1 裝配式外圍護(hù)——建筑的老問題與新挑戰(zhàn)

無論理論如何深奧，技術(shù)如何復(fù)雜，建造房屋的最終目的是在隔離人和自然的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)建筑與環(huán)境的對話 , 也就是在提供舒適、安全的物理環(huán)境的同時(shí)，考慮人與自然環(huán)境、文化環(huán)境的關(guān)系，把建筑建成一座盡可能耐久、舒適、經(jīng)濟(jì)的人類活動外殼。而外圍護(hù)正是建筑的關(guān)鍵組成部分。作為建筑與外界環(huán)境接觸交流的主要界面，外圍護(hù)起著“雙向過濾器”的作用，控制光線、空氣和熱量內(nèi)外交流以及減少水分、塵土、噪音和蟲害等干擾，是實(shí)現(xiàn)建筑功能的重要元素。外圍護(hù)技術(shù)如何更好地表達(dá)建筑理念，實(shí)現(xiàn)營造目標(biāo)，一直是建筑工業(yè)化重點(diǎn)關(guān)注的問題。

相較其他行業(yè)的技術(shù)發(fā)展，建筑行業(yè)的“裝配”技術(shù)并不先進(jìn)，但是建筑的“裝配”行為卻可以一直追溯到古代建造過程中。外圍護(hù)裝配早在“冬則營窟，夏則居巢”的遠(yuǎn)古時(shí)代就已經(jīng)出現(xiàn)，一直持續(xù)發(fā)展到今天。手工業(yè)時(shí)代已經(jīng)出現(xiàn)了諸多標(biāo)準(zhǔn)化的單元預(yù)制構(gòu)件，如我國傳統(tǒng)建筑的瓦、門扇等。兩千年前游牧民族使用的帳篷也可看作簡單的裝配式外圍護(hù)，帳篷部件需要滿足運(yùn)輸方便，能夠短時(shí)間內(nèi)搭建和拆除的要求。哥倫比亞大學(xué)藝術(shù)史與考古系教授貝利·伯格道爾（Barry Bergdoll）認(rèn)為“預(yù)制可以追溯到古代，有關(guān)建筑行業(yè)經(jīng)濟(jì)的悠久歷史”。建筑的產(chǎn)品屬性催生外圍護(hù)裝配技術(shù)，建筑產(chǎn)品質(zhì)量隨著制造技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)步。汽車、飛機(jī)、船舶等制造業(yè)在短短的幾十年或者幾百年間從手工制造發(fā)展成為機(jī)械化、數(shù)字化的定制生產(chǎn)，其產(chǎn)品在功能、形式、生產(chǎn)工藝、造價(jià)控制等方面都已經(jīng)達(dá)到了令建筑師望塵莫及的水平。建筑師不得不思考如何在制造業(yè)的發(fā)展軌跡中尋找經(jīng)驗(yàn)，充分利用當(dāng)前的工業(yè)技術(shù)，開啟“智造建筑”的時(shí)代。

2 外圍護(hù)為何裝配——建筑工業(yè)化視角

現(xiàn)代意義的裝配是將產(chǎn)品部件按規(guī)定要求組裝、調(diào)試、檢驗(yàn)，使之成為合格產(chǎn)品的過程。建筑行業(yè)的裝配雖然達(dá)不到如制造業(yè)普及的程度，但還是隨著與制造業(yè)的融合而得到了快速發(fā)展。工廠預(yù)制是建筑業(yè)與制造業(yè)聯(lián)系的樞紐，現(xiàn)場裝配把制造業(yè)的高效率、高質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢轉(zhuǎn)移到建筑業(yè)，驅(qū)動建筑業(yè)的工業(yè)化進(jìn)程，加強(qiáng)外圍護(hù)與裝配式的緊密聯(lián)系。

