瑞士再保險大樓的生態(tài)與技術設計的探索

林慧穎，張 悅

(長春工業(yè)大學，吉林 長春 130012)

0 前 言

諾曼·福斯特被稱為“高技派”的代表。他生于1935年，1990年被英王授予爵士爵位，并于1999年榮獲第二十一屆普利策建筑大獎。由他設計的瑞士再保險大樓因其獨特外形被設計界稱為改變城市天際線的建筑，其打破了傳統(tǒng)意義上“水泥方盒子”的外觀，雙層低反光玻璃構成的子彈型大廈呈現(xiàn)優(yōu)雅的生態(tài)螺旋式佇立在倫敦城內(nèi)，它高約180 m，樓高41 m。大樓以弧線和曲面的輪廓線最大程度上地融入了周邊的環(huán)境之中。按照國際上的LEED評級系統(tǒng)，瑞士再保險大樓在“保護水質與節(jié)水”、“能效與可再生能源”、“資源節(jié)約”與“室內(nèi)環(huán)境質量”等方面達到了39分(此為綠色“黃金”級)。且建筑研究組織對于此種辦公建筑的指導耗能標準為175 kWh/m2，而瑞士再保險總部大樓實際耗能則是原有標準的1/7。

1 諾曼·福斯特設計思想

諾曼·福斯特善于在對于高科技的運用和現(xiàn)代生態(tài)主義的理解兩股相互矛盾的力量中保持平衡。[1]在紀錄片《你的建筑重幾何——建筑大師諾曼·福斯特》中福斯特講到：“一切都是新的開始，我愿意把我看過的項目都做一遍，再回味一遍，因為總可以再前進一步，如果不能夠前進一步，那就說明你沒有從以前的經(jīng)歷吸取教訓，你不夠敏銳，這時候就該停下，轉換軌道了?！彼麑υO計的敏銳和對新材料、新技術、新結構、新設備、新工藝的追求，勇敢地站在了時代的最前列，挑起了歷史的重擔,開始了從理性主義到新理性主義的飛越。他的設計具有如下幾個特點：

1)作為高技派的代表人物注重高新科技在建筑中的運用。

2)善于在科技與生態(tài)中尋求最優(yōu)點。

3)對于場所精神的探究并運用科技來解決在城市生活中人類無法充分與自然相融合的問題。

4)將自然元素充分利用，自然能源的最大化利用在建筑中。

2 瑞士再保險總部大樓的設計手法

2.1 外觀設計

諾曼·福斯特對瑞士再保險總部大樓在外觀設計上進行了創(chuàng)新性研究。首先是根據(jù)周圍環(huán)境做出融合的設計，其次是對的風阻的研究，在風洞實驗中諾曼·福斯特發(fā)現(xiàn)了圓潤的曲線外形比傳統(tǒng)的方形建筑更符合空氣力學的原理，將氣流平滑地從周圍引過，對建筑的穩(wěn)定性不會造成影響，同時也不會對周圍建筑產(chǎn)生風力影響，降低了因狹管效應對周圍步行者的影響。

2.2 生態(tài)設計

2.2.1 生態(tài)節(jié)能的設計理念

1)盡量減少非再生資源的利用，例如金屬等。

2)減少開發(fā)時所造成的浪費，從而減少對環(huán)境的破壞與資源的消耗。

3)充分并合理利用自然資源，減少人工能源的利用。

4)關注生存環(huán)境，將自然生態(tài)系統(tǒng)移植于建筑內(nèi)部以創(chuàng)造出生態(tài)的、宜人的空間環(huán)境。

2.2.2 自然光

諾曼·福斯特設計的瑞士再保險總部大樓十分注重對自然光線的利用，充分利用新型高科技的雙層玻璃幕墻來獲得更多的自然光照來代替?zhèn)鹘y(tǒng)建筑中主要依靠人造光源的情況。

大樓的整體外觀是一個生態(tài)的曲線，呈現(xiàn)子彈的形態(tài)，顯得圓潤飽滿，但這外形不僅是對歷史的銘記也是對未來科技的追求，也是在自然光的利用上尋找到的最優(yōu)解決方案。大樓整體的圓形設計使自然光線無障礙通過，每一層都擁有最好的采光，與在當今社會中設計師們熱衷于利用通透晶瑩的玻璃，和玻璃良好的透光性有著巨大的關系，且減少了現(xiàn)代主義之“水泥方盒子”與自然之關系的隔閡。

