论文部分内容阅读
【摘 要】当今，建筑不再是固定不变的客体，而应该随着变化的外界条件不断适应性的动态改变，应变而变，以求达到建筑与社会的协调发展，与自然的和谐相处。本文通过埃及小村落的成功设计案例来探讨互动式建筑的设计方法。
【关键词】互动；遗传基因；动态；重构
Interactive construction and creative method
Hao Chi-biao,Liu Shi-jie
(Qingdao University School of Architecture Qingdao Shandong 266000)
【Abstract】should continue with the changing external conditions change dynamically adaptive, contingency and change, in order to achieve architectural and social development, in harmony with nature. In this paper, a small village in Egypt to discuss the case of the successful design of interactive building design.
【Key words】Interaction;Genes;Dynamic;Reconstruction
1. 概述
建筑应充分适应环境，具有前瞻性，互动式建筑孕育而生，本文论述的是一个埃及小村落的设计，它是发展中国家中充分适应环境和具有社会前瞻性的建筑典范。它的创造性设计是基于环境和社会的持续发展的，就像在编译一端人造的基因序列一样，设计过程中，设计者在人工系统中运用自然生物的一些行为特点来建造小村落中的可持续建筑。
设计中保证了建筑所消耗的是可再生能源以及建造材料是可回收建筑材料。其中公共空间的定位以及不同功能空间的灵活布置都考虑了群落的可持续发展，让各个社区组团互相依赖，相互影响，就像一个大的生态系统一样，当地多样的文化、气候条件和建筑材料共同形成了整个村落和其建筑的基本特征。
2. 建筑的不同层面对环境的互动式反应
通过建筑的结构构造对大量的环境信息做出系统反应的方式，每一个建筑元素都能对整个互动式系统提供帮助并充分参与到以下四个主要的设计层面中：1.广阔发散的城市规划层面2.可重构的功能空间层面3.模数化的建筑单元层面4. 与气候环境和人类行为互动的结构构造体系层面。
2.1 广阔发散的城市规划层面。
设计总体框架基于阿拉伯当地城镇的布局，这样的框架布局下，多数建筑都能满足模数化的设计要求。设计组织考虑了开罗城的太阳轨迹，保证了村落中每栋建筑都能得到适当的日照，既可以利用太阳提供能源，又有一定的遮荫，保证人们的舒适生活。这种布局是适应当地小村落的一种布局方法，因为它考虑了让不同类别的人群都得到照顾，不管是在户外活动还是在室内工作都能有平等的机会享受社区的日常管理和服务。
六边形单元是由一系列平行的墙编制而成，它像是一个网状结构。每个六边形模数单元可以根据特定的功能要求从完全规则实体状态变化到适合功能的空间围合形态。这些蜂窝状的网格是用来填充各种功能的框架，让城镇根据自身的肌理自然生长。由于是使用者和自然环境共同来决定六边形的空间，所以它会在使用过程中变得更多样和灵活。六边形空间独具特色，同时也让使用者的行为和周围环境更融洽。更小的结构构造可以连接到六边形的墙体中，从而产生次一级的肌理变化。而原先的框架网格始终保持定向扩展的可塑性，支持基础设施的不断完善(如图1)。
如此一来，进一步填入的次级结构可以根据需求逐一的连接到网状框架墙体上，并通过互动变化的方式给整个系统带来无限的可能性。
2.2 可重构的功能空间层面。
功能空间要有灵活的适应性，设计的关键主要是依靠一个模数化的可连接的走廊组件，它可以像火车车厢一样组装，而它的功能就像汽车的底盘一样。45厘米厚的双墙里面包含了必须的电力和空调暖通设备，它们可以通过一个无缝的柔性接口相互连接起来。可以选配的构件也考虑到了灵活性的需要，既能选用当地的普通技术设备生产加工，也可以让外地工厂运用先进技术来制造。同样，沿着墙每隔一段距离设置有电力和水源的输出口，能连接不同类型和档次的水电管道设备和灯光设施等。
通过走廊连接的房间可以根据需要扩展，完成空间的共享与合并。整个结构统一的模数系统使得房间的多样组合和空间的形态变化成为可能(如图2)。
