型綜合性車站項(xiàng)目中，無論在大的結(jié)構(gòu)部分還是細(xì)小的玻璃板上，建筑師都使用了來源于自然界的處理方法。車站是一個(gè)包裹住鐵路的鋼鐵拱棚，這個(gè)拱棚的寬度采用逐漸變小的錐筒形式。
長(zhǎng)長(zhǎng)的拱棚以不銹鋼框架為主，而結(jié)構(gòu)框架上所覆蓋的玻璃屋頂不是按照傳統(tǒng)的做法相互銜接成無痕的鏡面形式，而是像屋頂上鋪設(shè)的瓦塊一樣重疊連接。而且每塊玻璃板只有一邊懸固在支架上，其余三邊則與可滑動(dòng)的軸或可折疊的墊圈相連接。采用這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的屋頂造價(jià)要遠(yuǎn)高于普通的屋頂形式，但這種仿照穿山甲類動(dòng)物鱗片鑲嵌的玻璃屋頂，由于頂部每塊玻璃都可以根據(jù)火車進(jìn)站時(shí)所引起的車站內(nèi)部氣流的變化自動(dòng)開合，因而就像具有自動(dòng)呼吸能力一樣，可以隨著站內(nèi)氣流的變化自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，從而大大減弱了瞬間增大或減少的氣流變化對(duì)結(jié)構(gòu)體的沖擊力，如果從長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)利益和安全性上來考量，投入產(chǎn)出比還是令人欣慰的。
追求生物形態(tài)語言的建筑
像格雷姆肖這樣深入探索現(xiàn)代建筑材料與自然結(jié)構(gòu)相結(jié)合的建筑師，已經(jīng)變得越來越多，來自西班牙的建筑師圣地亞哥?卡拉塔瓦也是一位這方面的專家?？ɡ卟粌H致力于研究和表現(xiàn)動(dòng)植物體的結(jié)構(gòu)與形象特點(diǎn)，還將眼光放得更遠(yuǎn)，研究起動(dòng)、植物本身運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化在建筑中的應(yīng)用來。
位于葡萄牙里斯本的車站(OrientStation)1998年建成，可說是卡拉塔瓦仿生建筑設(shè)計(jì)體系的開端。新車站由站臺(tái)部分與底部的換乘、服務(wù)站兩部分組成。
站臺(tái)覆蓋八條車道的是一種樹形結(jié)構(gòu)的巨大支柱。這些支柱在底部是截面為方形的鋼柱，向上逐漸像樹一樣分成若干條主干，而這些主干再向上則分解出更多的支干。主干與支干相互配合，向四個(gè)方向分別支撐起一個(gè)菱形平面的玻璃屋頂，至此，一株由鋼架與玻璃屋頂組成的“鋼之樹”便形成了。而整個(gè)車站就是由很多株“鋼之樹”沿著平面坐標(biāo)軸不斷重復(fù)形成的。屋頂起伏不定的形象與底部行列整齊的鋼柱相互對(duì)應(yīng)，使車站就像是一片樹林。
在站臺(tái)一邊的換乘、服務(wù)站，是一條被托起在空中的長(zhǎng)向走廊。這條走廊也是旅客們的換乘通道。在走廊內(nèi)部，設(shè)有售票口和商店等各種服務(wù)性空間，在走廊兩邊，對(duì)稱設(shè)有像機(jī)翼一樣輕薄、透明的候車站頂棚，使這個(gè)換乘、服務(wù)站就像是一只偶爾停留在站臺(tái)邊的蜻蜓。
在卡拉塔瓦設(shè)計(jì)的這座車站中，巨大的鋼鐵構(gòu)架和玻璃是主要材料，但兩個(gè)建筑部分卻都給人輕盈、自然之感。整個(gè)車站不僅富有生命的動(dòng)態(tài)，還具有生命體那種強(qiáng)烈的生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)和勃勃生機(jī)，讓人們看到了傳統(tǒng)材料的新形象。
卡拉塔瓦對(duì)于鋼鐵與生物形態(tài)的追求是無止境的，它總是能將來自于自然界的活靈活現(xiàn)的形象與鋼鐵相結(jié)合，并創(chuàng)造出優(yōu)雅、靈動(dòng)的建筑形象。而且卡拉塔瓦還將建筑的生態(tài)性質(zhì)又向前提升了一個(gè)層次，新建筑不僅擁有生物體的造型，還擁有生物體最主要的一項(xiàng)特征——運(yùn)動(dòng)及運(yùn)動(dòng)感。
這座最具生命體運(yùn)動(dòng)特征的建筑，是位于美國(guó)威斯康星州密爾沃基市的藝術(shù)博物館(MilwaukeeArtMuseum)。博物館的主體采用規(guī)則的長(zhǎng)鋼架系統(tǒng)，使它外部的造型就像是一艘停泊的航船，而最富于魅力的部分則集中在盡端屋頂?shù)牟糠帧?
