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和“千篇一律”的建筑Say byebye,“正向創作”的裝配式建筑真的不一樣!
發布日期:2021-12-03來源:預制建筑網

——裝配式建筑“正向創作”思考


來源:中國建筑西南設計研究院有限公司

作者:

李峰   院副總建筑師

佘龍   建筑工業化設計研究中心執行總建筑師

李浩   建筑工業化設計研究中心主任建筑師


“除了預制結構所帶來的技術成就和經濟效果之外,我認為最大的好處還是在于有預制結構所產生的豐富的藝術造型。預制結構是一個極為有用的工具,聰敏的設計師可以用它來取得富有變化的、統一和諧的效果,設計師必須懂得這些方法和其中的局限性,就如同一個音樂家必須知道各種樂器的能力和局限性一樣,這樣,他才能把靈感變成現實。”

——奈爾維

《建筑的藝術與技術》1965


01

思考


建筑歷史上的形態演化,是對于材料和技藝革新的反應:建筑材料、建筑技藝與建造形態相互作用,互為因果,形成建構的邏輯線索,體現工具理性的價值觀。新型裝配式建筑作為一種新的建筑技藝,也必將影響著建筑外在形式的表達,形成具有工業化建造特色的建筑形態。


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建筑材料、建筑技藝與建造形態相互作用,互為因果。


目前國內常見的裝配式建筑多通過以下兩種形式邏輯呈現,一是通過極致的標準化的方式一味追求建造的高效率,從而表現為簡單的方盒子造型,對建筑藝術性的關照有所缺失;二是忽略了裝配式建筑特有的建造邏輯,在現澆體系的慣性思維下開展設計,而后進行簡單粗暴的“構件拆分”。以上兩者都在設計上對裝配式建筑標準化設計的理解存在著一定的誤區,沒有完全表現出符合裝配式建筑技藝的形態特征。


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目前國內常見裝配式建筑形態——千篇一律的方盒子造型。


02

不同視野下裝配式建筑的標準化設計



對于裝配式建筑的標準化設計,以滿足社會化生產的視野來看,是指形成能夠廣泛應用于不同建筑的、通用的建筑構件,從而實現以工業化的方式“生產”建筑。在這種情況下,可以促進部品部件的工廠化生產、裝配化施工,大幅降低成本,提高生產、安裝和施工效率,方便維護管理。


從標準化程度的視角看,建筑由現澆體系向預制體系的轉變,是從建筑的“定制化”向“通用的標準化”轉變的過程。在這個轉變的過程中,生產、安裝和施工效率會逐步提升,相應的建筑的個性化程度則會逐步降低。也就是說,效率的提升會在一定程度上制約建筑審美的表達。建筑要在“千篇一律”中取得“千變萬化”,就需要設計師從不同的視野重新審視裝配式建筑的標準化設計。


當我們把視野從社會化生產聚焦到單棟建筑中,在一棟建筑內使用同一種預制構件,隨著構件重復率的不斷提升,模具邊際成本會降至足夠低的程度。這時無論是制造成本還是生產效率上,都滿足建筑工業化發展的需求。因此,同樣可以認為其實現了裝配式建筑標準化設計。相較于社會化生產視野下的標準化,這種情況更多的表現出“定制的標準化”特色。“定制的標準化”,可以在“定制化”與“通用的標準化”之間取得平衡,是目前階段兼顧標準化與個性化的有效解決方案。“定制的標準化”使得建筑師在進行建筑設計時,所受到的裝配式建筑的標準化設計的桎梏降到最低,進而充分發揮預制構件自身的特性進行創作,在標準化設計的前提下實現建筑的多樣化設計,創作出具有美學意義的裝配式建筑。



03

裝配式建筑的審美思考


回到最開始思考的問題,裝配式建筑要通過怎樣的形式來呈現其特有的美學特征?


