预制建材装配式设计在环境友好型建筑设计中的应用
——以Hopkins Architects在阿联酋的两个项目为例
1. 环境友好型建筑设计的目标、技术和方法
当今环境、科技和社会的变革规模和速度令人瞩目,人口总数的增长以及人口在城市的不断集聚超出了地球资源的补给能力。对建筑来说，仅仅以温和的、缺乏远见的变革来应对新的环境背景是远远不够的。为了达成这一目标，建筑师必须启用大胆的创新性设计方案来改变固化的思维方式。
1.1目标
在实现“环境友好”这一概念之前，建筑本身首先应在形式、性能和环境行为学上满足当代需求。新材料的结合应当在最直观的角度改变建筑形式的生成方式和最终结果，表现建造逻辑。建筑系统和功能服务也应随着新材料的介入而改变，比如舒适度最大化、环境性能改善，或功能补缺。在此基础上，有可能引导新的人群行为模式，产生人与建筑新的有形的关系。
在“环境友好”层面，当今的建筑材料运用应当充分考虑多重尺度的环境影响，比如城市尺度的发展和人类尺度的装置。工业化后的传统设计建造方式必须被打破，以改善环境恶化。同时，建筑的文化效应也应被考虑，因其远超越其物理领域的影响方式有可能反作用于环境之上。
1.2技术
传统设计建造方式仅支撑了小规模的增长，且其持续性值得被质疑，需要被一种竞争优势更强的革命性技术，以新方法创新性地取代。革命性技术可以理解为某种产品或材料，在本文中将以预制建筑构件为例；新方法则考虑更复杂的系统或实体组合装配，本文将以构件独立组合的可变空间设计为例。革命性的应用不仅是新技术产生的结果（建筑物），同时考虑其建造的过程。技术的突破与应用由无前例的实践所定义，并逐渐代替传统实践体系中的固有模式的偏差或变化。
1.3方法
笔者认为，“突破-同化-扬弃-震撼-控制”是以新型建筑材料为出发点，设计环境友好型建筑的有效方法。
建筑设计与施工的传统惯例和刻板做法需要被突破，便于达成以革命性技术为原点的整体方法论构建。在传统建筑领域中被分立的项目，包括但不限于领域、构造、权责等，其界限应被有选择地混淆，以形成总体概念上的统一。在建筑的物质层面表达上，“同化”过程中以新材料为出发点被统一的概念应当通过细部有选择地表现出来，以假象塑造真实，或反其道而行之。这些表达最终应汇聚为基于革命性技术的，逻辑自洽的崭新形式，以形成令人震惊的颠覆性建筑语汇，成为新材料的独特表达。在这样清晰的概念指引下，建筑师应在职权范围内控制承包商、施工者的物质实践，使其不随旧例且得到完善。
2. 相关新型建筑材料与应用理念
2.1新型混凝土
混凝土作为现代建筑代表材料之一，在传统建筑的设计和施工方法下，最终往往成为表皮之下的结构。混凝土作为塑性材料，有模糊传统的结构和表皮区别的潜质，且作为结构体能够适用与以结构为先导的设计方法。
在技术层面，混凝土兼具普适性与创新性。普适性体现在其大规模应用。创新性体现在自诞生起多次的材料与施工技术革命，发展到今天已变得多样化和复杂化，并且常常会出现意想不到的结构。碳纤维强化混凝土、超高性能混凝土等在增强减重的防火同时，降低对钢材与现场施工的依赖，由此为新的建造方式提供可能；自养护混凝土的出现也有利于表皮结构一体化，改变了建筑使用的方式。
2.2金属材料
金属的多功能性使得它成为建筑师探索建筑表层图案和质地的首要选择，取代了之前的砖石、木材或者土质材料，体现出一种更为精致而且实用的形式取向。金属材料的技术革命主要体现在通过合金配方与结构形式的创新，以适应更多变的应用场景。这为建筑结构和表面在不同地域的选型提供更多可能。
由于金属生产不可避免的高能耗，以及来源的不可再生性，其环境友好属性应更多体现在建筑以及建筑构件的设计环节。从构件全生命周期角度，应尽量满足模块化、泛用性、可重复利用的要求。从建筑物的使用性能角度，应有选择地利用和规避金属构件的热传导性，如构成利用太阳能、风能的技术系统，或避免围护结构冷热桥。