這個(gè)屋頂由飛鳥狀的錐形屋頂、可閉合的巨大扇葉與一座斜拉人行天橋組成。斜拉鋼索橋以與地面呈47度角度斜向而立.50米高的斜拉桿與來自73米跨度橋面所產(chǎn)生的反向力相互平衡，并由此成為橋體的主要支撐力。這種利用反向力學(xué)平衡的原理，作為建筑承重結(jié)構(gòu)的做法，也是卡拉塔瓦在以前橋梁工程中使用過的成熟方法，雖然也具有很高的技術(shù)含量，且需要精確的力學(xué)分析，但在此并不是整個(gè)建筑中最復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
真正具有造型創(chuàng)新性和技術(shù)創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)，是人行天橋盡端錐形屋頂上可動(dòng)的遮陽屋面。拋物線型的屋面由底部螺旋形排列的鋼管懸臂式結(jié)構(gòu)支撐，這些鋼管從最前部的32米向內(nèi)長(zhǎng)度逐漸遞減，而到達(dá)最后時(shí)，鋼管長(zhǎng)度只剩下原來的1/4?？苫顒?dòng)的兩扇屋面各由36根這樣逐漸遞減的鋼管組成，其排列角度則與屋面的弧度相吻合。這樣，在兩邊的屋頂被拉開時(shí)，后部就呈現(xiàn)出起翹的效果，使整個(gè)展覽館就猶如一只滑翔的飛鳥。
雖然整個(gè)可活動(dòng)的屋頂是重達(dá)115噸的龐然大物，但卻對(duì)湖邊的風(fēng)速非常敏感。屋頂上由電腦控制的風(fēng)速測(cè)量裝置可以感應(yīng)外部的天氣變化，而一旦達(dá)到事先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，巨大的屋頂就會(huì)緩緩閉合。此時(shí)，整個(gè)建筑也散發(fā)出生命氣息，仿佛一只湖邊休憩的巨鳥，在小心翼翼地收攏它的翅膀。
卡拉塔瓦的這項(xiàng)可動(dòng)屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)，可以說達(dá)到了外觀仿生建筑形象的極限。建筑無論是從外觀造型，還是可動(dòng)特征上來看，都與傳統(tǒng)建筑的特征相距甚遠(yuǎn)。更為重要的是，在密爾沃基藝術(shù)博物館建筑中，可動(dòng)屋頂不僅是作為建筑塑造仿生建筑形象的重要裝飾部分，同時(shí)還具有為內(nèi)部展覽室遮陽的實(shí)際功能。而仿生建筑從早期單純?cè)谕庥^形象上的模仿，到密爾沃基博物館這樣在形象和深入的功能方面的雙重模仿，所表現(xiàn)出來的不僅僅是建筑外形上的變化。
像密爾沃基藝術(shù)博物館這種在大型建筑中設(shè)置可動(dòng)幅度較大的建筑結(jié)構(gòu)的做法，不僅需要相關(guān)動(dòng)力設(shè)備和可動(dòng)結(jié)構(gòu)自身的配合，在建筑材料、結(jié)構(gòu)造型等方面也需要各種高水平科學(xué)技術(shù)的輔助。由可動(dòng)結(jié)構(gòu)部件運(yùn)動(dòng)所引起的建筑各部分承重力的變化，對(duì)底部固定建筑部分的承重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有很高的要求。而且，像密爾沃基藝術(shù)博物館這樣，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制可動(dòng)結(jié)構(gòu)部件的運(yùn)動(dòng)，使龐大的鋼鐵結(jié)構(gòu)部件對(duì)自然界的風(fēng)向變化，具有像生物體一樣的敏感性，更是需要有一套縝密的控制系統(tǒng)與復(fù)雜的結(jié)構(gòu)部分相配合。
節(jié)省能源的建筑