要尋找答案,我們不妨回歸到建筑真正的評價標準,運用經典的建筑美學理論來回應這個問題。建筑美學最早由英國美學家羅杰·思克魯頓提出,他運用美學理論,從審美的角度論述了建筑具有實用性、地區性、技術性、總效性、公共性等基本特征。與現澆體系對比,裝配式建筑的特色在于其工廠化生產、裝配化施工的方式,在技術性的層面上存在著明顯的區別。這一特點使其區別于其他形式的建筑,呈現出獨特的建筑美學,即裝配式建筑美學:首先,裝配式建筑的審美視角應該是在建筑美學構成要素范圍之內,根據其建造的技術特征進行的演繹和轉化;其次,裝配式建筑作為一種技術體系,其技術特征的外顯是建構邏輯的合理表達,也是體現裝配式建筑的審美價值。因此,裝配式建筑不應該是千篇一律的,應取得標準化建造與個性化審美需求之間的一個平衡。



04

基于裝配式建造技術正向設計


裝配式建筑是對建筑建構模式的一次革新,建筑必然會受其影響進而形成與之相適應的新的建筑形式。這就需要建筑師采用與其建構法則相契合的方法開展設計。


裝配式建筑,其核心為“裝配”,即通過裝配式構件組合而成的建筑。設計具有裝配式特色的建筑,需要在設計初期充分考慮材質及建構法則的特點,從裝配的最小單位“構件”出發進行設計,可以將之稱為“裝配式建筑的正向設計”(后文簡稱正向設計)。


目前國內常見的裝配式建筑設計方式還是按照現澆模式進行設計,在設計后期再將建筑拆分為裝配式構件。這種設計方法,本質上與裝配式建筑的建造模式相左,可以將之稱為“裝配式建筑的逆向設計” (后文簡稱逆向設計)。


正向設計從設計方法上看,是在設計階段對裝配建造的過程進行模擬、預演,充分尊重裝配式建筑的建構邏輯,并以其為設計的重要出發點進行建筑創作。這種方式才是真正適用于裝配式建筑的設計方法。以下結合筆者近年來的設計實踐經歷,從裝配式建筑的外圍護系統的角度闡述——基于裝配式建造技術的正向設計。


4.1 模具思維——單體構件的設計


在某種意義上講,對預制混凝土構件的設計首先表現為模具設計。當以模具思維來進行混凝土構件的設計時,可以充分發揮模具的優勢,提高構件對建筑的表現力,從而形成具有高度裝配化特征的建筑立面。


模具思維是裝配式構件設計的基礎,也是正向設計最基本的出發點。模具思維要求建筑師充分理解用于生產裝配式構件的模具以下三方面的特性。


4.1.1 模具的可塑性


由于混凝土在凝固前具有良好的流動性,所以混凝土構件能夠完整的反映出模具的特點,我們可以稱之為模具的可塑性。利用模具的可塑性,預制混凝土構件具備十分優越的造型能力。


? 復雜造型與精細尺度的預制構件

得益于混凝土材料良好的造型能力,可以利用模具,形成造型復雜的預制構件,實現對預制構件精細尺度的控制。


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復雜造型的預制構件:西南院作品——成都城投遠大生產基地辦公樓,利用模具制造的三維異形外掛板構件。


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精細尺度的預制構件:西南院作品——天科廣場,通過模具對裝配式構件的細部進行設計。


? 特殊肌理的預制構件

當模具對構件尺度控制的精細程度提升到極致的時候,就表現為通過模具生成構件肌理。在預制混凝土生產中使用硅膠模等工藝,就可以在構件上形成特殊的肌理效果,成為裝配式建筑表皮設計的有力手段。