图1 六边形蜂窝状网格框架
图2 模数化可连接走廊系统
2.3 模数化的建筑单元层面。
设计中，房间都是较小的独立空间，就算是较大的空间也包含了较小的房间在里面。这种情况下，只需改变较小的房间环境参数就可以为一些较大的空间场所比如咖啡馆提供舒适的环境。建筑将作为一个整体，通过一些构件的变化来调节适应预设的实体空间功能，以及运用一些移动的隔墙来使普通的空间完成具有极强适应性的重构过程。这其中还要依靠多功能的内饰以及可重组构件的变化。该变化主要指针对环境的影响情况和空间使用效率做出的适应性反应。
2.4 与气候环境和人类行为互动的结构构造体系层面。
建筑是否能降低能耗并高效的适应复杂的基地环境和功能要求关系到整个建筑业的发展。现在建筑业对环境的影响和责任越来越得到重视，埃及小村庄的设计主要考虑的问题是如何让建筑高效的利用自然日光而又不影响室内空间的光舒适度，以及如何通过动态的屋顶系统来充分利用自然通风，达到一个舒适的室内空间环境(参加图3，图4，图5)。
图3 建筑的动态结构随环境变化作出调节
图4 动态互动式屋面材料构造
图5 动态互动式屋面
3. 城市和建筑层面的互动性设计分析
我们需要通过一个新的设计方法来创造社会的可持续性建筑，一套先进的技术设备来使建筑对环境和人类活动做出反应。如此一来，一座座健康的建筑可以形成一个健康的社会环境，人与自然环境的和谐共生。之前我们已经可以看到在村落中各个方面由太阳提供能量做出各种反应来适应不同的情况，而在更大范围的城市规划层面上，灵活的空间和功能组织则是通过缓慢的动态重组来实现。在建筑单体设计的层面上，则是通过连续的动态变化调节来实现舒适的室内空间及能耗控制，其完成过程是可见的即时的动态重组过程。这两种层面的互动变化都不容忽视，就像在一个生态系统中，任何一个单体、一个片断或者是一组连续的片断群，不管其在系统中所占的比例大小如何都是非常重要的。
在自然界中会发现，任何动态的结构都是用来提高性能加强效果的。而建筑中的动态结构和构造（虽然大部分还是静止的）是用来改善空间的性能效果的。我们进一步重点分析之前提到的四个层面中的其中两个：第一是宏观城市的互动性，它的特点是缓慢的功能演变。第二是微观建筑元素的互动性，它是通过可以觉察的动态过程对周围变化的环境做出反应。
3.1 城市规划的互动性：缓慢演进。
我们用DNA遗传基因作为建筑单体的模型，用来描述建筑单体的大小，质量，耗能等。模型的建立基于建筑选址的最优化和每个单体都有自己的基地环境属性。
通过这样的方式，生物基因进化的概念才能用于城市规划中，在给定的地区选择最佳的位置放置建筑单体，首先在整个体系中，把一大片地区环境和一系列建筑单体放进来，并允许每个单体都能自由移动，只有单体在一个能耗更少的地点时，它才能感受到更舒适的环境压力。环境压力是指周围环境对该地点产生的影响及其影响程度的深浅(如图6)。一方面每个单体都在寻找它们的最佳落点，另一方面相对感到不舒适环境压力的单体会越来越少，如果给每个单体设定不同的稳定压力的范围，最终导致的结果就是城市中心的扩张和资源消耗的分散。这个过程会随着城市的发展一直进行下去。
图6 单体平均不舒适度随时间变化
图7 社会和环境压力下的城市发展：其中每个单体的行为就像生物细胞一样
图8 伞状控制系统的一组伞形结构
遗传基因进化的类比同样可以用在不同方案的选择上，当设计要求中建筑单体的地点已经确定，但不同方案的建筑体量、容积率等其他属性都有所不同，这就取决于哪个方案对周围环境乃至整个社区会产生更积极的影响。
遗传基因可以通过选择决定其包含的所有遗传属性。遗传的过程也是每个单元的新旧更替的发展过程，具体的说就是父代的基因选择性的被子代基因交换取代，而子代基因的属性只是在其前一代的基础上稍作变化，这个变化的发生取决于基因的属性在所处环境的成本效率的高低。如果父代基因只有一个，那么子代基因通过突变来创造新的单元。如果父代是通过有性繁殖，那么子代基因将是上一代两个基因的综合交换或者是其中一个父代基因的继承。这个过程是反复发生的，直到一个完全合适环境的基因单元出现，基因单元就不再移动和改变，它在整个系统中的位置和所有属性就会被保留下来。
通过这样的方式得到的结果并不是我们想要的最终结果，在城市规划的过程中，人必须控制这样一种自由选择的进化过程。
城市单体必须由规划师或建筑师人工的选择组合，通过的计算最后的结果来控制城市自由进化的过程。每一块用地和建筑单体的属性也要精心的选择来使它们适合每个独一无二的项目(如图7)。