人類的智慧從第一次工業(yè)革命開始顯現(xiàn)出強(qiáng)大的力量，但對(duì)自然界和我們生活的地球，卻表現(xiàn)為越來越大規(guī)模和不可控制的破壞。代表人類現(xiàn)代化發(fā)展水平的大都市和高樓大廈，卻同樣成為給自然界帶來最大負(fù)擔(dān)的污染源。一座現(xiàn)代化的建筑，其外部通透、光亮的外觀;內(nèi)部明亮、舒適的空間的另一面，則是為了遮陽、照明、制冷、取暖、通風(fēng)、交通而付出的大量能源代價(jià)。
在此基礎(chǔ)上，人們才開始重新注重生態(tài)建筑的發(fā)展，由此也帶動(dòng)了諸如建筑與自然的融合、仿生等新建筑形式的發(fā)展。而無論是深入地模仿生物體的結(jié)構(gòu)，還是生命體態(tài)，雖然在很大程度上加強(qiáng)了建筑與自然界的聯(lián)系，也帶給人們更多的生活樂趣，但從實(shí)質(zhì)上說，這些建筑在耗能方面與一般的現(xiàn)代建筑仍無不同。通過覆土、遮陽等各種手法處理過的建筑，雖然與普通的現(xiàn)代建筑相比，可能在一定程度上具有低能耗和創(chuàng)造更加舒適使用空間等優(yōu)勢(shì)，但并未將對(duì)自然環(huán)境的破壞和自然資源的耗費(fèi)降到最低。
因此，當(dāng)人類的科研水平和技術(shù)條件具備一定的實(shí)力之后，開始深入到建筑本身如何降低自然能源耗損的議題上來。實(shí)際上，人類對(duì)于自然能源和潔凈能源利用的研究也是久已有之的，同時(shí)在建筑上利用自然能源的做法，也已經(jīng)進(jìn)入全面試驗(yàn)階段，并取得了一定的成就。
除了上面提到的，經(jīng)過高科技工藝處理諸如木材等自然材料，以使其能夠應(yīng)用于現(xiàn)代建筑之外，人們也開始尋求將一些自然的原理應(yīng)用到新建筑，尤其是大型建筑當(dāng)中，并以此來達(dá)到降低能耗等環(huán)保的目的。這種做法引用的比較成功的是技術(shù)派大師福斯特(NormanFoster)，而隨著能源危機(jī)與人類環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，此類做法正成為建筑師和科學(xué)家研究的重點(diǎn)。
英國(guó)建筑大師諾曼?福斯特很早就開始關(guān)注，通過設(shè)計(jì)降低建筑人工能源耗損方面的方法和技術(shù)，并通過與相關(guān)研究成果的緊密配合，逐步探索出通過綜合運(yùn)用設(shè)計(jì)與高新技術(shù)和材料相配合，以降低建筑能耗的一套方法。
早在1997年，福斯特設(shè)計(jì)建成的德國(guó)法蘭克福(Frankfurt)德意志商業(yè)銀行總部辦公大樓(NewHeadquartersforCommerzbank)建筑中，就在這座高層塔樓中部預(yù)留了通層中庭，且在樓體中形成辦公層與花園相間而設(shè)的形式。這樣，通層中庭利用自然原理成為撥風(fēng)筒，通過外立面進(jìn)入的自然空氣，在雙層玻璃幕墻間自然被溫?zé)峄蚶鋮s，辦公空間可根據(jù)面向中庭開窗的大小決定室內(nèi)空氣流動(dòng)的強(qiáng)弱。同時(shí)，在建筑內(nèi)部與辦公空間相間而設(shè)的花園，不僅為辦公人員提供了短暫休息的場(chǎng)所，也提供了清新的空氣和良好的辦公環(huán)境。因此在法蘭克福德意志商業(yè)銀行建筑中，不僅建筑在空氣調(diào)節(jié)方面的耗能大大降低，還獲得了優(yōu)質(zhì)的辦公空間，在當(dāng)時(shí)是一座極具先鋒性質(zhì)的生態(tài)建筑代表。