行業(yè)經(jīng)濟(jì)的需求孵化了預(yù)制裝配，16 世紀(jì)之后的諸多歷史事件則為其提供了營養(yǎng)充足的發(fā)育溫床。從西方的殖民主義運(yùn)動到兩次世界大戰(zhàn)，從北美的淘金運(yùn)動到戰(zhàn)后的城市復(fù)興，現(xiàn)代城市發(fā)展對大量房屋建造的需求，結(jié)合工業(yè)化發(fā)展產(chǎn)生的新型材料：鋼筋混凝土、鋼材、玻璃等，促使裝配式外圍護(hù)在 19 世紀(jì)之后取得了爆發(fā)式的進(jìn)展。

材料是建筑外圍護(hù)的物質(zhì)基礎(chǔ)，直到 19 世紀(jì)中葉，絕大部分建筑材料的選擇，還局限于自然界中既有的物質(zhì)：石材、木材、麥草、磚石、混凝土以及常見金屬。19 世紀(jì)后半葉，建造技術(shù)發(fā)展迅速，與以往任何時(shí)候相比，新材料的數(shù)量與類型都有了巨大的甚至是指數(shù)級的增長，研發(fā)步伐持續(xù)地加速。新的材料被開發(fā)出來：有機(jī)合成材料如凱夫拉（Kevlar）、高泰克斯（Goretex）、聚四氟乙烯（ETFE）等；泡沫材料包括聚氨酯、金屬和許多新的膠粘劑；其他的門類也有了新發(fā)展，如陶瓷、鋁和鈦等。通過對原來各種分開的材料進(jìn)行有目的的組合從而開發(fā)出合成材料，一個(gè)新的、巨大的天地浮現(xiàn)在我們面前：硬塑料、玻璃纖維聚合物、芳香尼龍聚合物或碳聚合物以及適于紡織的薄膜等。它們呈現(xiàn)出良好的發(fā)展前景：在縮短制造時(shí)間和降低制造成本的同時(shí)，使外圍護(hù)擁有更好的適宜裝配的質(zhì)量和性能。

安全、舒適、經(jīng)濟(jì)、美觀是外圍護(hù)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。20 世紀(jì)初建筑外圍護(hù)完成了從古典立面到現(xiàn)代表皮的重要轉(zhuǎn)換，擺脫了重力主導(dǎo)的形式法則。1923 年，柯布西耶在里程碑著作《走向新建筑》中，提出了建筑的表皮（Surface）要素，將表皮定義為“體量的外包（Envelope）并能減小或擴(kuò)大我們對體量的感覺”。外圍護(hù)的表皮化不僅實(shí)現(xiàn)了多樣的建筑形式，還提高了建筑表皮的性能。從“單一式”到多層（多片）是現(xiàn)代建筑外圍護(hù)體構(gòu)造發(fā)展的顯著趨勢。傳統(tǒng)單一材料很難滿足現(xiàn)代建筑外圍護(hù)的復(fù)雜性能需求，不同材料復(fù)合層、片具有獨(dú)立功能，通過靈活組合這些層、片，可以使 外圍護(hù)滿足各種需求。當(dāng)這些層、片具備了可變性，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)還可以通過調(diào)節(jié)層、片的組合模式來適應(yīng)外部變化。外圍護(hù)目標(biāo)的擴(kuò)展離不開制造業(yè)技術(shù)的支持，沒有裝配式技術(shù)，外圍護(hù)就無法帶來新的空間認(rèn)知與形式表現(xiàn)，也無法使建筑原有概念得到重新反思。

19 世紀(jì)下半葉工業(yè)革命帶來了材料爆炸式的發(fā)展和建筑理念的更新，制造業(yè)物質(zhì)和思想的雙重進(jìn)步推動了裝配式外圍護(hù)的普及。亞利桑那大學(xué)建筑學(xué)瑞恩·史密斯（Ryan E. Smith）教授在其開創(chuàng)性的著作《預(yù)制建筑：模塊化設(shè)計(jì)和施工指南》中簡練地概括了外圍護(hù)對預(yù)制裝配技術(shù)的渴望：“如果工業(yè)制造過程可以生產(chǎn)其他社會所需的產(chǎn)品和商品 , 那么為什么相同的過程不能被利用來生產(chǎn)更高質(zhì)量和更便宜的建筑？”

