#19

李麟学:形式追随能量——热力学建筑前沿与实践

2014-07-08

规划大厦201

李麟学

同济大学建筑与城市规划学院教授,博士生导师,哈佛大学高级访问学者。同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司麟和建筑工作室ATELIER L+ 主持建筑师,能量与热力学建筑中心CETA主持人,国家一级注册建筑师,《时代建筑》专栏主持人。组织建成杭州市民中心等多项有影响力的建筑作品,获得中国建筑学会“青年建筑师奖”,上海青年建筑师“新秀奖”等荣誉。李先生主要是基于自然系统建构热力学建筑与实践,是中国当代建筑出色的尝试者之一,也是国际学术领域能量热力学建筑的重要推动者。

活动回顾

热力学建筑的背景与研究现状

热力学理论或者概念的提出,第一个方面是现实的挑战,例如资源短缺、气候变化。在这个挑战里面,建筑师是处于一个非常尴尬的角色。很多LEED金奖、银奖都是不节能的,后来就说将来在运营过程中都是有问题的。这样一个过程还伴随着一种建筑师话语权的丧失,在这个LEED论证实践不是建筑师说了算,是工程师说了算。所以建筑师在大社会的整个的环境需求跟气候的变化里面是没有话语权的。

在美国、在世界的范围里面,从建筑的理论角度我觉得可能是一个争论,是一个自主性跟工具性的争论。在1974年代提出“后功能主义”,就是批判这些工具性的观点,认为建筑应该是自主的,比如房子上落一根柱子,算出来落一根柱子,它就是独立的,它就是有道理的。现在这些观点受到一种新的环境的挑战,大家觉得这些观点已经不适合。现在在美国更多是强调这种氛围,把建筑当成文化商品的观点,还有后批判主义的一些想法和一些所谓的设计的技能,用新的计算和技术,然后怎么聪明的来应对这些条件。还有一个性能主义,把建筑变得跟周围的环境有更多性能的关联,怎么来跟环境有更多的反应,这些理念在目前是它的一种在自主性跟新的工具性之间的一种平衡。

热力学建筑从这个理论的高度来说可以界定成一个希望再关注大的议题的情况下找到建筑的自主性,这是一个大的背景。我们在中国的传统的建筑里面,这是在江南的民居,它更多的是跟气候、跟环境的关联,我们可以看到这种非常明显的关联。在这样一个跟环境的互动里面,在历史上都存在的。

还有一块是建造方式的转变。现在的建筑可以把它看成一个封闭体,在空调所及的范围内建筑可以变得无限大,建筑的内部空间也没必要跟外部产生反应,为什么?因为在有空调的地方,我们就可以把它当做一个完全单独的内部的空间的来对待。这是建筑的垃圾空间。很多不同地区的建筑的形态变得非常雷同。

热力学建筑可以把它分解成几块,一个是能量和生态,热力学建筑一个核心是能量的概念。这是一个德国哲学家的话,我们可以把世界看作是一个物质的集成,他的观点是:世界对以我意味着什么,世界是一个能量的怪物,它没有开始没有总结,总是不会变大或变小,不会扩展,只会自我转化。这句话有点难理解,但是我们可以简单的比喻,大于或者小于可以看作一个物质的转化,也可以看作能量的转化,他是以这样的观点在上世纪的时候提出来的。

这个是现代生态学的,奥德姆是美国的生态学家,他最早推进了现代生态学的发展。他的贡献非常大,大家把他作为达尔文之后的或者同时的非常著名的一个生态理论推动者。在他这本书里面看到了自然系统的里面不可见的东西,这个不可见的东西就是能量。他在研究不同区域的时候,用这样的观点重新看蜜蜂的采蜜跟太阳的关系,跟花园的关系,它的路径的一种关系转换。

这个研究不是一个新鲜的东西,从上世纪60、70年代开始从西方社会能源的危机开始,那时候很多人已经关注到生态与能源的关系。所以我们刚刚讲能量跟生态的关系,生态跟建筑的关系,最后又会回到能量跟建筑的关系。为什么把能量引入到建筑中来?

Doctor.MR.FORD,是美国非常有名的一个建筑学家,他提出了这样一个穹窿,当然是一个乌托邦的设想,覆盖着纽约的曼哈顿,当热气上升的时候,穹窿正好跟它的自重是平衡的,穹窿就形成了这样一个全天候的状态。根据他的观点,在30年代的时候已经出来了,建筑已经跟外部的环境做更多的关联。

有一个概念是能量跟行为的概念,这里面涉及到人的舒适度的问题。这就是说我们重新关注到在什么样的环境里面人是舒适的,或者他有不同的适应性。在深圳这样的环境下是非常有条件去尝试很多新的思路,很多艺术家的建筑师的装置、不同的材料就可以看到有孕育了很多新的思路和观点。