此后，隨著相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，福斯特的生態(tài)建筑設(shè)計(jì)又不斷創(chuàng)新。比如在1999年竣工的德國(guó)新國(guó)會(huì)大廈(NewGermanParliament)改造項(xiàng)目中，福斯特事務(wù)所除了在老建筑層內(nèi)部使用鋼框架等現(xiàn)代結(jié)構(gòu)提供了新的結(jié)構(gòu)層之外，也做了系統(tǒng)的節(jié)能生態(tài)設(shè)置。
這座建筑最大的亮點(diǎn)就是中央穹頂?shù)脑O(shè)置。老建筑原有的穹頂在戰(zhàn)爭(zhēng)中被毀，而福斯特為新建筑新設(shè)計(jì)的玻璃穹頂，正位于原建筑主立面的中心門廊后部，也成為整個(gè)建筑的最高點(diǎn)。穹頂?shù)慕ǔ刹粌H在屋頂提供了餐廳、露臺(tái)等公共休息場(chǎng)所，也同時(shí)成為底部新議會(huì)會(huì)場(chǎng)室內(nèi)的自然采光點(diǎn)。
玻璃穹頂共有兩層，內(nèi)層是底部會(huì)議廳上方的覆盆狀玻璃頂，這層玻璃頂是密封的，只在頂部單層的夾建層結(jié)束。這層玻璃頂既圍合會(huì)議室的頂部，又在上層提供了一個(gè)360度的觀景墻面。外層的大穹頂罩在內(nèi)層盆形玻璃頂之上，并高高豎起。這個(gè)穹頂采用鋼肋為主的構(gòu)架形成完整的穹頂框架與硬質(zhì)玻璃完成，由于結(jié)構(gòu)提供的可能性，內(nèi)部緊貼穹頂內(nèi)壁建有螺旋而上的坡道，人們可以順著坡道直達(dá)頂部俯瞰柏林市區(qū)。
整個(gè)加建工程最精彩的部分也位于這個(gè)穹頂里，那就是穹頂中心豎立的超大尺度倒立著的玻璃椎體。這個(gè)巨大的椎體外部由光電池與鏡面玻璃覆蓋，其底部的錐尖一直穿透底部的盆形玻璃頂，將細(xì)尖的末端深入底部會(huì)議大廳當(dāng)中。
在自然光的引入方面，除了四周寬大的開窗引入平射光以外，還有來自穹頂?shù)淖匀还庠?。自然光線從各個(gè)方面照射進(jìn)大穹頂，并經(jīng)過長(zhǎng)長(zhǎng)的中心光錐反射后將直射光轉(zhuǎn)化為漫射光投入底部的會(huì)議廳，在提供充足光線的同時(shí)，避免了過強(qiáng)的光照和眩目光的產(chǎn)生。此外，為了控制來自正面過于強(qiáng)烈的光照，在穹頂內(nèi)壁還設(shè)置了巨大的百葉以屏蔽多余的光照。
在內(nèi)部氣候調(diào)節(jié)方面，在老建筑與新結(jié)構(gòu)的夾層中設(shè)置了自然風(fēng)道。最大的會(huì)議廳則利用空氣壓力通風(fēng)系統(tǒng)將引入的自然空氣從座椅底部送入大廳之中。而頂部的巨大光椎是中空的，它在頂部形成自然的拔風(fēng)筒，自然將廢氣吸出。這種利用自然原理保證空氣流通的做法，大大節(jié)省了能源的消耗。此外，隱藏于地下的兩個(gè)蓄水池也是兩個(gè)能源儲(chǔ)存庫，在不同的季節(jié)為室內(nèi)提供制冷和供暖。
在能源利用方面，福斯特使用了早在德國(guó)杜伊斯堡(Duisburg)微電子中心(MicroelectronicCentre)建筑中設(shè)想但未能實(shí)現(xiàn)的，利用菜籽油作為主要燃料的做法。這種取自天然的燃料不僅成本低廉，其燃燒后所產(chǎn)生的二氧化碳?xì)庖策h(yuǎn)低于普通燃料。穹頂中巨大的采光錐所使用鏡面玻璃也同時(shí)是太陽能轉(zhuǎn)化器，而這部分所產(chǎn)生的能源維持內(nèi)部空氣調(diào)節(jié)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)并大大節(jié)省額外能源支出。更重要的是大樓底下打了兩深兩淺共四口井，并建設(shè)了大樓自己的小型發(fā)電站利用地?zé)岚l(fā)電，不但供自身使用，還有富余向外輸電。