特殊肌理的預制構件:國外優秀裝配式建筑作品——由Speech設計的建筑圖紙博物館,利用硅膠模具形成外立面裝配式構件精細的圖案肌理。


? 曲面造型的預制構件

在現場施工中,曲面往往是實施過程中的難點,尤其是在現澆混凝土部分,憑借現場作業,很難完成尺寸精確、外表平滑的曲面。而在預制混凝土構件中,由于工廠生產的模具對尺寸控制方面的優勢,可以輕松的形成曲面造型的預制混凝土構件。




曲面造型的預制構件:西南院作品——成都城投城建科技有限公司辦公樓,利用模具制造的曲面外掛板構件。


? 超大尺度的預制構件

由于混凝土自身的力學性能,單個預制混凝土構件的尺寸遠大于常規的單塊幕墻尺寸。在構成立面時,采用超大尺度的預制構件所需要的板塊數量遠小于幕墻,因此立面分隔縫相應更少,立面平整度更高,從而有助于形成更簡潔的立面分隔方式,獲得更好的建筑表現力。


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超大尺度的預制構件:國外優秀裝配式建筑作品——由Rudy Ricciotti設計的吉博恩茵(鮑茵)體育場,采用2.4m寬,9m長的預制UHPC板塊組合形成建筑的外表皮。


4.1.2 模具的可復制性


借助同一組模具,可以對同種構件進行大量重復性的生產,我們可以稱之為模具的可復制性。當重復構件的數量增大時,其單個構件的平均模具制造成本會隨之降低,從而降低單個構件的成本。


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模具的可復制性:西南院作品——成都建工工業化預制生產基地辦公樓,通過模具批量化生產的裝配式花槽構件。


4.1.3 模具的穩定性


在利用模具對構件進行重復性的生產時,由于模具始終可以保持尺寸的穩定,因而生產出的構件也保持著極佳的外觀尺寸的統一性,我們可以稱之為模具的穩定性。


以上三方面特性集中表現出裝配式建筑區別于現澆體系建筑的最主要的特征,靈活運用以上特性,是正向設計不可或缺的重要前提。


4.2 構件的重復衍生——群體構件的設計


在工廠化生產的過程中,由于生產效率方面的考量,預制構件常常以方形平板或方塊的形式出現。在使用以上預制構件組成建筑時,如果以機械壘放的固有思維進行設計,很容易將建筑局限在千篇一律的方塊體量中。


如果我們跳出思維定式,把裝配式建筑塑形的過程看作一次搭建積木的游戲,就可以輕松地打破裝配式建筑方盒子一般的呆板形象,形成生動多變的整體造型。通過構件靈活多變的重復衍生方式,就可以形成不一樣的建筑造型,打破裝配式建筑呆板的固有形象。


以正向設計的觀點來看,構件重復衍生的過程,并不是單純的壘放,而是一個建筑造型的過程,進而可以形成多樣化的建筑造型。在構件的重復衍生中,傳統建筑美學理論中的統一、均衡、比例、尺度、韻律、對比、主從、重點等美學法則同樣適用。



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利用構件對裝配式建筑形體進行塑造:國外優秀裝配式建筑作品——由越南武重義建筑事務所設計的FPT大學理工大樓。將單體構件組成一個標準盒子單元之后,形成具備室內空間、陽臺空間以及樹池等復合功能的組合單元。再通過組合單元對建筑整體形體進行塑造,形成了具有特色的建筑形體。


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構件的重復衍生:西南院作品——天科廣場,通過不同衍生方式,形成建筑形體的對比。




構件的重復衍生:西南院作品——成都建工工業化預制生產基地辦公樓,通過構件正交排列的衍生模式,形成建筑立面的韻律感。


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構件的重復衍生:西南院作品——天科廣場,通過構件交錯排列的衍生模式,形成建筑立面的韻律感。


4.3 可替換的模塊——標準化設計基礎上的個性化設計


當采用同一類構件進行簡單的堆疊時,難免會形成單一重復的建筑外立面。單一重復的建筑外立面固然可以使標準化程度最大化,從而大大提升生產、施工效率,但卻會因過度標準化而喪失了建筑的個性。