3.2 建筑单体的互动性：可见的动态反应。
伞状控制系统：埃及村落中的街道和广场都充满了伞状系统，这种设计是基于当地文化的，传统的中东地区为了适应极端的气候条件普遍使用帐篷。
伞状控制系统是对当地环境条件的互动反应，优先考虑了人的需要，它通过一套可反应的系统装置来缓解环境条件和人们活动需要之间的矛盾。伞状控制系统就像是建筑的反应神经(如图8)。
根据人们在其底下停留一段时间还是只在底下走过，每一个伞状模型都能进行反应，人们可以控制一组伞形结构共同反应来调节气候。在夏季白天，人们会希望走在打开的伞形结构之下来遮蔽强烈的太阳辐射，晚上则收起结构，让地面的热量充分散去。而在冬天，有阳光时收起伞形结构，让大地充分吸收储存阳光辐射热，阴天或晚上打开它，起到阻止热量从大地表面散失的作用。一个红外探测器，一个温度传感器和一个电脑芯片将会被安装到每一个伞状单体中，全天候感应人们在底下的活动和气候状况。
当外界炎热，伞形结构内芯片接收到有人在底下活动时，芯片就激活计时器到2分钟，伞形结构就自动打开，计时器保持两分钟的状态。如果这时感应到伞形结构底下没有人了，计时器就开始倒计时，两分钟后伞形结构就收起来了。当外界气候寒冷时进行的是相反的过程。
两分钟的延迟使得外界炎热时，就算伞形结构下没有人，它也会保持打开状态一段时间，这样形成了一条人们经常行走的遮阳路线。同样的原理，当伞形结构接收到人们更复杂的活动时，会像人们常走的遮阳路线一样根据人们的活动状态来控制伞形结构的开合，开合的模式由电脑芯片内预制的编译程序所控制(如图9)。
图9 伞形结构根据人们的活动状态来控制其开合
4. 结论
互动式建筑的动态反应能力成为社会建立自身持续性的一种有效方法。建筑师应该创造一种建筑空间环境，建立一个社会资本互相合作融合的结构体系，使得其中的人与人之间、社会资本和自然资源之间都能保持一种健康的关系。社会这个系统必须要满足可持续性，它需要促使人们行为更加生态的建筑空间，建筑通过对环境的反应机制来解决矛盾，建筑师在其中的工作是设计一个更具包容性的建筑空间来降低社会和环境的成本，使得人、建筑和环境这三者之间建立一种相互沟通互动的关系，来满足社会的需要。
［文章编号］1006-7619（2011）11-01-001
【关键词】互动；遗传基因；动态；重构
Interactive construction and creative method
Hao Chi-biao,Liu Shi-jie
(Qingdao University School of Architecture Qingdao Shandong 266000)
【Abstract】should continue with the changing external conditions change dynamically adaptive, contingency and change, in order to achieve architectural and social development, in harmony with nature. In this paper, a small village in Egypt to discuss the case of the successful design of interactive building design.
【Key words】Interaction;Genes;Dynamic;Reconstruction
1. 概述
建筑应充分适应环境，具有前瞻性，互动式建筑孕育而生，本文论述的是一个埃及小村落的设计，它是发展中国家中充分适应环境和具有社会前瞻性的建筑典范。它的创造性设计是基于环境和社会的持续发展的，就像在编译一端人造的基因序列一样，设计过程中，设计者在人工系统中运用自然生物的一些行为特点来建造小村落中的可持续建筑。
设计中保证了建筑所消耗的是可再生能源以及建造材料是可回收建筑材料。其中公共空间的定位以及不同功能空间的灵活布置都考虑了群落的可持续发展，让各个社区组团互相依赖，相互影响，就像一个大的生态系统一样，当地多样的文化、气候条件和建筑材料共同形成了整个村落和其建筑的基本特征。
2. 建筑的不同层面对环境的互动式反应
