對中國“屋頂和墻連續(xù)建筑”發(fā)展、特征和效果的研究

李海寧

[日]遠藤秀平

把屋頂和墻分為相互獨立的建筑組成部分，是被普遍接受的一種看法。然而，建筑師們也一直在對建筑的傳統(tǒng)要素所具有的性質和功能進行思考，進行拆解和合并，并提出新的建筑形式。其中有一種類型的建筑把屋頂和墻進行變形并予以融合。在這種形式的建筑中，屋頂與墻由同一種材料連續(xù)漸變而成，沒有明顯的分界線，并由此帶來了一些此類建筑獨有的特征和效果。本研究中將此類建筑稱為“屋頂和墻連續(xù)建筑”。2018年9月刊登在《華中建筑》的《對中日屋頂和墻壁連續(xù)建筑的各自特征、效果以及比較的研究》[1]一文中首先給出了“屋頂和墻壁連續(xù)建筑”的定義，并依據(jù)此定義對中日的此類建筑案例進行了篩選和梳理。本文將對其中中國的事例部分做進一步的探討。

1 屋頂和墻連續(xù)建筑的定義和研究范圍

首先對“屋頂和墻連續(xù)建筑”的定義進行闡述。本研究中提到的“墻”是指建筑物中將內部與外部空間相隔的，垂直的部分?！拔蓓敗笔侵笇⒔ㄖ镏袃炔颗c外部空間相隔的，頂部的水平的部分。在此基礎上，“屋頂和墻連續(xù)建筑”是指屋頂和墻的整體或一部分由相同并且連續(xù)的構造和外表面材料構成，沒有明顯的分界線，并且具備屋頂和墻壁所應具有的所有功能，且此連續(xù)體是建筑的重要組成部分而不是裝飾的現(xiàn)代建筑。如果建筑整體上屋頂和墻是分開的，只有部分曲面或斜坡來提供諸如通往屋頂?shù)墓δ?，則這類建筑不被認為是屋頂和墻連續(xù)建筑。

為了保證選取的建筑案例具有一定的代表性和價值，調查范圍限定在有影響力的建筑作品類雜志《建筑學報》、《時代建筑》以及《世界建筑》?！妒澜缃ㄖ分兄缓Y選位于中國的作品。調查后將符合條件的案例單獨列表，把每個案例的建成年、設計者、構造、外表皮材料、用途、規(guī)模等列成表格，并通過由設計者本人撰寫的設計說明歸納出每個案例的設計特征和意匠的側重點。在此基礎上對案例進行了分析[2]。

2 “屋頂和墻壁連續(xù)建筑”的案例以及分類

2.1 篩選出的中國屋頂和墻壁連續(xù)建筑案例

調查結果篩選出30個“屋頂和墻壁連續(xù)

表1 中國的屋頂和墻壁連續(xù)建筑一覽表

建筑”的案例。我們的調查從2016年追溯到1990年，但發(fā)現(xiàn)這種類型的建筑首次出現(xiàn)于2003年。上海世博會中的許多展館具有屋頂和墻連續(xù)的特征，但因為它們是臨時建筑，所以都被排除了。表1列出了所有選定的案例及序號、完成年份、作品名稱、設計者。

2.2 按外觀意匠進行的分類

首先，我們在計算機上制作了所有案例的3D模型，對每個模型的屋頂和墻連續(xù)部分進行了著色（圖1）。

從圖1中可以看到屋頂和墻連續(xù)建筑可進一步劃分為三種類型。

（1）整形型

案例No.1，2，3，4，5，13，20，28被分類為整形型。這種類型的案例具有規(guī)整的幾何形狀，如球形、圓環(huán)形或其一部分。例如，體育場的案例中，觀眾座位通常呈環(huán)形，由此屋頂和墻連續(xù)的部分也通常為環(huán)形。最先出現(xiàn)的屋頂和墻連續(xù)建筑均為整形型。

（2）組合型

案例No.7，8，9，12，14，16，19，29被分類為組合型。這種類型的建筑由數(shù)個具有屋頂和墻連續(xù)特征的單元構成，出現(xiàn)比整形型略晚，集中在2005年到2010年。

（3）復雜型

上述之外的案例形狀復雜，不能被歸類為規(guī)則形狀或規(guī)則形狀的組合，因此被分類為復雜型。2010年以后這種類型的案例居多。

3 意匠分析

3.1 分析方法

圖2、圖4、圖6為每個案例地面視角的透視圖和頂視圖，展示每個案例的輪廓的形狀，紅色箭頭標記入口，虛線標記室外流線。圖3、圖5、圖7用紅色標記主要功能區(qū)域，用藍色標記交通空間（這些圖是根據(jù)雜志上發(fā)表的平面圖制作的）。表2、表3、表4中從案例的設計說明中提取了8個關鍵詞。如果關鍵詞代表的特征出現(xiàn)在案例的設計說明中，則在相應的單元格中標記一個圓圈。關鍵詞是“BIM”、“流動性”、“與周圍環(huán)境的和諧” 、“視覺存在感”、“柔軟的表情”、“獨特的空間”、“生態(tài)性”和“形體靈感來源”。這些表旨在歸納每個案例的特征以及設計的重點。