德国的Mathias Schuller,他是哈佛大学的教授,他在威尼斯双年展做了一个艺术的装置,底下是18度到25度到37度这样一个很不同热量的蒸汽来营造这样的一个环境。所以我们看到对于能量的关注不光是建筑师的事,很多艺术家也好,工程师也好,把它扩展到一个非常大的概念里面。

还有一个概念,就是气候跟性能。气候是非常重要的,这是关于很多气候的书,还有很多关于气候的文章,不同的新的一些工具的结合。瑞典的一个建筑师鲁士(音),他写的一本书叫做《性能主导的建筑》,他觉得现代计算技术的发展会往这个方向走。因为现在计算机的技术有大量新的形式出现,这些新的形式越来越找不到自己的出路,除了好看以外大家不知道为什么这样。这时候有很多界定跟环境的观点,这本书是数字化技术的发展,叫性能主义,认为性能主义是未来的一种方向。

跟随着这样的一些思路,在建筑师领域有很多新的发展,比如材料,左边的材料是木材,在空气湿度低的时候是封闭的,在湿度干的地方是打开来。目前来说更多是像一个菠萝的图示,未来的建筑我们也可以这样设想,它可以跟外部的气候、湿度与温度产生关联。右上角图示也是关于木材跟气候哀诉的一种关联,很多这种新的材料的发展,在这个领域非常的活跃。这是一个线索。 还有一块就回到刚刚讲的热力学建筑,很重要的一个观点是能量形式化,他要去发现这些自然界或者城市里面存在的能量的流动,然后把它形式化,以一种建筑师的观点转化出来我们可能会有什么样的东西。

这是哈佛大学年轻的教授KIEL MO,他做了一个叫基于能量议程这样的一种建筑形式。并且现在我们有更多的手段,比如建筑里面能量流动方式的研究,桥梁的比较,他比较了三个不同的桥,桥的建设,并且可以把它定量化,定量化的概念,以及它的计算,它的态度,碳的排放。他现在做一个事情是研究帝国大厦当时建造的时候的碳的排放是怎么样的。法国的建设跟我们现在做的一个对比,通过对比发现很多新的机会。

回到热力学建筑。柯布西耶有一个非常有名的观点“建筑是居住的机器”,在热力学里面有一个非常著名的想法“建筑是一个热力学的机器”。如果把它放在一个能量的转化器的时候,我们怎么来理解这个建筑?也有很多的物理学家提出来,也有很多的书。

建筑的形式,人的身体的感知,自然的要素,材料,配置,这些项目的配置,时间和美学,基于这样一个新的系统的观点,重新思考建筑学的基本的要素,这使我们现在在做的花费了很多的时间讲的热力学建筑想干的事。

在这个领域里面实践出来的建筑可能还不是很多,这是在法国做的一个住宅,这个住宅更多的分析住宅里面不同的功能对应的能量的需求,把它们组合成这样一个住宅的形式。我个人觉得这个住宅是很革命性的,可能目前来说还没有太多人知道这个观点,我个人觉得这可以跟柯布西耶的萨伏伊别墅媲美,可以称之为一个当代的萨伏伊别墅。这是它的一个室内,我们看它室内可能没有什么特别,这是一个它的热量体,我们可以看到它更多的是基于热量的观点、能量的观点来考虑。

这是另外一个住宅,他希望改变的一般传统的设备的形式,从一个热源来控制整个房间,它们之间形成流动,这种流动对应不同的建筑的功能的配置,卧室也好、卫生间也好、还是厨房也好,这种能量的流动形成了建筑内部的形态,我们可以看到这是非常前卫的,但这只是设想,还没有建出来。在这样的环境里面会形成一种跟外部的环境与内部的空间有更多的关联的建筑形式。但你可以从中感觉到未来建筑的可能性。

在这个领域在哈佛大学有非常强的研究的团队在关注这些,在未来的几年里面会更大的群体关注这个领域。在其中非常核心的课程就是刚刚讲的热力学建筑未来的发展,这是学生的一些设计的作业,这是他们在西班牙的马德里跟巴塞罗那做的建筑,研究不同的气候的形式对建筑是什么的影响。因为马德里是一个光线的系统,形成更多的通风,这些很多模型的图示。还有一块非常重要的是对环境的模拟,现在计算机的技术发展非常快。

接下来的是我在那边跟他们一块做的关于中国的研究,更多的关于热力学建筑的研究怎么用到中国高密度城市里的一个研究。当然这个里面是有很多的一些新的名词、想法,怎么把建筑物质化?学生的研究都是从最基础的原理开始的,从辐射传导对流的热力学基本的法则和原形,不同的建筑形体,不同的建筑热量反应是什么样的,再扩展到更大的单元的反应是什么样的。太阳的角度是什么样,风的流向是什么样。

热力学建筑实践

我们选了两个地区,本来还有深圳,深圳的研究正在进展,一个是义乌,一个是青岛。这是在义乌的,这地区正好是在山区,风势非常小,很潮湿,学生在研究怎么加强通风形成新的建筑,这是一个设计的成果,城市的高铁站,怎么跟办公之类的结合起来。看到很多新的未来建筑的可能的形式。当然这些评价是好还是坏?好看还是好看?但是它一定是独创性的。