3 裝配式外圍護(hù)發(fā)展的兩條線索——社會需求與技術(shù)發(fā)展的雙重推動

自工業(yè)革命以來，眾多建筑師、工程師對裝配式外圍護(hù)的發(fā)展給予了高度關(guān)注，盡管屬于不同的時(shí)空背景，裝配式外圍護(hù)的發(fā)展可被歸結(jié)成兩條相互交織的基本線索——社會需求變化與自我技術(shù)革新，即社會需求的持續(xù)推動與外圍護(hù)裝配技術(shù)的自我演進(jìn)。在兩條線索的交互影響下，裝配式外圍護(hù)在各個(gè)時(shí)期的發(fā)展亦表現(xiàn)出不同的地域和時(shí)代特征。

3.1 社會需求

著眼世界范圍，現(xiàn)代意義上的外圍護(hù)預(yù)制裝配化發(fā)展大體經(jīng)歷了三個(gè)歷史階段，可歸結(jié)為工業(yè)革命階段（19 世紀(jì)初至二戰(zhàn)）、戰(zhàn)后重建階段（二戰(zhàn)后至 20 世紀(jì) 80 年代）以及后現(xiàn)代化階段（20 世紀(jì) 80 年代至今）。在不同歷史階段，社會需求都從根源上激發(fā)和界定了裝配式外圍護(hù)的發(fā)展特征。

3.1.1 工業(yè)革命階段—快速建造需求

19 世紀(jì)初預(yù)制農(nóng)場建筑和平房就已經(jīng)問世。工業(yè)革命加速了西方世界對外擴(kuò)張的進(jìn)程。在這個(gè)過程中，裝配式技術(shù)很好地適應(yīng)了各國軍隊(duì)在據(jù)點(diǎn)完成快速建設(shè)的需求，即可以提前預(yù)制好房屋各個(gè)部件，由輪船運(yùn)向世界各地。其中，戰(zhàn)地醫(yī)院板房為這一時(shí)期的裝配建筑代表，木結(jié)構(gòu)框架與石棉圍合板材的預(yù)制裝配完全取代了以往使用的軍用帳篷（圖 1a）；隨后，波紋鐵板的發(fā)明，使得簡易房屋的搭建更為快速便捷，該板材通過自定義切割進(jìn)行層疊運(yùn)輸，并可由一個(gè)人輕松安裝（圖 1b）。這種外圍護(hù)板材搭配木結(jié)構(gòu)框架，在 19 世紀(jì)中葉淘金熱潮中被廣泛使用，并對二戰(zhàn)時(shí)期 Nissen 和 Quonset 裝配住房的發(fā)明產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響（圖 1c,1d）。時(shí)至今日，這種波紋外圍護(hù)板材經(jīng)由改良依然作為較為普遍的工業(yè)化建筑材料被業(yè)內(nèi)廣泛使用。

圖1 軍用戰(zhàn)地預(yù)制裝配營房與波紋鐵板外圍護(hù)住宅體系

工業(yè)革命的到來，也使得西方資本主義國家的城市建設(shè)發(fā)生了種種變化。大型城市工程的開展和其他制造行業(yè)發(fā)展帶來的沖擊，也對建筑的裝配效率提出了全新要求。受到汽車行業(yè)高效生產(chǎn)模式的影響，裝配生產(chǎn)線的理念也延伸到了建筑行業(yè)。主營生產(chǎn)組建房屋的美國 Sears 等公司在這一浪潮下蓬勃發(fā)展，其生產(chǎn)的外圍護(hù)部品多采用木質(zhì)板材或磚瓦覆蓋，裝配式這種簡易快速的搭建方式很快在建筑業(yè)普及開來，并成為了當(dāng)時(shí)美國 DIY 文化的重要組成部分（圖 2）。