由于柏林議會(huì)大廈在利用自然資源方面的種種巧妙設(shè)置，使它成為世界上第一座新型的生態(tài)型政府辦公建筑。福斯特不僅在建筑形體上最大限度地尊重了歷史，也在內(nèi)部設(shè)置上最大限度地尊重了自然。建筑師在建筑中所體現(xiàn)出的對(duì)于歷史、自然和人類智慧的尊重，也是當(dāng)代建筑所應(yīng)該追求的新目標(biāo)。
提供自然光熱的建筑
繼福斯特之后，這種將自然光、熱綜合用于一座建筑中，以最大限度地降低建筑對(duì)人工能源的耗損的做法，也越來越普遍。比如2002年，荷蘭建筑師麥耶?斯高特(MeyerEnVanSchooten)為荷蘭國(guó)際集團(tuán)(IngGroupHeadquarters)設(shè)計(jì)的辦公大樓，就是一座借助于自然原理有效降低能耗的建筑。在這所建筑中所使用的一些做法，也是國(guó)際上通行的手法，比較具有代表性。
坐落在荷蘭阿姆斯特丹(Amsterdam)城市邊緣的辦公大樓正位于繁榮的商業(yè)區(qū)與大片的綠化帶之間，并由于毗臨一片水面和一條環(huán)城公路，因此整個(gè)建筑基址呈狹長(zhǎng)的帶狀。建筑體也順應(yīng)地勢(shì)呈帶狀，但底部卻由9-12.5m高的腳柱支起，這樣做的目的拉大了內(nèi)部辦公空間與高速路之間的距離，有效降低了噪音，同時(shí)通過抬升高度，避免處于高處人行道和車道上的行人將玻璃幕墻圍合的內(nèi)部辦公室一覽無余，保證了私密性。
建筑外部使用了雙層玻璃幕墻形式，既隔離噪音又有利于室內(nèi)的保溫，而對(duì)于建筑內(nèi)部環(huán)境的調(diào)節(jié)問題，在建筑外部就已經(jīng)有了充分的準(zhǔn)備。首先，建筑的屋頂上鋪設(shè)太陽能收集板，將光照轉(zhuǎn)化為電能，作為長(zhǎng)效能量源支撐部分設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn);其次，除天花板上安裝有機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)以外，建筑底部的一個(gè)蓄水池還與制冷與制熱系統(tǒng)相連接，最大限度地利用水體自然溫度調(diào)節(jié)室內(nèi)氣候;最后，為了解決光照問題，整個(gè)建筑走向進(jìn)行了調(diào)節(jié)以外，還在主要接受陽光的端頭增加了遮陽板。
建筑中天井、中庭、室外走廊和微縮花園的插入，不僅增加了建筑體本身的空間變化，也使得室內(nèi)空氣、光線的分布更加均勻，也大大美化了人們的辦公環(huán)境。
在完善的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與材料的基礎(chǔ)上，人類種種的生態(tài)建筑設(shè)想紛紛得以實(shí)現(xiàn)，也因此使人們有勇氣嘗試更大膽的現(xiàn)代生態(tài)建筑設(shè)計(jì)。2004年在英國(guó)薩里(Surrey)建成的麥卡倫技術(shù)研究中心(McLarenTechnologyCenter)，是福斯特在技術(shù)探討生態(tài)領(lǐng)域的又一次全新嘗試，也是一座極具有創(chuàng)新意義的建筑。在這座建筑中，建筑師通過對(duì)生命循環(huán)原理的模仿，來轉(zhuǎn)化工業(yè)生產(chǎn)所帶來的種種問題。而這種嘗試也是建立在資源合理化利用與可回收循環(huán)能量理論基礎(chǔ)上的。