通过建筑的结构构造对大量的环境信息做出系统反应的方式，每一个建筑元素都能对整个互动式系统提供帮助并充分参与到以下四个主要的设计层面中：1.广阔发散的城市规划层面2.可重构的功能空间层面3.模数化的建筑单元层面4. 与气候环境和人类行为互动的结构构造体系层面。
2.1 广阔发散的城市规划层面。
设计总体框架基于阿拉伯当地城镇的布局，这样的框架布局下，多数建筑都能满足模数化的设计要求。设计组织考虑了开罗城的太阳轨迹，保证了村落中每栋建筑都能得到适当的日照，既可以利用太阳提供能源，又有一定的遮荫，保证人们的舒适生活。这种布局是适应当地小村落的一种布局方法，因为它考虑了让不同类别的人群都得到照顾，不管是在户外活动还是在室内工作都能有平等的机会享受社区的日常管理和服务。
六边形单元是由一系列平行的墙编制而成，它像是一个网状结构。每个六边形模数单元可以根据特定的功能要求从完全规则实体状态变化到适合功能的空间围合形态。这些蜂窝状的网格是用来填充各种功能的框架，让城镇根据自身的肌理自然生长。由于是使用者和自然环境共同来决定六边形的空间，所以它会在使用过程中变得更多样和灵活。六边形空间独具特色，同时也让使用者的行为和周围环境更融洽。更小的结构构造可以连接到六边形的墙体中，从而产生次一级的肌理变化。而原先的框架网格始终保持定向扩展的可塑性，支持基础设施的不断完善(如图1)。
如此一来，进一步填入的次级结构可以根据需求逐一的连接到网状框架墙体上，并通过互动变化的方式给整个系统带来无限的可能性。
2.2 可重构的功能空间层面。
功能空间要有灵活的适应性，设计的关键主要是依靠一个模数化的可连接的走廊组件，它可以像火车车厢一样组装，而它的功能就像汽车的底盘一样。45厘米厚的双墙里面包含了必须的电力和空调暖通设备，它们可以通过一个无缝的柔性接口相互连接起来。可以选配的构件也考虑到了灵活性的需要，既能选用当地的普通技术设备生产加工，也可以让外地工厂运用先进技术来制造。同样，沿着墙每隔一段距离设置有电力和水源的输出口，能连接不同类型和档次的水电管道设备和灯光设施等。
通过走廊连接的房间可以根据需要扩展，完成空间的共享与合并。整个结构统一的模数系统使得房间的多样组合和空间的形态变化成为可能(如图2)。
图1 六边形蜂窝状网格框架
图2 模数化可连接走廊系统
2.3 模数化的建筑单元层面。
设计中，房间都是较小的独立空间，就算是较大的空间也包含了较小的房间在里面。这种情况下，只需改变较小的房间环境参数就可以为一些较大的空间场所比如咖啡馆提供舒适的环境。建筑将作为一个整体，通过一些构件的变化来调节适应预设的实体空间功能，以及运用一些移动的隔墙来使普通的空间完成具有极强适应性的重构过程。这其中还要依靠多功能的内饰以及可重组构件的变化。该变化主要指针对环境的影响情况和空间使用效率做出的适应性反应。
2.4 与气候环境和人类行为互动的结构构造体系层面。
建筑是否能降低能耗并高效的适应复杂的基地环境和功能要求关系到整个建筑业的发展。现在建筑业对环境的影响和责任越来越得到重视，埃及小村庄的设计主要考虑的问题是如何让建筑高效的利用自然日光而又不影响室内空间的光舒适度，以及如何通过动态的屋顶系统来充分利用自然通风，达到一个舒适的室内空间环境(参加图3，图4，图5)。
图3 建筑的动态结构随环境变化作出调节
图4 动态互动式屋面材料构造
图5 动态互动式屋面
3. 城市和建筑层面的互动性设计分析
我们需要通过一个新的设计方法来创造社会的可持续性建筑，一套先进的技术设备来使建筑对环境和人类活动做出反应。如此一来，一座座健康的建筑可以形成一个健康的社会环境，人与自然环境的和谐共生。之前我们已经可以看到在村落中各个方面由太阳提供能量做出各种反应来适应不同的情况，而在更大范围的城市规划层面上，灵活的空间和功能组织则是通过缓慢的动态重组来实现。在建筑单体设计的层面上，则是通过连续的动态变化调节来实现舒适的室内空间及能耗控制，其完成过程是可见的即时的动态重组过程。这两种层面的互动变化都不容忽视，就像在一个生态系统中，任何一个单体、一个片断或者是一组连续的片断群，不管其在系统中所占的比例大小如何都是非常重要的。
在自然界中会发现，任何动态的结构都是用来提高性能加强效果的。而建筑中的动态结构和构造（虽然大部分还是静止的）是用来改善空间的性能效果的。我们进一步重点分析之前提到的四个层面中的其中两个：第一是宏观城市的互动性，它的特点是缓慢的功能演变。第二是微观建筑元素的互动性，它是通过可以觉察的动态过程对周围变化的环境做出反应。