圖2 強(qiáng)調(diào)板材拼裝便捷牢固的美國 Sears 裝配式住宅宣傳廣告

3.1.2 戰(zhàn)后重建階段——批量生產(chǎn)需求

二戰(zhàn)后，人口數(shù)量的快速上升致使眾多國家提出了大規(guī)模的社會住房計(jì)劃，這種爆發(fā)式的住宅需求為建筑的預(yù)制裝配化提供了極佳的平臺與契機(jī)。“大規(guī)模”與“批量化”生產(chǎn)的需求也直接影響了裝配式外圍護(hù)的革新路徑與方向，諸多建造技術(shù)與板材產(chǎn)品亦如雨后春筍般應(yīng)運(yùn)而生。由瓦克斯曼（Konrad Wachsmann）與格羅皮烏斯（Walter Gropius）合作發(fā)明的“通用板式系統(tǒng)（General Panel System）”，其外圍護(hù)體系均采用標(biāo)準(zhǔn)化尺寸的輕質(zhì)木骨架復(fù)合預(yù)制板材，可在三位模數(shù)網(wǎng)格下進(jìn)行自由組合，并且經(jīng)過構(gòu)造優(yōu)化后的構(gòu)造節(jié)點(diǎn)讓其組裝更加便利，更好地滿足了工廠規(guī)模化生產(chǎn)的需求（圖 3）。住宅批量化建造方面，在“案例住宅計(jì)劃實(shí)驗(yàn)（Case Study Houses Project）”中，埃姆斯夫婦（Charles & Ray Eames）設(shè)計(jì)的埃姆斯住宅（Eames House）（圖 4），從開放系統(tǒng)層面探索了裝配式建造方式，他們采用市場中現(xiàn)成的壓型鋼板、金屬面板、不同透光度的玻璃等外圍護(hù)板材，搭配輕型框架結(jié)構(gòu)，大大提升了裝配式建材的易獲得程度，從而確保了住宅批量化生產(chǎn)的可行性，這對外圍護(hù)裝配化發(fā)展具有重要意義。

圖3 通用板材體系

圖4 埃姆斯住宅

除此之外，預(yù)制混凝土的推廣與建造體系的改進(jìn)極大程度地縮短了建筑的建造周期，在施工環(huán)節(jié)滿足了住宅建筑大規(guī)模、批量化的生產(chǎn)需求。

混凝土材料在現(xiàn)代意義上的普及始于 19 世紀(jì)末，當(dāng)時(shí)托馬斯·愛迪生（Thomas Alva Edison）采用整體澆筑技術(shù)，開發(fā)了一種由鋼筋混凝土板構(gòu)成的實(shí)驗(yàn)房屋（圖 5）。進(jìn)入 20 世紀(jì)，預(yù)制混凝土的使用在裝配建造領(lǐng)域逐漸普及開來。1926 年的弗里德里希斯費(fèi)爾德（Friedrichsfelde）住宅區(qū)使用了與樓層同高的混凝土板，該板材在現(xiàn)場制造，然后用龍門起重機(jī)進(jìn)行搭建。值得一提的是，這種外墻板由三層組成：外側(cè)為骨料混凝土板，內(nèi)側(cè)為礦渣混凝土板，中空填充礦渣，已然形成了集成化墻板的早期雛形。1927 年維森霍夫住宅展中，17 號建筑也采用了混凝土復(fù)合板材，其外圍護(hù)板材由外層纖維水泥板、填充層軟木板、內(nèi)層石膏飾面板共同組成，更加直觀地展示了預(yù)制混凝土板材在靈活拆卸與性能提升方面的潛力（圖 6）。