這座建筑為麥卡倫公司的主要研究機(jī)構(gòu)提供辦公空間，同時(shí)為旗下的法拉利一級(jí)方程式賽車隊(duì)提供強(qiáng)大的技術(shù)保證。因此研究中心不僅包括不同研究與測(cè)試設(shè)備的各種實(shí)驗(yàn)室，還提供一個(gè)世界上最先進(jìn)的風(fēng)洞測(cè)試研究室。但風(fēng)洞系統(tǒng)本身不僅相關(guān)設(shè)備與空間占地龐大，最重要的是為了平衡風(fēng)洞試驗(yàn)所產(chǎn)生的巨大熱能，還要為之配備一個(gè)基本水容量為50000m3的冷卻水池。
為了將建筑所侵占的地面面積減至最小，同時(shí)不破壞建筑所在郊外用地的自然地貌，主體建筑大部分被移入地下，由于建筑空間挪移地下而空出的大片土地則仍舊種植了樹木進(jìn)行綠化，將研究中心掩映在森林深處。而為了滿足風(fēng)洞設(shè)備所需要的巨量用水，福斯特大膽地在研究中心所在基址上開掘了人工湖。
真正的建筑部分與人工湖毗臨而建，并圍合成圓形。由于建筑本身獨(dú)特的平面，從空中看去，建筑與人工湖正如中國(guó)的太極圖一樣，一虛一實(shí)、一靜一動(dòng)。建筑地下部分配合特殊的要求使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，而地表部分則采用鋼構(gòu)架，半月形的建筑外部采用特殊的鋁制“風(fēng)刃”玻璃，為內(nèi)部提供通透、明亮的自然光照。
然而這些都不是研究中心最大的特點(diǎn)，其最大的特點(diǎn)在建筑底部，有專門的水泵將經(jīng)過自然過濾的湖水吸入熱交換器，并通過冷動(dòng)緩沖器為風(fēng)洞提供降溫保障。加熱的湖水在流出時(shí)又經(jīng)過特殊的熱能轉(zhuǎn)換器，將其吸收的熱量用于發(fā)電。而在完成一系列的能量轉(zhuǎn)化之后，湖水流入湖中自然冷卻，繼續(xù)為下輪的循環(huán)做準(zhǔn)備。
正常情況下，要維持麥卡倫研究中心這樣大規(guī)模的風(fēng)洞設(shè)施要有7臺(tái)大型冷卻設(shè)備。由于這套先進(jìn)的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備和整個(gè)人工湖的保障，冷卻設(shè)備被減至2臺(tái)，熱水所產(chǎn)生的電量不僅可以維持研究中心的使用，還將多余的電量輸出至附近的小鎮(zhèn)上。
在這座高技術(shù)的研究中心，建筑與人工湖所組成的特殊建筑形式是對(duì)其特殊功能性的反映。無論從半湖半建筑的外部環(huán)境，還是如生命體般自供能源的特性來說，都是對(duì)傳統(tǒng)建筑形式的突破。但是也應(yīng)看到，整個(gè)建筑及生態(tài)性能的實(shí)現(xiàn)，是以巨額的資金、技術(shù)與人力的投入為條件的，屬于生態(tài)建筑的特例。相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，此類自供給能源并低耗費(fèi)的形式必將成為建筑的主流。生命體態(tài)建筑基于這種從建筑體到使用功能上對(duì)自然界和生命體態(tài)(Self-serviceSystem)特征的學(xué)習(xí)，建筑師們開始深入思索建筑提供的空間本身所應(yīng)該具有的活力。麥卡倫技術(shù)中心“自產(chǎn)自銷”式的能量轉(zhuǎn)換體系，為生態(tài)建筑描繪了全新的發(fā)展藍(lán)圖，既然建筑在使用過程中也像生命體一樣具有“新陳代謝”的特征，那么利用各部分不同能量間的相互轉(zhuǎn)化作為維持建筑的新能量，就成為了可能。