從室內(nèi)角度可以看出，每個室內(nèi)空間部分都有巨大的落地窗，大樓中空的設計保證了中庭的采光。大樓優(yōu)質的采光節(jié)省了大部分白天照明用電的需求，同時也減弱了用電所產(chǎn)生的熱能，進而大幅度減少了對降溫的需求。在酷熱的夏天，這種一舉兩得的設計將十分奏效。過強的光線，其中的紫外線成分還會嚴重危害視網(wǎng)膜特別是黃斑部的功能，不僅導致視力減退，且難以恢復。普通玻璃的透光率平均為80%左右，大樓雙層玻璃的外層中用于遮光和隔熱的玻璃，在要求堅固的硬性要求外同時要求反射率高；幕墻內(nèi)層的玻璃要求既可以吸收紅外線輻射又能保持良好的透射性。大樓配合使用雙層玻璃幕墻既可以保證光線的充足又可以避免光的直射，使自然光更舒適，減少員工們對于太陽光直射所產(chǎn)生的眩暈的癥狀。

諾曼·福斯特所設計的我國香港匯豐銀行大樓同樣重視對自然光的利用，大樓的中庭的穹頂位置鑲嵌著巨大的鏡片，這個陽光反射的裝置是通過電腦控制的，陽光通過鏡片的反射和折射到中庭兩側部分，員工可以在自然光下工作，由于大樓采用中空的設計，所以即使建筑較低層的員工也同樣享受的到自然光。從而不需要完全依靠耗能很大的電力的照明，而且達到環(huán)保節(jié)能的目的。

諾曼·福斯特設計事務所所設計的德國國會大廈同樣也對自然光線的利用充分設計。首先，德國國會大廈采用了獨特的雙層穹頂結構，并在其上層穹頂?shù)闹行奈恢迷O置了可以將天然光直接反射到下層穹頂內(nèi)的議會大廳中使建筑得到充足的漫反射的外層貼有360面鏡子的圓錐形漏斗。既是一個大型的裝飾藝術作品同時又兼?zhèn)鋵嵱眯裕瓷涫侨祟惈@取自然光照的一種最古老的方式[2]，諾曼·福斯特將傳統(tǒng)文化藝術上的隱喻加入其中?！白匀还馐俏ㄒ荒苁菇ㄖ囆g稱之為藝術的光”[3]。自然光線的照度與色溫是人造光源無法比擬的，在自然光的折射后所產(chǎn)生的豐富的光影效果，賦予了建筑無窮的詩意與美感。

2.2.3 自然風

當今社會人們的環(huán)保意識逐漸提升，世界各個國家都對節(jié)能和環(huán)保相關的結構設計上十分重視。瑞士再保險總部大樓整個建筑挺拔圓潤，鋼鐵包裹的玻璃建筑給人力量的美感，和科技的未來感，大樓造型的創(chuàng)新雖然帶來的人們的質疑，但大樓既輕松又莊嚴，既肅穆又溫潤，還是給人一種前所未有的心靈上的震撼，也是諾曼·福斯特所追求的一種以建筑為載體的藝術。大樓的玻璃幕墻在當時是技術上的一種突破，被官方稱為雙層呼吸式玻璃幕墻。

呼吸式玻璃幕墻之結構原理是由表里兩層玻璃幕墻組成，使大樓于外界呈現(xiàn)出一種生態(tài)的，螺旋狀的，包裹著整個大樓的內(nèi)部結構，兩層玻璃幕墻之間存在一個能充分讓空氣流動的密閉的空間，在傳感系統(tǒng)的配合下，當室外的溫度與風速達到穩(wěn)定合理的水平的時候，電腦自動控制打開進出風口的百頁窗，讓室外的氣體引進室內(nèi)。

在雙層呼吸式幕墻應用于季節(jié)時，夏季主要是基于“煙囪效應”將通風的百葉窗打開進氣口的位置吸入空氣進入熱通道，通道中的空氣受熱出現(xiàn)由下而上的熱運動，并通過排氣口排到室外，以降低室內(nèi)溫度。冬季時基于“溫室效應”的原理，關閉窗戶即可成為一個閉合的空間，熱通道成為溫室，而且雙層玻璃可以有效地解決熱量的流失。