圖5 托馬斯·愛迪生和他的鋼筋混凝土板實(shí)驗(yàn)房屋項(xiàng)目

圖6 維森霍夫住宅展 17 號住宅項(xiàng)目

在裝配式外圍護(hù)體系的建造發(fā)展過程中，重型預(yù)制系統(tǒng)具有舉足輕重的地位。重型裝配系統(tǒng)因材料組成、生產(chǎn)過程、尺寸構(gòu)造特征等方面的差異，可劃分為不同體系，但都具有一個(gè)共同特點(diǎn)，即一個(gè)系統(tǒng)通常會由一套固定的面板組成，用于建筑的內(nèi)外墻或樓地板。法國作為這一技術(shù)體系的先驅(qū)，在該領(lǐng)域開發(fā)了諸多成功的重型預(yù)制系統(tǒng)。這其中，由法國工程師雷蒙德 · 加繆（Raymond Camus）開發(fā)的加繆（Camus）系統(tǒng)最具影響，該系統(tǒng)機(jī)械化程度高，并且可基于不同功能，預(yù)先進(jìn)行板材加強(qiáng)、設(shè)洞、連接等處理（圖 7-8）。重型預(yù)制系統(tǒng)的出現(xiàn)緩解了二戰(zhàn)后建筑材料與勞動力短缺的問題，后續(xù)人口的穩(wěn)定增長、生產(chǎn)環(huán)境及設(shè)備的改善也促進(jìn)了該系統(tǒng)的成功應(yīng)用與推廣。

圖7-8 法國重型混凝土板預(yù)制裝配體系建筑外圍護(hù)板材吊裝階段

但隨著建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大與工程復(fù)雜程度的不斷提升，外圍護(hù)系統(tǒng)的輕質(zhì)化發(fā)展已然成為了主流發(fā)展趨勢，這也使得輕型預(yù)制裝配系統(tǒng)的研究進(jìn)程逐漸加快。相對于重型預(yù)制裝配系統(tǒng)，裝配式外圍護(hù)體系的輕質(zhì)化發(fā)展更加強(qiáng)調(diào)空間的適應(yīng)性。在這其中，建筑師弗里茨 · 哈勒（Fritz Haller）于 20 世紀(jì) 60 年代設(shè)計(jì)的“USM 通用系統(tǒng)”是極具代表性的。該系統(tǒng)由 MAXI、MIDI、MINI 三套系統(tǒng)與一套 USM 模數(shù)化家具系統(tǒng)組成，可分別應(yīng)對大跨廠房和中小型建筑的內(nèi)部空間變化。采用輕質(zhì)墻板作為內(nèi)外圍護(hù)，可以靈活進(jìn)行拆卸組裝以滿足不同的室內(nèi)功能需求（圖 9-10）。除了中大型建設(shè)工程，在小型住宅項(xiàng)目方面，LivingHomes 公司推出的“可卸板材（Dump Panel）”，通過將量產(chǎn)的輕質(zhì)外圍護(hù)板材自由拼接成不同功能的模塊空間，實(shí)現(xiàn)了自由應(yīng)對住宅空間不同功能需求的目標(biāo)。

圖9 基于輕型預(yù)制裝配體系的 USM 系統(tǒng)框架與板材的拼裝

圖10 USM 通用系統(tǒng)成品建筑實(shí)景

3.1.3 后現(xiàn)代化階段至今——多樣定制需求

隨著后現(xiàn)代主義思潮的到來，大規(guī)模建造已不是社會矛盾的焦點(diǎn)所在，隨之而來的是種種差異性追求。在這一階段，基于效率、規(guī)模等方面考慮的傳統(tǒng)裝配式建筑開始逐漸無法應(yīng)對社會情況的變化，人們對裝配式外圍護(hù)產(chǎn)品的需求也開始由標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)轉(zhuǎn)向多樣性定制。如今，多樣化、個(gè)性化定制對裝配式外圍護(hù)的要求已不單單限于視覺形象的個(gè)性化塑造，外圍護(hù)體系開始逐漸成為建筑室內(nèi)外環(huán)境交互的重要調(diào)節(jié)器，裝配式外圍護(hù)技術(shù)在多樣化需求語境下得以快速迭代發(fā)展。