早在上世紀60年代,中國現代建筑的奠基人梁思成大師就提出,要“在‘設計標準化,構件預制工廠化,施工機械化’的前提下圓滿地處理建筑物的藝術效果的問題,在‘千篇一律’中取得千變萬化”。這也是現今在裝配式建筑發展中,建筑設計人員應該重點關注的問題。


在裝配式建筑的外立面設計中,可以通過可替換的模塊在標準化中實現個性化設計。


所謂可替換的模塊,是指對標準化的模塊構成的組群中,遵循一定的邏輯,對一定數量的標準化模塊進行更替調換,改為個性化的模塊,從而打破裝配式建筑單一重復呆板的形象,形成具有豐富特色的建筑效果。


從模塊的替換邏輯上,模塊的替換可分為點狀替換,線性替換,塊面替換,間隔替換,輪替替換,隨機替換等方式。


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構件的塊面替換:西南院作品——成都建工工業化預制生產基地辦公樓,外掛板的塊面替換。


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構件的輪替替換:西南院作品——成都城投城建科技有限公司辦公樓,外掛板的輪替替換。


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構件的隨機替換:西南院作品——中建科技成都綠色建筑產業園產業化研發中心,模塊化外掛板的隨機替換。


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構件的隨機替換:西南院作品——成都城投遠大生產基地辦公樓,外掛板與金屬矩管的隨機替換。


4.4 功能性構件的再設計——外圍護系統的集成一體化設計


早在20世紀初期,意大利建筑師奈爾維就意識到,“鋼筋混凝土梁不再是木梁和金屬的僵直的形狀,垂直支撐構件不再是石柱的棱形特征……簡而言之,所有鋼筋混凝土結構構件在力學或者構造上都提供某些啟示,可以轉化為一種有表現力的藝術形式典型。”得益于混凝土的材料特性,建筑師可以對梁、柱等主體結構構件進行進一步的設計,以提升建筑的藝術表現力。對于建筑的圍護結構而言亦是如此。


裝配式建筑的形體及外立面表皮設計要求圍護構件需要兼具多種功能,即實現裝配式建筑圍護系統的集成一體化設計這就需要以正向設計理念,從裝配式構件入手進行設計。


功能性構件再設計的方式十分靈活。充分發揮裝配式構件的特性,不僅可以集成圍護和裝飾等功能,而且可以與新型建筑材料相結合,集成保溫防水等功能,甚至可以與其他功能性建筑構件相結合,進一步集成多種其他功能,真正實現裝配式建筑無限的可能性。



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功能性構件的再設計:國外優秀裝配式建筑作品——由Sergi Godia設計的巴塞羅那某鐵路段廊道項目,通過V字型預制混凝土柱形成的集成支撐及裝飾功能的結構構件。


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功能性構件的再設計:國外優秀裝配式建筑作品——由Barkow Leibinger設計的都市生活住宅樓項目,通過保溫混凝土構件形成的集成保溫與圍護功能的外墻。


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功能性構件的再設計:西南院作品——成都萬科中西部展示中心項目,通過預制花槽構件形成的集成保溫采光綠化功能的種植外墻。


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功能性構件的再設計:西南院作品——成都萬科中西部展示中心,通過Y字型預制混凝土構件形成的集成保溫防水采光綠化功能的種植屋面。


05

結語


西南院自2010年重新進入新型建筑工業化領域。基于裝配式建造技術的正向設計,是多年實踐積累和思考總結的產物,是連結建構手段與建筑形式之間的橋梁,是以裝配式建筑最根本特征為出發點的設計方法,為裝配式建筑設計提供了新的解決思路。裝配式的建構法則本身對建筑的設計手段不僅不是桎梏,反而是一種契機,可以引導建筑師以適于裝配式建筑的設計方法,創造出別樣的建筑形式,從而引領裝配式建筑行業的發展。



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