2.3结构导向与构件法
建筑学是用材料物质在空间上建造房屋，历史上建筑始终随着材料技术及其应用方法的变革而改变。结构和材料是在历史发展中唯一保留的，不以抽象形式风潮转移的，建筑基本的物质属性与理性基础。新结构赋予建筑设计与施工的突破性方法，重组既有惯例中的体系构成，是对材料固有性质最具表现力的表达，蕴藏产生新空间的可能性，是建筑构成秩序的基线。
构件法将建筑分解为不同的产品设计与制造体系。这种区分与传统方式不同，本质上依旧是建筑师主导的，以新型建材为出发点的，对核心概念的控制。其生产建造过程更加高效，更具有可变性和可持续性，且构成建筑的“结构”并未发生改变。
3. Hopkins Architects在阿联酋的建筑项目
3.1布海斯地质公园解说中心
该项目位于沙迦东南部约50公里的自然地质公园，于2020年建成。自然地质公园遗址拥有6500多万年前丰富的海洋化石，壮观的山脉和石器、青铜和铁器时代的古代墓葬遗址。面对周边环境极强的历史与地质意义，建筑的介入形式被审慎地考虑。
鸟瞰
模块组装中
清水内装
设计团队称舱体的几何结构受到现场发现的海胆化石的启发，并发展成一种形式结构，其大小可以适应中心的不同功能。然而同样的结构在后文所述项目中被更换了说辞，这使它的仿生学意义并不能令人信服。唯一可以确定的是，该结构能尽量减少对现有动物、地质和地形的破坏，并满足预制化需求，并且降低构件组的生产成本。
基础
结构构件
围护构件
性能构件1
性能构件2
如图，预制混凝土板式基础直接放置在素土上，避免对周边生态的破坏；相同的预应力混凝土肋构成结构构件组；三片式模块化混凝土板构成围护构件组，可选择开洞与否；金属肋与附板构成性能与文化构件组。以上构件均为干式连接，避免了干旱天气下混凝土现场施工带来的环境污染和资源浪费。同时模块化的围护与性能构件组设计为后期改造维修留有余地。就混凝土构件本身而言，也充分体现了混凝土材料的塑性。后续使用照片中也能发现无论是结构还是围护构件，其内部都没有再施加面层，达到了结构与表皮的模糊。金属性能构件组除遮阳降温外，对导风亦有帮助。
3.2卡尔巴红树林海龟保护区
鸟瞰
壁板肌理
清水室内
该项目与2021年建成，同样位于生态敏感的自然环境。布海斯地质公园不同，卡尔巴红树林海龟保护区的环境要素更偏向于生物和水体，气候条件也较湿润。设计团队采用了与前文几乎完全相同的形式结构，与构件组的分类方式（在这里仿生学意向又变成了扇贝）。二者的区别仅在于性能-文化构件组的材料与形式。该构件组由白色扇贝形预制混凝土片，与钢制肋骨组成。预制混凝土片与围护构件组之间形成空腔，有利于建筑隔热。而混凝土材料的塑性也得以充分体现。
4. 小结
Hopkins Architects在阿联酋的两个同类型建筑项目，面对属性不同却相当敏感的自然环境，采取了相似的，环境友好的介入姿态。建筑设计以新型混凝土材料和技术为出发点，以结构为先导，达成对传统设计思路的突破；以构件分类法实现对建筑生产过程的同化；在展现建造逻辑与构成文化属性上做到了细节展示的扬弃；从结构生成的建筑类型学成果实现了建筑语汇的震撼；两处建筑实践在思路上的“同”与生长的“异”体现出设计团队对整个流程的控制。
新材料和新工序使非正统的施工技术和新的空间模式成为可能，从而改变了建筑本身。建筑师对材料的创新利用显示了建筑能够刺激建筑相关产业的发展，同时也能促进文化变迁。处理建筑与环境的关系，在形式之外更有材料与建造。
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