2.2.4 樓宇花園

樓宇中花園的設置也是諾曼·福斯特的一個匠心獨運的設計。根據(jù)調查成年人大概每人每天消耗0.75 kg氧氣，排出0.9 kg的二氧化碳。綠色植物進行吸收空氣中的二氧化碳，并提高空氣中的氧氣和負氧離子的水平。人均綠化面積需要達到10 m2的時候生活空氣則會是一個最理想的狀態(tài)，所以在諾曼·福斯特的設計中他將綠化的必要性結合在建筑中，設置樓宇花園，成為大樓里天然的空氣凈化器。大樓中電磁輻射也同樣是對人體傷害的一個方面，樓宇花園也具有吸收電磁等微波輻射的效果，對員工的辦公環(huán)境具有提升的效果[4]。

從大樓整體構造來看，樓宇花園和整個大樓里的通風系統(tǒng)完美的結合為了一體，在螺旋形的玻璃呼吸幕墻中盤旋在整個大樓的通風口都布置了充分的綠化，在空氣循環(huán)中通過幕墻中的溝槽吸入，可以給整個大樓提供富含氧氣的清新空氣，成為了整個建筑的肺，完美的將生態(tài)與建筑融為了一體。

2.3 技術設計

2.3.1 設 備

諾曼·福斯特大樓中設置了光照度傳感器，科學并適宜的減少電力照明，極大的減少了能源的消耗。

光照度傳感器現(xiàn)在來說已經(jīng)是一個非常常見的設備了，多用于電子產(chǎn)品的光線強度的控制，大棚光照強度和時間的控制，也用于在新型的智能家居以及大樓的照明控制上，往往都是可以通過照度傳感器來控制的，利用照度傳感器的調整后可以節(jié)約大量的電能，也完全可以達到人們所需要的亮度。與此同時，光照度傳感器給人們的啟示不僅是在于光線的調試，在溫度、濕度、空氣等方面也同樣可以加設傳感設備，來提升建筑的節(jié)能性，減少碳的排放。

諾曼·福斯特在他的時代找到他探索的設備并完美的融合在他的建筑設計中，為后人提供了新鮮的血液，為今后的生態(tài)與節(jié)能減排做出了巨大的貢獻。

2.3.2 材 料

在諾曼·福斯特的設計中非常重視高科技材料的運用，不拘一格的使用更新型的材料，不拘束于形式主義，對于大樓底層采光通常是使用中空的設計，例如倫敦的瑞士再保險大樓，我國香港的匯豐大廈，與德國國會大廈，它們通常是有著巨大的中庭。在技術的發(fā)展下，光纖產(chǎn)品已經(jīng)從一開始的主要用于信息的傳輸轉向了暗部采光的一個重要材料。

光導纖維技術的應用：光導纖維是利用凸鏡聚焦以提升太陽光照度，利用光纖的導入[5]，自動追蹤太陽。光導纖維系統(tǒng)最突出的優(yōu)點是可以用于多層建筑上，自由度較高，路徑可彎曲，光線柔和。極其適合大型建筑，利用自然光將底層或者地下空間照亮，達到節(jié)能的目的。

3 設計啟示

3.1 建筑與環(huán)境融合

當今我國發(fā)展迅速，但在經(jīng)濟發(fā)展的同時，生態(tài)問題的嚴峻性讓設計師們開始走向了生態(tài)節(jié)能設計的道路。其要求從生態(tài)學與設計學的角度出發(fā)設計出得以將人、建筑與自然三者和諧統(tǒng)一的最優(yōu)關系建筑，與此同時，也關注對生態(tài)環(huán)境的未來改善與經(jīng)濟的持續(xù)良好的發(fā)展。