3.2 整形型（表2、圖2～3）

（1）外觀意匠

整形型有8個案例。從圖2可以看出所有這些案例的輪廓均保持規(guī)則的形狀，如柔和的曲線或半橢圓形，兩側成弧形下降并接觸地面。這樣就形成了一種“退臺”。由于這種退臺的效果，盡管這些案例都是大規(guī)模公建，視覺上的體積感卻大大降低。這個效果在各案例的設計說明中有闡述。除案例No.13外，建筑外觀的連續(xù)性不僅限于屋頂和墻，墻之間的邊界線也消失了。No.1，3由于其為圓柱體，因此屋頂和墻的連續(xù)性在側面消失。由于這種外墻的連續(xù)性，從不同的方向看，建筑的輪廓不出現(xiàn)太大的變化，因此在沒有其他指向標志時，單從外觀不容易辨認哪個立面是主立面，哪個入口是主入口。甚至在No.2，4中，內部空間在各個位置的布置也是一樣的。參看表2，在許多案例中，“獨特的空間”作為特征被列出，但是從設計說明可以看出，這主要是來源于內部空間設計，獨特的表面材料和裝飾，而不是源自特殊的外觀。表2還顯示BIM的運用始于北京國家體育場的設計，“視覺存在感”，“流動性”，“柔軟的表情”被重視，而“生態(tài)性”則相對被忽略。這些案例的外觀都具有設計靈感來源，例如No.1的外形來源于吹過珠江的風，No.2則來源自天空中飛翔的鳥[3-4]。

表2 整形型一覽表

表3 組合型一覽表

（2）流線和功能區(qū)域設置（圖3）

從表2可以看出，除了案例No.4，主要功能空間的形狀與整個建筑物的形狀相近，案例主要功能單一，交通空間小，空間使用效率高。在No.28以外的所有案例中，流線環(huán)繞建筑物。入口的設置也不偏向某一側。其原因在于，在體育場這類設施中，這種形式的流線便于進出設施，提高消防疏散速度。

（3）結構

除No.13外，各案例的屋頂和墻連續(xù)部分采用輕質材料，如鋼桁架或玻璃幕墻。這些結構從建筑外部可以被看到，這使得這類建筑具有一定程度的高技派的特征[5-6]。

3.3 組合型（表3、圖4～5）

（1）外觀意匠

組合型有8個案例。其中No. 8是所有案例中第一個中等規(guī)模的案例。

從圖4中可以看出，組合型最顯著的特征是包含多個不同的單元。當從地面觀察時，輪廓在單元彼此相交的位置處凹陷，因此當從不同方向觀察時，組合型的輪廓會發(fā)生變化。組合型仍然有“退臺”的特征。由于這些特征，組合型的案例在平面上具有軸線。在圖4中，軸線以綠線表示。然而，在單元組合在同一條軸線上的情況下（No.12），從主入口看去的外觀類似于整形型。

從表3中可以看出，這種類型的建筑中“視覺存在感”最為被重視，但“與周圍環(huán)境的和諧”也被很多案例的設計者看重。其原因是大多數(shù)案例的造型意匠是從周圍環(huán)境或當?shù)匚幕瘓D案中提取出來，并適應了地形的。由于功能分散在幾個單元中，每個單元的規(guī)模比整形型要小。

（2）流線和功能區(qū)域設置

由于軸線是高度可見的，所以所有案例中位于軸線一端的立面成為了主立面。主入口也位于軸線的同一側。這種類型的案例的功能主要是展覽設施和體育場，但也有一個機場航站樓和一個購物中心。組合型的功能區(qū)域的設置不同于整形型。不同的功能通常被放入不同的組成單元中，每個單元一個功能。因此，建筑的各部分功能明確且隔開，各個區(qū)域通過軸線上的交通空間連接。從圖5可以看出，組合型的組成單元呈現(xiàn)規(guī)則形狀，例如圓形或正方形。因此其內部各個功能空間的體驗都不具有獨特性。這種趨勢可以在表3中確認。

