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1、 从建筑表皮到建筑腔体的生态整合从建筑表皮到建筑腔体的生态整合摘要摘要：生物体通过完善的表皮功能和腔体器官以适应环境的变化, 维待自身物质和能量的乎衡。建筑设 计者要认识建筑“表皮”和“腔体”的关系，做到生态建筑设计。 关键词：关键词：建筑 表皮 腔体 生态“表皮” “腔体”的概念都源于生物学，现已被借用到建筑学领域，更形象生动的说明解释诸多庞杂 的问题。 建筑表皮指的是建筑内部结构上仿照生物的腔体，能够被动的利用自然界的可再生能源（风能，光 能，雨水等等）形成具有微气候调节功能的一系列建筑内部空间。 建筑腔体广义上指的是建筑的所有维护结构，包括墙体，楼板，屋顶，玻璃灯构件。本文特指建筑 外围
2、护结构也即外墙体和屋顶。 将建筑作为生命体维护结构是“皮” ；承载结构是“骨” ；空间（腔体）是“灵魂” 。 （一）建筑仿生 在生物界，生物体在长期的进化过程中形成了适合其生存环境的种种形态。生命有机体需要不断与 外界进行物质、能量和信息的交换, 同时也需要抵御外界环境的不利因素, 因而产生了许多依赖于表皮的 功能, 如保护、排泄、吸收、呼吸、温度调节等。生物体的不断进化完善形成的一套紧密内部器官（内 部腔体结构），产生了复杂的高等动物（人类），增强了生命体的环境适应能力和应变能力。建筑仿生学认为，人类在建筑上遇到的所有问题，自然界早就有了相应的解决方式。 这是由于生物体在长期的自然选择下，必
3、须进化出高效低能的生命保障调节系统。建筑物事高智商的动 物为了躲避自然界恶劣的环境而创造出来的，只是在工业革命以来，人们所采用的一系列技术措施是以 环境污染破坏为代价的。庆幸的是现在的人类已经开始觉醒，开始像动物界仿生学习，寻求真正与自然 界和谐相处的方法。 （二） “表皮”与“腔体”的统一 有人说建筑的本质是空间，这话没错，但空间其实是一个抽象出来的概念，它是不可能被建造的， 但能通过墙体的围合形成空间，达到建筑的本质。这样空间的形式直接受到围合强体的影响。所以空间 的感知是通过围合空间的表皮而实现的，那么谈论空间就必须与表皮之间建立起联系；谈论建造材料的 构造就是在讲表皮的质化。这就是表皮
4、和腔体的联系。 “凿户牖以为室，当其无，有室之” 。用人类建造行为产生的直接后果有两个：容纳活动的空间和作为 副产品的表皮。所以空间与表皮是相互依存的一对概念应当受到同等程度的重视任何经过限定的空间都 是由表皮围合的任何空间与其外部的交流都是通过表皮或表皮上的异化部分洞口实现的表皮自身的各种 特性是空间质量的重要组成部分。表皮形态决定空间形态空间形态通过表皮形态得以体现两者是相辅相 成的。 现代主义建筑时代，新技术（框架结构，钢结构）新产品（钢，玻璃）的不断出现，是建筑大师们多 空间有了高度的认识和青睐，密斯的流动空间，开敞空间直到现在还是建筑设计者的追求。但那时的建 筑大师们，他们的表皮意识
5、还没有，没有去分析空间与表皮的关系，所以一直以来空间都在畸形的发展， 独立发展，没有与表皮形成统一的内在联系，跟没有与环境气候条件进行相适应的外在联系。种种原因 导致工业革命以来的三百年间，消耗了地球需要上亿年时间才能形成的化石燃料。 本文的宗旨在于唤起建筑师们对表皮和腔体的足够重视，寻求两者之间协同的生态之路。建筑要结合地域气候条件，通过建筑腔体的设计，建造出高效低耗宜人的内部环境。 （三）实例分析建筑表皮和腔体的协同作用 美国波斯顿麻省理工学院学生宿舍（设计：Steven Holl，建成：2002）由斯蒂文。霍尔设计的这座学生宿舍, 位于美国波士顿麻省理工学院校园内。基于对宿舍功能的理 解