3.2 技術(shù)迭代

裝配式外圍護(hù)體系的技術(shù)推演是建筑表皮體化過程的縮影。這一過程的起點(diǎn)是現(xiàn)代主義時(shí)期，隨著建筑框架結(jié)構(gòu)和部件工廠化生產(chǎn)的推廣，外圍護(hù)體系不僅擺脫了附加裝飾和承重功能，也被賦予了由生產(chǎn)邏輯主導(dǎo)的產(chǎn)品屬性。如勒斯巴熱（David Leatherbarrow）和莫斯塔法（Mohsen Mostafavi）在《表皮建筑學(xué)》中認(rèn)為的那樣，框架結(jié)構(gòu)在美學(xué)和功能方面的變革與重新定義，為裝配式外圍護(hù)體系的技術(shù)發(fā)展打下了物質(zhì)基礎(chǔ)。以英國萬博會水晶宮（圖 11a）與巴黎民眾之家（Maison du Peuple）（圖 11b）為開端，外圍護(hù)體系由傳統(tǒng)意義上的承重作用變?yōu)榱颂畛渥饔茫@種功能的變革不僅使外圍護(hù)體系從建筑的附屬走向了獨(dú)立，而且表皮提供的“奇觀現(xiàn)象”，推動了建筑審美觀念的轉(zhuǎn)變。在包豪斯大樓（Bauhaus Building）（圖11c）中 , 外圍護(hù)體系則徹底從建筑建造中解放出來，外圍護(hù)技術(shù)層面的解放與工業(yè)化的影響緊密關(guān)聯(lián)。

圖11 外圍護(hù)的裝飾與功能逐漸消失

到了后現(xiàn)代主義時(shí)期，伴隨著以“自治”為主題的表皮體化進(jìn)程，裝配式外圍護(hù)體系逐漸從標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)工廠慢慢滲透進(jìn)社會空間，成為了消費(fèi)文化的一部分，并隨之引發(fā)了新的社會思考與批判。這一時(shí)期的技術(shù)發(fā)展使外圍護(hù)體系在形象表達(dá)的基礎(chǔ)上，具備 了自身的空間和功能。

讓 · 普 魯 維（Jean Prouve） 設(shè) 計(jì) 的 熱 帶 住 宅（Maison Tropicale）通過對預(yù)制鋁板進(jìn)行一系列適應(yīng)性改造，降低了建筑的主動耗能，并提升了室內(nèi)舒適性（圖 12）。20 世紀(jì) 80 年代末，建筑師史蒂芬·基爾蘭（Steve Kieran）和詹姆斯·汀波萊克（James Timberlake）將“個(gè)性化需求”納入裝配式外圍護(hù)體系的研究范疇，他們開發(fā)設(shè)計(jì)的 KT 系列住宅可以根據(jù)用戶需求替換外圍護(hù)板塊的內(nèi)外完成面，實(shí)現(xiàn)顏色、材料等可感知層面的定制設(shè)計(jì)（圖 13）。另外在“玻璃紙屋”項(xiàng)目中，他們將表皮系統(tǒng)制成輕質(zhì)高強(qiáng)的 PET 材料，可以根據(jù)需求附加其他功能“涂層”，實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)裝配建筑表皮性能與外觀的定制化目標(biāo)（圖 14）。

圖12 Maison Tropicale 熱帶住宅項(xiàng)目

圖13 KT 住宅的自適應(yīng)體系

圖14 玻璃紙屋建筑項(xiàng)目

時(shí)至今日，裝配式外圍護(hù)體系早已具備完整靈活的自身結(jié)構(gòu)以應(yīng)對復(fù)雜變化。這種結(jié)構(gòu)性的技術(shù)推演主要體現(xiàn)在數(shù)字設(shè)計(jì)建構(gòu)、材料更迭創(chuàng)新、自適應(yīng)技術(shù)發(fā)展以及氣候生態(tài)響應(yīng)四個(gè)方面上。這四者相互支撐，并貫穿于裝配式建筑 “設(shè)計(jì) - 建造 - 使用 - 回收”的完整生命周期，賦予了當(dāng)今裝配式外圍護(hù)體系技術(shù)“一體化發(fā)展”的全新內(nèi)涵。