傳統(tǒng)建筑的設計理念通常是片面的注重建筑結構的特色，而忽略了周圍生態(tài)和建筑環(huán)境的特點[6]，往往造成了建筑在環(huán)境之間顯得格格不入。未來的設計理念發(fā)展趨勢為生態(tài)化與共生的設計理念，重視建筑與環(huán)境是一個共生的有機整體，二者應相互融合，不僅不破壞彼此而且達到共存共生的和諧效果。因此，在考慮設計的產(chǎn)品性的同時也應考慮當?shù)卣w的人文環(huán)境與自然環(huán)境因素，瑞士再保險大樓在尋求創(chuàng)新與突破的同時很好地融入周圍環(huán)境。

3.2 雙層呼吸式玻璃幕墻

自然風的利用是現(xiàn)代建筑的一個重要組成部分，海拔越高風力越強，強風下高大的樓體不再可以進行簡單的開窗通風，這便是設計師需要思考的重要范疇。抽風機、換氣扇、新風系統(tǒng)雖然都是現(xiàn)代建筑中必不可少的空氣裝置，但是如何利用自然的本身，幫助人們找到自然本性的歸屬感還是一個亙古不變的話題，如何將建筑帶入自然，如何將人安置于自然的設計中，如何利用自然來消解城市帶來的不良影響，是設計師最應認真思考的問題。

雙層呼吸式幕墻技術的實際使用是對節(jié)能問題加以解決，高層建筑單純依賴電暖設備機械通風所帶來的問題有效降低。在現(xiàn)代雙層呼吸式幕墻逐漸成為建筑建設中使用的主流幕墻[7]。

3.3 樓宇花園

樓宇花園不僅具有生態(tài)的功能，在經(jīng)濟價值的提升上也有很大的作用。一個大樓中的綠化如果達到了規(guī)模，并且具有一定的景觀意義，在審美上也有著獨特的價值，那么這棟樓的附加值一定會隨之提升。從大樓中員工的角度來說，樓宇花園是一個可以放松休閑的場所，也是一個靈感迸發(fā)的空間；對于客戶來說，樓宇花園是一個洽談的良好空間，在一定程度上象征了整個公司的形象給客戶留下深刻的印象。

3.4 地下空間的光導采光

1)清潔環(huán)保節(jié)能：光導系統(tǒng)采用的是自然光，其清潔無污染與消耗，同電力照明相比產(chǎn)生熱量少，可以節(jié)約大量能源[8]。

2)質量輕：有利于搬運和安裝。

3)技術安全可靠：需要電源，沒有光電轉換環(huán)節(jié)，減少事故的發(fā)生。

4)光照舒適柔和：以“漫反射”的形式將光線導入室內(nèi)，常見問題如“電力照明頻閃”、“發(fā)熱和噪聲”皆不會存在。光導纖維中的涂層可過濾紫外線，減少對人體的傷害。

在現(xiàn)在設計中光導纖維已經(jīng)成為了地下采光中一個重要的材料。光導系統(tǒng)的優(yōu)點讓它在設計中變成了一個炙手可熱的項目。

4 結 語

通過對瑞士再保險大樓的生態(tài)與技術方面的研究，諾曼·福斯特盡可能運用自己擅長的高新技術來解決人類對于美好生活的向往，良好生活環(huán)境的追求做出技術與審美的統(tǒng)一。在當前我國作為一個發(fā)展中國家來說，高新材料與技術的應用也是值得探究的同樣也是必不可少，但是如何在高技術高造價與經(jīng)濟之間做出衡量也是我們必須所考慮的問題。諾曼·福斯特認為技術與材料只是設計的一種表現(xiàn)技法，并不能作為一種設計語言獨立存在。但他發(fā)掘并利用新的技術建造，使建筑在未來使用保持節(jié)能環(huán)保，在技術方面的執(zhí)著鉆研給現(xiàn)代建筑師們提供了一個新的切入點。

從勒·柯布西耶到諾曼·福斯特是一種現(xiàn)代主義建筑的延續(xù)與繼承，但并不是一種單純的繼承，而是在發(fā)展中創(chuàng)新，是在現(xiàn)代主義中尋找綠色化與生態(tài)化的理性發(fā)展。重視高新技術在設計上的運用，也是他被稱之為高技派代表人物的原因。21世紀已經(jīng)到來,可以預見未來的建筑學將是人文主義的建筑學,是高技術、綠色的可持續(xù)發(fā)展的建筑學——一種基于新理性主義基礎之上的建筑學。

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