如圖5所示，交通空間主要成為線狀，平行于主要功能區(qū)域。案例No.12，14，19，29沒有圍繞建筑物的流線，No.9由于其作為機場航站樓的功能特性而只能從內部進入[7]。雖然在No.7，16的建筑物周圍設置有道路，但這些道路僅用于消防需要。案例的流線還存在根據(jù)軸線排列的特點。通常在這些案例中每個使用者的流線相對固定，不常在一次使用中去到其他區(qū)域，而在機場的情況下，流線必須是單向的，以便于管理。因此，流線最好是簡單而不相交的，通過軸線組織流線能比較好地滿足這一點。

（3）結構

大多數(shù)案例是鋼筋混凝土結構。No.9采用鋼桁架來實現(xiàn)大跨度和視覺效果。

3.4 復雜型（表4、圖6～7）

（1）外觀意匠

圖1 中國的屋頂和墻連續(xù)建筑3D建模一覽表

圖2 整形型的透視圖、輪廓線和入口分布

圖4 組合型的透視圖、輪廓線和入口分布

圖5 組合型的功能和交通空間分布

表4 復雜型一覽表

從圖6可以看到，復雜型的案例的外觀和輪廓均不規(guī)則，呈自由形狀，但仍然可以看到“退臺”的特征。也有案例（No.17，26，27）具有軸線。No.23，27有多個輪廓線。從表4可以看出，這些案例主要是展覽設施或歌劇院，意匠設計優(yōu)先考慮“視覺存在感”和“獨特的空間”等關鍵詞，在劇院、藝術中心和歌劇院的案例中可以看到圓形輪廓，并且屋頂和墻的連續(xù)性用于表達藝術性。從形體靈感來源欄可以看出，這些案例的復雜外觀的來源主要是基于地形或主要功能提取的，通常也是不規(guī)則的。有形體靈感來源的案例中，形體靈感來源通常是抽象的，沒有形體靈感來源的案例的形狀則來源于功能。大多數(shù)案例都采用了計算機輔助設計。

（2）流線和功能區(qū)域設置

在復雜型中，圖7中以藍色標記的交通空間被精心設計為建筑內部空間的重要組成要部分，并且與前兩種類型比較，其占建筑內部空間比例更大。在相對早期的案例No.6，10，11，23中，建筑外圍有流線環(huán)繞整個建筑。在No.15，21，22，23，24，30中，建筑內外的流線相通。整體上復雜型的案例流線也趨于復雜。

圖7表示出了每個案例的主要功能的布局，在No.6，11，17，18，21，25，26，27等主要功能為展覽的案例中，主要功能區(qū)域的形狀也是不規(guī)則的。這些案例的功能使用線性布局會更貼合用途，空間利用效率也更高。展覽空間內的流線為單向通行，與外部的流線相連。

案例No.6，17，21，25，26，27中，主要功能區(qū)域的形狀與整個建筑物的形狀相近，但No.10，11，15，18，22，23，24，30中不是。在這些案例中，這種差異使交通空間更大，并被賦予更多功能，如會議和休息空間等。例如，在No.15中，屋頂和墻的連續(xù)性通過在墻上開孔并連接流線實現(xiàn)，使建筑物具有柔和的表情和流線形的開放空間。在No.23中，交通空間柔和了建筑的表情，提供開放空間，提高了內部空間的質量[8]。此外，在No.10，15中，建筑師在流線上 設置了廣場，從而促進了建筑空間與周邊城市空間的結合[9-10]?？梢姀碗s型與前兩種類型相比，主要功能空間的占總建筑內部空間的比例有所減小，但交通空間蘊含更多的功能。因此，流線的設計在復雜型中更為重要。

然而，No.18，22，30中，由巨大鋼桁架構成的外輪廓與主要功能空間的形狀完全不同。這導致了內部空間利用率的降低。此外，盡管這些案例形狀復雜，但其構造形式比較傳統(tǒng)[11]。

（3）結構

大多數(shù)案例是鋼筋混凝土結構。No.6，23采用鋼桁架實現(xiàn)移動性或大跨度以及視覺效果。No.25，27是木結構[12-13]。

4 所有案例的特征和傾向

4.1 海內外建筑師比例

2000年代的案例主要由海外建筑師設計，2010年以后主要為海歸中國建筑師或中國本土的事務所設計（詳情可參見論文《對中日屋頂和墻壁連續(xù)建筑的各自特征、效果以及比較的研究》）[1]。

4.2 三種類型的特征和傾向（表5）

表5總結了三種類型的案例中各個關鍵詞出現(xiàn)的次數(shù)和占比。表5-1中，柱狀圖表示該年代案例數(shù)量，折線圖表示該年代案例數(shù)量占總案例數(shù)的比值。表5-2至表5-8中，柱狀圖表示了該類型中含有該特征的案例數(shù)量，折線圖表示了含有該特征的案例的數(shù)量占該類型案例總數(shù)量的比值。從表5中可以看出以下趨勢。

