技術之美 ——裝配式建築的魅力

消息來源:新營造 文 /樊則森

中建科技集團有限公司總建築師,教授級高級工程師,裝配式建築設計領域資深建築師。主持150多萬㎡裝配式住宅工程,形成了一套工業化建築設計理論體系。曾榮獲詹天佑金獎等三十餘項省部級以上獎勵,2010年, 榮 獲中國青年建築師最高獎——中國建築學會青年建築師獎。

建築“以什麼為美”?

這是一個複雜性命題,也是一個時代性命題。

曾經,“領導說美就是美”,某市有位領導要“奪回古都風貌”,所有的新建建築,無論高低胖瘦,不管住宅還是公建,均被要求加上標誌性的“大屋頂”。“屋頂美就是美”,為此,某領導被大家取外號:“某喜亭”。

曾經,“唯洋為美”,洋人的建築設計在某些人眼裡都是好的,都比咱自己設計得好!美其名曰:“改革開放,吸收世界先進的建築文化!”今天看來,無節制地引進照搬外國經驗,不僅讓中國的城市成了國際建築時裝的秀場,產生了新的“國際式”和“千城一面”。更讓我們喪失了民族自信、文化自信和道路自信。

曾經,“市場為美”,作為市場主體的開發商主導了“美”的標準,掛上標籤的“ART DECO”“南加州”“西班牙小鎮”“托斯卡納”“北美風”“英倫風”“希臘風”“哥特風”……甚至某個瑞士小鎮都被複制過來,“美”成為商品,待價而沽。

曾經,“理念為美”,建築師在創作的時候熱衷於附會各種詩句、各種經典,炮製各種概念,以華麗的辭藻美其名曰:“詩意的建築”。可實際建成以後,就像其設計說明中的“大象無形”,所謂的詩意,早已消失於無形。

我看建築學“以什麼為美”?“技術之美”應該是答案之一。建築的技術之美、技藝之美,應該是建築生命軸之上、讓建築成為藝術、伴隨建築存在、賦予建築靈魂、讓建築擁有打動人心力量的生命之源。

建築的技術之美,包括工藝之美、材料之美、結構之美、建構之美等。為了更加清楚地深刻理解這些“美”,我們藉助4個案例來感受一番。

一、工藝之美

建築的工藝工法和建築形式的最終呈現是密不可分的。節選引用盧求先生髮表在建築工業化裝配式建築網《歐洲典範:最全的德國裝配式建築技術體系研究》一文中的Tour Total大廈案例,展現一下裝配式建築的“工藝之美”,如圖1所示。

技術之美 ——裝配式建築的魅力

圖1 德國 Tour Total 大廈

Tour Total大廈2012年在柏林落成,代表了德國預製混凝土裝配式建築的一個發展方向。該項目建築面積約2.8萬㎡,高度68m。外牆面積約1萬㎡,由200餘種類的1395 個三維方向變化的混凝土預製構件裝配而成。每個構件高度7.35m,構件誤差小於3mm,安裝縫誤差小於1.5mm。構件由白色混凝土加入石材粉末顆粒澆鑄而成,精確、細緻的構件、三維方向微妙變化富有雕塑感的預製件,使建築顯得光影豐富、精緻耐看,如圖2~圖7所示。

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圖2 德國 Tour Total 大廈細節 1

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圖3 德國 Tour Total 大廈細節 2

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圖4 德國 Tour Total 大廈預製構件示意

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圖5 德國 Tour Total 大廈預製構件 1

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圖6 德國 Tour Total 大廈預製構件 2

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圖7 預製構件安裝節點

二、材料之美

“磚塊想成為什麼?”路易斯·康說:“磚說:我愛拱券”。下面建築工業化裝配式建築網轉載《建築時裝》紐約290 Mulberry Street案例,我們可以將其答案放到在數字化時代的建築語境中,磚說:“我愛肌理和質感,我愛參數化”。這就是數字化“ 磚” 的材料之美:290 Mulberry Street項目所在城市規劃要求該建築朝向Huston和Mulberry 兩條街的兩面採用“石造建築”外牆,這是為了與Puck Building—— 這個紐約最著名的石造建築之一相呼應,整體協調,如圖8所示。

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圖8 街區環境

紐約市建築規範允許建築每100平方英尺的面積內可以有10平方英尺投影在建築紅線外,挑出長度最多10英寸。這個規定適用於突出的裝飾物,比如外圓角、簷板。SHOP提出了表皮的一種“波紋”設計方案——磚塊在整個立面上突出堆疊(不是單調地突出,而是像一個外圓角那樣)——這與建築規範設想的環境並不是很融合。“波紋”的“峽谷”處在建築紅線上,所以儘管只有0.75英寸,但幾乎整個立面都超出了建築紅線。為解決這一問題,SHOP利用分析軟件計算出超出建築紅線的平均值,確保其可以滿足建築規範的要求,如圖9所示。

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圖9 建築外觀 1

要使表皮上每塊磚都以精確數值突出於表面,是難以通過泥瓦匠手砌來實現的。這些磚在工廠被預先製成預製牆板,如圖10、圖11所示。

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圖10 建築外觀 2

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圖11 構件運輸

預製化的施工除了增加了設計靈活性外,由於工廠生產的面板可以在建築結構建造的時候製造,然後送到工地通過吊車迅速安裝,從而有不在基地施工的時間優勢。預製化的施工往往能更好地控制質量,節省建造時間,更有利於早日開始室內和飾面工作。建築師通過使用數字建造技術,以最少的成本獲得了最大的效益和額外面積。290 Mulberry Street的表皮臨街面有非凡的質感,而內部是簡單的混凝土框架核心。實牆上窗戶的比例幾乎和舊式公寓大樓(周邊街區的主要建築形式)是一樣的,整個建築表皮清晰地表現了一系列錯列的、孔洞式的窗戶。表皮的“包裝紙”概念以及磚的充滿活力的應用給建築一種整體一致感,開窗和單元面板的形式創造了一種動感的視覺印象,從而使這個表皮更具現代性,如圖12所示。由於原文的描述太過複雜,接下來改為圖片配短文,簡要說明預製過程:

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圖12 建築外觀 3

(1)BIM建模,如圖13所示。

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圖13 BIM 建模

(2)BIM細化到每塊磚佈置的參數化模型,如圖14所示。

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圖14 參數化模型

(3)BIM模擬拼裝,如圖15所示。

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圖15 BIM 模擬拼裝

(4)確定所有基於BIM的構件模型,如圖16所示。

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圖16 預製構件 BIM 模型

(5)CNC(計算機數字控制)製造的主要正片,橡膠襯板的底模,如圖17所示。

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圖17 CNC製造底模

(6)澆注橡膠襯板,如圖18所示。

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圖18 澆築橡膠襯板

(7)橡膠襯板中嵌入面磚,形成牆板模具,如圖19所示。

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圖19 組合牆板模具

(8)澆築混凝土,形成預製外牆板,如圖20所示。

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圖20 構件混凝土澆築成品

(9)牆板吊裝,完成外牆施工,如圖21所示。

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圖21 構件安裝

三、結構之美——羅馬小體育宮

羅馬小體育宮的設計者奈爾維是最著名的結構工程師、建築師,他是“二戰”後混凝土建造的“混凝土詩人”,其作品表現的是一種結構之美、技術之美,如圖22所示。

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圖22 小體育宮穹頂仰視圖

羅馬小體育宮為鋼筋混凝土扁球殼結構,球殼直徑59.13m,其特徵在於內部空間極強裝飾性和表現力的“網肋”,既是整個建築內部空間形態的典型特徵,又是結構體系的重要組成部分。花瓣式的網肋,把力傳到斜柱頂,再通過36個Y形支撐傳至基礎,如圖23所示。

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圖23 斜撐將穹頂的斜向推力傳至基礎

整個球殼由1620塊用預製的鋼絲網水泥菱形槽板拼裝而成,板間及之上佈置鋼筋,以此為模板,上澆混凝土,形成裝配整體式疊合結構。從建築內部看,圓頂如花瓣般綻放,規則的球殼和帶肋拱殼造型,極富裝飾性並充滿韻律感,這種裝飾不是後加的,是結構與生俱來的,結構之美因其而生,展現了“結構之美”,如圖24、圖25所示。

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圖24 預製疊合球殼吊裝情形

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圖25 小體育宮穹頂的結構之美

後來,他進一步將預製模板技術改造為預製混凝土技術,由此獨創了通過組裝輕薄的預製混凝土折板來實現的裝配整體式疊合結構。並與建築師貝魯奇合作創作了舊金山聖瑪麗大教堂,教堂上端是一個雙曲拋物面拱殼結構,內部開闊無樑柱,空間由1680個128種不同尺寸的預應力混凝土藻井組合在一起,外側通過澆築混凝土形成四塊預製疊合混凝土拱殼。板塊交接處嵌入窄長的傳統彩色玻璃,構成十字形光暈。十字交叉處便是屋頂外17m高的金色十字架底座。教堂四角底部的玻璃在高聳的頂棚下透出朦朧的光,體現了蘊涵在結構邏輯中的詩意之美,如圖26所示。

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圖26 教堂內部穹頂的結構之美

四、建構之美——澳大利亞海浪大廈

建構之美是一種“素顏美”,是通過結構和構造,採用建築本體表達出的非裝飾的原生美。澳大利亞海浪大廈項目採用了500個曲邊結構陽臺板,不加任何裝飾,利用建築各層間預製陽臺本身的排列組合,形成了一個螺旋狀上升的“海浪”樣式,如圖27~圖29所示。

海浪大廈,只用“預製陽臺”這一種預製構件,結合當地的氣候環境條件,用曲線形的陽臺,組合出結構美、空間美、功能美和非裝飾的美,代表了裝配式建造方式的技術美學發展方向。從這個意義上來講,我們需要再次強調:“裝飾就是罪惡”。

反思這些年,由於重數量而非質量,重裝飾而非建構,很多建築總是將結構包裹在裝飾材料之後,裝飾既遮掩了醜,也蓋住了美。大部分的建築空間,也總是通過裝飾設計來最後形成,建築因此而失去了“天然美、真實美、素顏美”。建築學科如果淪為建築裝飾學,建築師將變成化妝師和道具師。

沒有了技術和技藝的建築學,將失去其靈魂,最終只剩下形式的軀殼而死亡。裝飾是短命的,只有建構才能賦予建築時間和生命,才能貢獻給城市有歷史感的建築,從而讓城市也擁有歷史的記憶。

建築是技術與藝術的結合,是技術理性與人文科學和藝術的統一。好的建築首先是其存在的技術手段以及其所表現出來的形式美。建築學應該回復初心,迴歸到一條的“技術理性的發展之路”上。迴歸技術理性,研究如何更加高質量、高效率地建造更為性能優異的建築,以滿足人的更高需求,是行業的發展方向,這是2013年我在參觀舊金山泛美航空公司大廈時的感悟。如圖30所示。■

技術之美 ——裝配式建築的魅力

圖30 舊金山泛美航空公司大廈

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