虽然这个研究是一个基于非常严格的基础的体系,他希望在未来的建筑的形式会变得越来越有道理,跟环境的这种关联,不是说建筑师要去掌握这种技术,这些技术会使得你在这个过程更有话语权,不是工程师说了算,建筑师有对太分析,对风的分析,对中国的生态系统的一种分析、植物的、生产的过程,人口的密度,城市的区域结构、很多的产品,城市的扩展,很多物品。

热力学的观点更多是在特定的气候跟社会环境下能量的流动,对社会不同的发展阶段有能量的消耗的方式,在农耕的时代是这样去做的。我们可以看到这些是文化的表现也好,产品的制造也好,也可以看到能量的观点。在这个领域可以看到不光是建筑师在参与,因为在课堂上还有学哲学、学戏剧的都来参与课程的交流。

这是我主持的工作室,麟和工作室,这本书是自然系统的建构,怎么建立自然的的系统?自然的系统有失意的一个方面,同时它也是非常技术的,所以它是建立在一种技术文化的观点来看未来建筑的形式。

我们有两个岛,本岛就是我们已经建成的建筑。小岛是认为比较好的,还没有建成的,这是市民中心是我在十年前主持设计的,已经建成了,是一个非常大的建构。

这是我们目前在北方做的一个夯土的建设,有一种新的夯土的技术,因为当地非常的冷,我们受北方建筑传统能量的观点。外部是非常密实的小的窗,内部是非常漂亮的光线的效果,然后通过内院可以有很多的大的开窗跟自然的交流。这是目前在设计的。

这是我跟我跟阿伯斯做的一个在做浙江生态艺术岛的艺术区设计,它是叫生态艺术岛,它是在浙江的中部,中间有这样一个基地,周边集中了很多CBD的区域,还有会展中心。我们分析了城市与河流的关系,提出在城市能不能保留风道,城市主导风的流向,同时再形成这样的一个岛,希望可以跟巴黎、罗马、柏林的岛这样相提并论的非常强的文化标志性的场所。这是对整个城市的风的一种分析,这种分析里面是可以非常明显的看到这两条整个设计里面预留的风道。能量流通的观点在不同的街区反应出来。这是对于整个建筑大的模型的概念,它将来是一个非常密集的区域,这个密集的区域在岛上有艺术家的街区,小的高层部分是艺术家的住宅,顶端是一个创立的大学,来形成这样的建筑形式。这是将来歌剧院的运河,形成了一个非常自然的环境。

这是我们目前正在设计研究的深圳坪山高铁区域。这是一个研究的课题,不是设计完成的课题,更多的是我们在深圳的气候条件下,将来这些不同的城市最重要的核心的区块有哪些生态的潜能,热量的潜能?不管是开发还是政府的建造的基础。

这是在广东典型的民居围龙屋,它是非常通风的,可以看到很多内院跟自然的环境,一般前面还有一个水塘,后面是山,前面水,非常讲究中国的环境。当然目前这个研究还在进展。这是对整个区域的风、太阳能的分析,怎么来最大资源的利用这些资源,然后把它建筑的城市的非常符合的功能结合地区。这是目前在展开的高铁站能出来的区域的一些形态。希望这些形态将来跟整个城市的要素是非常具有关联性的,目前这个在进程过程中。

这是在上海崇明的生态岛,我们希望能保留中间更多的湿地,建筑在湿地的边上,绿化的部分跟环境是非常有关联的,转的角可能跟这些风的流动跟热量的流动跟建筑内部中庭热量的流动是有关联的。有这些概念是因为这个项目在建造,我们跟纽约一块在配合,怎么变得跟环境跟互动。这个互动不光是建筑景观的层面,整个景观核心的建筑群的风的流动的关系。景观的湿地的走向跟风的关系有一个非常强的关联,这个关联是希望风吹过去的时候把水的能量带到建筑里来,可以给建筑降温。当然这是很朴素的观点,现在我们有很多新的工具手段可以实现这一点。这些建筑很多都是垂直的,全全部是绿化来覆盖这些建筑。

最后这个是正在设计的博物馆、美术馆的街区,这两个馆之间形成一个建筑的风的流动。在美术馆一般常见的黑的盒子里面空间的公共部分会形成一种风的环境的关联。这是它对整个建筑非常简单的图示,实际上这个图示主导了这样一种建筑形式。另外,我们可以做很多内部的风,在夏天的时候形成这样的一种对流,在冬天的时候形成一种封闭。从我们的观点来说,它既是很有特色的、非常漂亮,同时它跟环境的互动性是非常强的,这些百叶他希望在建筑内部的空间完全封闭的空间、公共的空间、半开始的空间、层次内的空间进行这种非常强的过度,形成通风。这些矩形可以把整个建筑连起来。