6、, 以及出于生态的设计理念, 霍尔将这栋 10 层高，140m 长的建筑设计成为一个多孔的“海绵体”。几 个上下贯穿多个楼层，带有大窗户的奇特 光井，从建筑仿生学角度来看，它们它们 可以利用热压差是建筑物内的空气流动， 加上宿舍单元可灵活开启的组窗，形成建 筑腔体与表皮协同作用的调节机制，具有 实用生态的功能.。 在霍尔看来，学生宿舍不仅是学生作 息的居所，也是充分展示学生社会活动的 舞台。宿舍楼有 5 个建筑尺度的开敞空间， 它们分别对应着建筑的主入口，观景廊， 室外的主要活动平台。在内廊，则次一级 尺度的开放空间由“海绵体”孔状结 构在建筑物内所创造的，为学生呢的社会活动提供的全方 位的场
7、所。这些室内贯通空间形体流畅、奇特, 使得这些 公共空间各有情趣。从生态意义上来看, 其本质上就是建筑腔体, 即“ 烟囱” 式光井可以通透地引人天 然光线, 而且其所具有烟囱式的拔风通道,能利用热压差使室内外空气产生循环, 有效地改善了建筑物内 的微气候环境。更为引人注目的是在外墙表面的处理上, 霍尔探究了网格状小窗户作为表皮的潜力。每 间宿舍有九个可开启的窗户，分成 3 排，每排 9 扇，每扇约 60*60cm。形成一个模数化的预制嵌板。这 样学生可以根据自己的需要选择窗的开闭，获取个性化的通风，视野和私密性。开窗的设计处理方式，麻省理工学院学生宿舍“海绵体”使建筑外墙产生了节奏，形成的一个
8、从内到外都不同反响的设计。小窗与内凹的墙壁自然而然地挡住了 夏日的阳光，而冬季，太阳入射角低，却能照射到建筑场内，给室内带来阵阵暖意。该建筑比较完美地体现了建筑“ 表皮”和内部“ 腔体结构” 的协同调节机制。光井顶部大面积的 玻璃窗, 可根据气候环境的实际情况, 控制窗的开启程度而且宿舍内的九扇窗户可以分别选择加以开合, 灵活地配合腔体顶部的窗户进行室内的调节,使室内环境的舒适性具有生态意义。夏季利用“ 烟囱效应”来降温, 在打开腔体顶部窗户的同时, 宿舍单元则开启小窗户, 利用腔体的热空气上升形成的负压, 促进 室内及腔体内空气的流通。在冬季可关闭腔体顶部的窗户, 则形成一个温暖的缓冲层,
9、能充分吸收太阳辐 射热形成“ 温室效应”。至于气候适宜时, 宿舍可根据需要自由地选择开窗与否。这种表皮与腔体协同 作用的机制, 通过对建筑形体空间的有机处理, 取得了合乎逻辑的生态效果。（四）结语 美国生物学家 D.M 劳普指出, 生物体对环境的适应具有不 随意性, 它因自然选择的进化而更好地适应其所生存的环境。在 一定的自然环境中, 许多独立进化的生物具有相似的适应机制, 适应环境的结果显示出趋同的现象(例如在纬度不同的高寒地区, 许多不同种属的动物都长有厚厚的绒毛, 以抵御严寒)。对建筑 而言, 从本源上看就是“ 庇护所” , 积极地抵御外界环境的不 利影响, 提供宜人的室内微气候环境,无论原始的棚屋还是现代 的摩天大厦都体现了这一点。当今, 为了获得低耗高效的室内舒 适环境, 以托马斯赫尔佐格、诺曼福斯特等为代表的建筑师, 通过对建筑表皮生态功能的深人的研究, 创造出多种多样的双层 皮系统, 以大量有说服力的实例赢得了世人的瞩目和赞誉。然而, 生物学的启示让我们逐渐意识到建筑的生态整合不仅仅在于表 皮, 也可以像生物体适应环境的内部构造那样深人到建筑体内, 发展“ 脏体器官” 形成腔体, 从而积极迈向可持续发展建筑的 道路。注释： ：这一概念是作者借助建筑仿生学知识自己提出的。 ：这一概念是作者借助建筑仿生学知识自己提出的。 ：李华东， 高技术生态建筑 天津大学出版社