3.2.1 裝配式外圍護(hù)的數(shù)字設(shè)計(jì)

裝配式外圍護(hù)數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，得益于當(dāng)代體化建筑表皮的審美轉(zhuǎn)變。這種全新的建筑形式語言表象蘊(yùn)含著對基本元素平衡機(jī)制的解構(gòu)與秩序重建，而外圍護(hù)的數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)也極大提升了外圍護(hù)形態(tài)塑造的可操作性。由米歇爾（Michel Rojkind）設(shè)計(jì)的墨西哥利物浦百貨商店，對建筑的外圍護(hù)體系進(jìn)行了層疊式一體化表達(dá)，以達(dá)到內(nèi)部空間緩沖、周邊環(huán)境融合的設(shè)計(jì)效果；UN 工作室設(shè)計(jì)的上海 189 商業(yè)中心，通過對外圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模塊化區(qū)分與重新排列，充分展現(xiàn)了建筑表現(xiàn)面中整體有序與局部無序的復(fù)雜構(gòu)成邏輯。由上海創(chuàng)盟建筑設(shè)計(jì)有限公司設(shè)計(jì)的烏鎮(zhèn)“互聯(lián)網(wǎng)之光”博覽中心，在外圍護(hù)方面采用了動態(tài)模數(shù)系統(tǒng)和全預(yù)制裝配的邏輯，將其結(jié)構(gòu)分解成數(shù)學(xué)邏輯對應(yīng)的構(gòu)件來搭建，屋頂近 70 萬塊瓦片則采用半預(yù)制化的方式，將傳統(tǒng)瓦的濕作業(yè)優(yōu)化為預(yù)制化的安裝單元，每個(gè)單元只需要 5 分鐘即可安裝完畢，大大優(yōu)化了鋪設(shè)效率（圖 15-17）。另由其設(shè)計(jì)的南京歡樂谷廣場東側(cè)大門建筑，通過參數(shù)化設(shè)計(jì)與建造，采用 3D 打印的改性塑料作為建筑外表皮，僅用時(shí) 59 天便實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)創(chuàng)作表達(dá)與大規(guī)模定制化建造的有效融合（圖 18-20），這種紛繁復(fù)雜的立面構(gòu)成經(jīng)由數(shù)字化設(shè)計(jì)操作，轉(zhuǎn)化為明晰的分層邏輯關(guān)系，進(jìn)而得以為建造環(huán)節(jié)提供清晰的指導(dǎo)。

圖15-17 烏鎮(zhèn)“互聯(lián)網(wǎng)之光”博覽中心裝配式外圍護(hù)的數(shù)字化設(shè)計(jì)

圖18-20 南京歡樂谷東側(cè)大門裝配外圍護(hù)體系的數(shù)字化設(shè)計(jì)

3.2.2 裝配式外圍護(hù)的材料更迭

建筑產(chǎn)業(yè)化的不斷發(fā)展，讓裝配式外圍護(hù)體系的材料選擇愈發(fā)產(chǎn)品化，設(shè)計(jì)過程也日趨類型化、模式化。與此同時(shí)，人居健康的要求逐漸被重視，要求外圍護(hù)體系在保證建造效率與空間適應(yīng)的前提下，通過材料的新路徑尋求舒適、效率、表現(xiàn)三者的平衡。