3.1 城市规划的互动性：缓慢演进。
我们用DNA遗传基因作为建筑单体的模型，用来描述建筑单体的大小，质量，耗能等。模型的建立基于建筑选址的最优化和每个单体都有自己的基地环境属性。
通过这样的方式，生物基因进化的概念才能用于城市规划中，在给定的地区选择最佳的位置放置建筑单体，首先在整个体系中，把一大片地区环境和一系列建筑单体放进来，并允许每个单体都能自由移动，只有单体在一个能耗更少的地点时，它才能感受到更舒适的环境压力。环境压力是指周围环境对该地点产生的影响及其影响程度的深浅(如图6)。一方面每个单体都在寻找它们的最佳落点，另一方面相对感到不舒适环境压力的单体会越来越少，如果给每个单体设定不同的稳定压力的范围，最终导致的结果就是城市中心的扩张和资源消耗的分散。这个过程会随着城市的发展一直进行下去。
图6 单体平均不舒适度随时间变化
图7 社会和环境压力下的城市发展：其中每个单体的行为就像生物细胞一样
图8 伞状控制系统的一组伞形结构
遗传基因进化的类比同样可以用在不同方案的选择上，当设计要求中建筑单体的地点已经确定，但不同方案的建筑体量、容积率等其他属性都有所不同，这就取决于哪个方案对周围环境乃至整个社区会产生更积极的影响。
遗传基因可以通过选择决定其包含的所有遗传属性。遗传的过程也是每个单元的新旧更替的发展过程，具体的说就是父代的基因选择性的被子代基因交换取代，而子代基因的属性只是在其前一代的基础上稍作变化，这个变化的发生取决于基因的属性在所处环境的成本效率的高低。如果父代基因只有一个，那么子代基因通过突变来创造新的单元。如果父代是通过有性繁殖，那么子代基因将是上一代两个基因的综合交换或者是其中一个父代基因的继承。这个过程是反复发生的，直到一个完全合适环境的基因单元出现，基因单元就不再移动和改变，它在整个系统中的位置和所有属性就会被保留下来。
通过这样的方式得到的结果并不是我们想要的最终结果，在城市规划的过程中，人必须控制这样一种自由选择的进化过程。
城市单体必须由规划师或建筑师人工的选择组合，通过的计算最后的结果来控制城市自由进化的过程。每一块用地和建筑单体的属性也要精心的选择来使它们适合每个独一无二的项目(如图7)。
3.2 建筑单体的互动性：可见的动态反应。
伞状控制系统：埃及村落中的街道和广场都充满了伞状系统，这种设计是基于当地文化的，传统的中东地区为了适应极端的气候条件普遍使用帐篷。
伞状控制系统是对当地环境条件的互动反应，优先考虑了人的需要，它通过一套可反应的系统装置来缓解环境条件和人们活动需要之间的矛盾。伞状控制系统就像是建筑的反应神经(如图8)。
根据人们在其底下停留一段时间还是只在底下走过，每一个伞状模型都能进行反应，人们可以控制一组伞形结构共同反应来调节气候。在夏季白天，人们会希望走在打开的伞形结构之下来遮蔽强烈的太阳辐射，晚上则收起结构，让地面的热量充分散去。而在冬天，有阳光时收起伞形结构，让大地充分吸收储存阳光辐射热，阴天或晚上打开它，起到阻止热量从大地表面散失的作用。一个红外探测器，一个温度传感器和一个电脑芯片将会被安装到每一个伞状单体中，全天候感应人们在底下的活动和气候状况。
当外界炎热，伞形结构内芯片接收到有人在底下活动时，芯片就激活计时器到2分钟，伞形结构就自动打开，计时器保持两分钟的状态。如果这时感应到伞形结构底下没有人了，计时器就开始倒计时，两分钟后伞形结构就收起来了。当外界气候寒冷时进行的是相反的过程。
两分钟的延迟使得外界炎热时，就算伞形结构下没有人，它也会保持打开状态一段时间，这样形成了一条人们经常行走的遮阳路线。同样的原理，当伞形结构接收到人们更复杂的活动时，会像人们常走的遮阳路线一样根据人们的活动状态来控制伞形结构的开合，开合的模式由电脑芯片内预制的编译程序所控制(如图9)。
图9 伞形结构根据人们的活动状态来控制其开合
4. 结论
互动式建筑的动态反应能力成为社会建立自身持续性的一种有效方法。建筑师应该创造一种建筑空间环境，建立一个社会资本互相合作融合的结构体系，使得其中的人与人之间、社会资本和自然资源之间都能保持一种健康的关系。社会这个系统必须要满足可持续性，它需要促使人们行为更加生态的建筑空间，建筑通过对环境的反应机制来解决矛盾，建筑师在其中的工作是设计一个更具包容性的建筑空间来降低社会和环境的成本，使得人、建筑和环境这三者之间建立一种相互沟通互动的关系，来满足社会的需要。
［文章编号］1006-7619（2011）11-01-001