①表5-1：自2003年以來，案例數(shù)量每5年增加一倍。

②表5-2：設計中使用BIM的案例數(shù)量和比例同時在增加。在整形型案例中BIM使

用相對較少，而復雜型的案例絕大多數(shù)在設計中都使用了BIM。軟件設計輔助不僅使復雜不規(guī)則的三維立體的設計更加容易，也便于參數(shù)化建模在各種條件下微調配置，最小化特殊形狀的外貼面面板和單元的數(shù)量。這可以提高工作效率，降低建設成本。

表5 復雜型一覽表

圖6 組合型的透視圖、輪廓線和入口分布

圖7 組合型的功能和交通空間分布

③表5-3：“流動性”在各類型中都被重視。

④表5-4、表5-5、表5-6：“與周圍環(huán)境相協(xié)調”是組合型最常見的特征，而“視覺存在感”在整形型和復雜型中是最常見的。原因如下：整形型的案例具有更大的規(guī)模，是諸如體育場之類的重要設施，因此其視覺存在感或標志性更加重要。復雜型的形狀有引人注目的目的。相反，組合型案例的形狀靈感主要來源于地形或文化，每個單元的體量較小，并且這些單元的組合方式通常被設計為更好融入地形或自然的形式。

⑤表5-7：“獨特的空間”主要在整形型和復雜型中被列為重要特征，但在組合型中不常見。原因如下：盡管整形型往往從不同方向看起來輪廓變化小，但內部空間和材料獨特，從而創(chuàng)造出獨特的空間體驗。復雜型的獨特形狀造就了獨特的內部空間體驗。而在組合型中，每個單元具有規(guī)則的形狀，組合的設計旨在通過軸線和分區(qū)明示入口和主要功能區(qū)域的位置。因此，創(chuàng)造獨特的空間不是組合型設計的主要目標。

⑥表5-8：近年來，強調生態(tài)性的案例數(shù)量在增加。在2011年之后，近一半的案例中生態(tài)性被提及為重要特征之一。

結語

在中國，又被稱為第五立面的屋頂變形并與其他立面融合的“屋頂和墻連續(xù)建筑”最早出現(xiàn)于2003年。在本研究中，我們篩選了中國屬于該形式的建筑案例，將其分為三類，分析了每種類型的案例的設計理念、流線、功能空間和關鍵詞特征。通過分析，我們發(fā)現(xiàn)“屋頂和墻連續(xù)建筑”具有以下特征。

（1）案例數(shù)量

隨著計算機性能的提高，設計軟件的開發(fā)和改良，以及具有國外學習工作經驗的年輕建筑師回國開始設計活動，近年來屋頂和墻連續(xù)建筑的數(shù)量一直在快速增長。

（2）形狀和輪廓

案例設計說明中最常出現(xiàn)的關鍵詞是“流動性”、“柔軟的表情”、“視覺存在感”、“與周圍環(huán)境的和諧”。由于這些特征，這些案例往往成為所在地的標志性建筑。所有案例的屋頂彎曲并與其他立面融合，形狀自然地在兩側下降，形成“退臺”，減少了體積感，柔化了建筑的表情。如果案例的造型有形體靈感來源，則它們主要是從周圍的環(huán)境，文化或功能提取出來的。

案例有三種類型，每種類型具有不同的特征。整形型由于墻也在各方向上相連續(xù)，因此沒有明顯的主立面，入口分布在建筑四周，開放且易于訪問。組合型則具有軸線，主立面位置清晰易于找到。自2010年以來，復雜型的數(shù)量迅速增加。復雜的外觀主要用于表達藝術性或引人注目。

（3）主要功能

案例以體育場館和展覽設施為主。整形型適用于大型公共設施，具有單一功能，而組合型的不同單元通常具有不同的功能，因此建筑整體往往具有多個功能。復雜型通常用于展覽設施，建筑功能單一，但這種類型的案例的功能種類是三種類型中最豐富的。

（4）流線

整形型具有圍繞建筑的流線，通過該流線可以從四周訪問建筑物。組合型有易于找到的主入口，并且流線設計簡潔不交錯，易于到達入口和訪問特定的功能空間。復雜型的一部分案例具有環(huán)繞建筑的流線，但也存在僅可以從特定方向訪問的案例，這取決于每個案例具體的形狀。在復雜型中交通空間包含更多功能，因此流線的設計在復雜型中比在其他兩種類型中更重要。

在本研究中，我們定義了一種新的建筑形式“屋頂和墻壁連續(xù)建筑”。由于這種類型的建筑通常需要較高的設計技術，位于當代建筑設計趨勢的前沿領域，因此對這類建筑的研究對于理解中國建筑行業(yè)的最新趨勢以及未來發(fā)展方向具有重要價值。

資料來源：

文中圖表均為作者自制。