近年來，相變材料（Phase Change Material，PCM）由于高效蓄熱的物理性能，開始被用于裝配式外圍護(hù)體系中，馬可（Marco）等人將形狀記憶合金材料（SMA）用于建筑外圍護(hù)系統(tǒng)，通過其在不同溫度條件下相變作用產(chǎn)生的能量控制墻體中部空腔的開啟與閉合，不僅控制了腔內(nèi)的自然通風(fēng)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的能量傳感器與執(zhí)行器，而且實(shí)現(xiàn)了在沒有能源供應(yīng)的情況下，自行應(yīng)對熱量變化的目的。帕斯卡（Pascal Leboucq）與艾瑞克（Erik Klarenbeek）在荷蘭設(shè)計(jì)周中展出了成長館，其立面框架采用木材和壓縮香蒲，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部使用玻璃，而外部則使用菌絲體復(fù)合板材。這種新型建筑材料用作建筑外圍護(hù)表皮，不僅可提供良好的保溫隔熱性能，而且能帶給人們獨(dú)特的視覺和觸覺體驗(yàn)，充分體現(xiàn)了裝配式外圍護(hù)的生物親和性（圖 21）。

圖21 菌絲板材成長館

3.2.3 裝配式外圍護(hù)的自適應(yīng)技術(shù)

外圍護(hù)的自適應(yīng)技術(shù)即對室外環(huán)境變化做出動態(tài)響應(yīng)，這種技術(shù)能有效降低建筑能耗并提升室內(nèi)環(huán)境舒適度。例如，在“能量正向回遷教室（Energy Positive Relocatable Classroom）”項(xiàng)目中，建筑師馬克·安德森（Mark Anderson）采用雙層通風(fēng)外圍護(hù)體系，大大提升室內(nèi)的自然通風(fēng)品質(zhì)，進(jìn)而降低建筑的能耗需求（圖 22）。基爾蘭等人在“火炬松住宅（Loblolly House）”項(xiàng)目中，采用可折疊的裝配陽光板雙層外圍護(hù)體系，動態(tài)調(diào)節(jié)室內(nèi)外熱、光、風(fēng)環(huán)境的交互作用，進(jìn)而提升建筑室內(nèi)的物理環(huán)境，改善居住使用的舒適度。佐爾坦（Zoltan）等人在瑞士聯(lián)邦理工大學(xué) HIL 大樓的外立面改造項(xiàng)目中，自主研發(fā)了高度集成化、模塊化的自適應(yīng)裝配太陽能立面（Adaptive Solar Facade），可自主通過具有高時(shí)空分辨率的單獨(dú)可尋址模塊來控制立面太陽能吸收情況以及視覺效果。

圖22 能量正向回遷教室建筑

3.2.4 裝配式外圍護(hù)的生態(tài)響應(yīng)

近年來，由環(huán)境惡化引起的生態(tài)問題在世界范圍內(nèi)成為關(guān)注焦點(diǎn)，建筑領(lǐng)域也不斷探索環(huán)境友好型發(fā)展道路，建筑外圍護(hù)的生態(tài)內(nèi)涵、綠色屬性已成為建筑師們亟需認(rèn)真對待的命題，可持續(xù)議題下的裝配式外圍護(hù)體系技術(shù)革新也被納入生態(tài)視野。

米蘭世博會的意大利館，其外部的裝配表皮層采用了 TX Active 生物水泥支撐的活性混凝土板，該材料在陽光的照射下，能捕捉空氣中的污染物并將其轉(zhuǎn)換為惰性鹽，從而降低空氣中的顆粒物含量（圖 23-24）。巴塞羅那 TIC 媒體中心的裝配外圍護(hù)體系采用了金屬絲網(wǎng)和充氣膜加以覆蓋，這種形式對能源利用的優(yōu)化和抗污性能十分具有意義。這種膜狀材料學(xué)名為聚四氟化乙烯（ETFE），對光線的過濾性強(qiáng)，能夠有效減少 55% 的二氧化碳排放（圖 25）。生態(tài)集成方面，CH2 墨爾本市政綠色辦公樓針對立面方向的不同，采用不同形式的外圍護(hù)體系，已分別實(shí)現(xiàn)建筑采光、自然通風(fēng)、循環(huán)冷卻的目的，這種裝配立面形態(tài)的異質(zhì)化并未影響建筑整體協(xié)調(diào)，反而應(yīng)用了多種對自然資源的循環(huán)交互技術(shù)，體現(xiàn)了集成式的生態(tài)響應(yīng)特征（圖 26）。

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