對(duì)這一新奇設(shè)想積極進(jìn)行實(shí)踐，并取得成就的，是來自荷蘭的一個(gè)年輕設(shè)計(jì)小組——MVRDV建筑事務(wù)所。在2000年德國(guó)漢諾威舉行的世界展覽會(huì)上，這個(gè)先鋒小組設(shè)計(jì)的，帶有生命體態(tài)特征的荷蘭展覽館(PavilionoftheNetherlands)，不僅重新引發(fā)了建筑界對(duì)于生態(tài)建筑諸多問題的爭(zhēng)論，也似乎為生態(tài)建筑未來的發(fā)展指明了方向。荷蘭展覽館平面為方形，連同開敞的頂層共有六層，但幾乎每層的高度都不相同。不僅如此，建筑每層的形象和功能也都不相同，組合在一起就像是超級(jí)巨大的漢堡包。建筑的地下層是沼氣池，負(fù)責(zé)將建筑中來自衛(wèi)生間、廚房和其他部分的有機(jī)廢物轉(zhuǎn)化為能量，因而底層較高，建筑師將支撐整個(gè)建筑的粗壯混凝土墩柱都藏在了中央，而在外部則用不規(guī)則的“V”字形托柱相連接。這些外圍托柱和中心部分的墩柱的表面都被進(jìn)行了特殊的處理，呈現(xiàn)出一種海洋生物的形象，這種表現(xiàn)手法同西班牙建筑大師高迪的做法極為相像，賦予建筑生命體般的形象。
除了底層以外，建筑的第四層也是建筑中最高的一層。這里也由“V”字形的粗柱支撐，其中遍植花草樹木，是名符其實(shí)的空中花園，同時(shí)這里也是整個(gè)展覽館的空氣調(diào)節(jié)層。在這個(gè)空中花園下面的兩層，是比較低矮的使用層，人們可以享受這個(gè)人造自然生態(tài)系統(tǒng)帶來的種種生活便利。
除了底層利用人造生態(tài)系統(tǒng)改造居住環(huán)境以外，建筑的頂層平臺(tái)上還設(shè)置了風(fēng)力發(fā)電裝置。利用天然的風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車提供動(dòng)力，是荷蘭最具特色的傳統(tǒng)之一。風(fēng)車更是成為荷蘭的象征。如今，那些纖細(xì)的支柱與薄薄的扇葉都因金屬而脫離了沉重的形象，并以其強(qiáng)勁的動(dòng)力為整個(gè)建筑提供所需要的能源，古老的傳統(tǒng)在建筑師手里傳承，但形象卻煥然一新。
MVRDV為人們提供了一種未來可能性的建筑形象，整座建筑不僅擁有不同功能的建筑空間，同時(shí)還有一個(gè)包括地下能量轉(zhuǎn)換層和頂部能量層、中部自然空氣調(diào)節(jié)層在內(nèi)的人造微形自然生態(tài)系統(tǒng)，它不僅為人們的生活提供良好的環(huán)境，也消耗著人們產(chǎn)生的有機(jī)廢物。在整座建筑中，必不可少的能源大都是來自天然的，這是最古老，也是當(dāng)今最理想的能源供給方法。
雖然MVRDV設(shè)計(jì)小組所設(shè)計(jì)的荷蘭展覽館，還只是一種試驗(yàn)性的建筑模型，其各部分能量的提供與轉(zhuǎn)化只能滿足于很小規(guī)模的實(shí)際功能需要，并且在整套建筑模式中還存在一定的技術(shù)與理念缺陷。但是，這座極具生命體態(tài)特征的展覽館，卻實(shí)實(shí)在在地為人們展現(xiàn)了一種未來生態(tài)建筑的結(jié)構(gòu)模式和發(fā)展方向。在當(dāng)代，綠色建材和技術(shù)節(jié)能是生態(tài)建筑發(fā)展的兩大潮流，而將外觀模仿、結(jié)構(gòu)模擬和生態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)模仿集中于一身的生態(tài)建筑理想，相信也將在不久的將來得以實(shí)現(xiàn)。
生態(tài)建筑的探索和階段性成果的普及工作，已經(jīng)在西方世界得到普遍認(rèn)可和越來越廣泛地應(yīng)用，同時(shí)也以其所營(yíng)造的最舒適的環(huán)境而受到使用者青睞。因此可以說，對(duì)于生態(tài)建筑的試驗(yàn)、應(yīng)用與普及，已經(jīng)形成良性循環(huán)并得到了很大的發(fā)展。
作者：王其鈞
