基于環(huán)境調(diào)控的現(xiàn)代建筑設(shè)計策略——從拉金大廈說起

陳健楠

南京大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院 江蘇 南京 210093

1 19世紀(jì)基于環(huán)境調(diào)控的建筑設(shè)計策略

自建筑誕生之時起，人們就一直追求著在建筑中實(shí)現(xiàn)更適宜生存的環(huán)境。18世紀(jì)時的歐洲，由于城市快速擴(kuò)張和人口密度急劇增加，引發(fā)了如惡性傳染病等社會性環(huán)境問題，人們不得不開始關(guān)注建筑中的衛(wèi)生問題，對通風(fēng)、采光以及溫度進(jìn)行有意識的認(rèn)知和控制。面對不斷出現(xiàn)的新功能公共建筑與它們持續(xù)擴(kuò)大的規(guī)模，傳統(tǒng)的設(shè)計方法已經(jīng)難以滿足其環(huán)境所需，一系列新型的環(huán)境調(diào)控設(shè)施應(yīng)運(yùn)而生，通風(fēng)、供暖與建筑衛(wèi)生迅速從一項工程技術(shù)變成一門學(xué)科。資本主義興起之后，新興的商業(yè)與工業(yè)建筑要求對建筑環(huán)境進(jìn)行更精確的調(diào)節(jié)，這一方面推動了自然科學(xué)在建筑工程中的進(jìn)一步應(yīng)用，另一方面迫使建筑師將環(huán)境調(diào)控因素更謹(jǐn)慎的納入建筑的設(shè)計中，而非僅僅憑經(jīng)驗推測落成后的環(huán)境效果[1]。

圖1 自然通風(fēng)的教堂設(shè)想

圖2 惠靈海關(guān)同時作為供暖管道與結(jié)構(gòu)的鐵構(gòu)件

盡管在當(dāng)時絕大部分采用環(huán)境調(diào)控理念的建筑設(shè)計中，環(huán)境調(diào)控設(shè)備都作為一種輔助性設(shè)施被隱藏在使用空間之外，并未對建筑的空間形式產(chǎn)生任何影響，但實(shí)際上建筑師很早就開始介入建筑中的環(huán)境調(diào)控并將之作為統(tǒng)一的設(shè)計要素進(jìn)行考慮。查爾斯·理查森在《建筑采暖與通風(fēng)實(shí)用論》一書中曾提及17世紀(jì)的教堂利用塔樓和地板夾層作為風(fēng)道，以燭臺加熱空氣作為動力而實(shí)現(xiàn)的自然通風(fēng)（圖1），這是將環(huán)境調(diào)控與建筑空間形式進(jìn)行共同設(shè)計的較早設(shè)想。18世紀(jì)末，隨著蒸汽機(jī)取代水力成為重要能源，建筑開始利用管道和輻射板傳輸蒸汽進(jìn)行取暖。在1799年的索爾福德工廠以及阿姆雷工廠（Armley Mill）中，蒸汽通過空心鑄鐵柱從地下室輸送至上層空間后從頂部排放，并且管狀的空心柱比同等抗彎強(qiáng)度的實(shí)心十字柱節(jié)省了30%的用鐵量。1859年落成的惠靈海關(guān)（Custom House at Wheeling）更是將空心箱型梁和空心鑄鐵柱共同作為蒸汽供暖管道，實(shí)現(xiàn)環(huán)境調(diào)控設(shè)施與建筑結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步結(jié)合（圖2）。在這方面走得更遠(yuǎn)的是19世紀(jì)的溫室建筑，它們將類似的鑄造物用于供暖、通風(fēng)、給排水等系統(tǒng)，并與新型大面積采光玻璃結(jié)合實(shí)現(xiàn)新的建造形式。

19世紀(jì)下半葉，中央供暖與通風(fēng)系統(tǒng)已經(jīng)遍布?xì)W洲與美國的各類大型建筑物。1903年的維多利亞皇家醫(yī)院（Royal Victoria Hospital）首度以環(huán)境調(diào)控作為設(shè)計出發(fā)點(diǎn)規(guī)劃了整個建筑的空間布局，立面重復(fù)的架高病房以及病房之間標(biāo)志性的通風(fēng)尖塔正是基于環(huán)境調(diào)控的設(shè)計策略所產(chǎn)生的新形式，盡管其外觀仍與現(xiàn)代建筑相去甚遠(yuǎn)。

2 拉金大廈與基于環(huán)境調(diào)控的設(shè)計策略

由F.L.賴特設(shè)計，于1906年竣工的拉金大廈（Larkin Building）是從環(huán)境調(diào)控出發(fā)進(jìn)行建筑整體設(shè)計的一次重要嘗試。它吸收了前輩們的經(jīng)驗，進(jìn)一步將環(huán)境調(diào)控、建筑內(nèi)外空間、形式與結(jié)構(gòu)有機(jī)地結(jié)合在一起，從而生成了一種強(qiáng)烈的、極具紀(jì)念性的外部形式。英國學(xué)者班納姆對此評論道：“即使賴特此后什么都沒有設(shè)計，他仍能以這個建筑在20世紀(jì)設(shè)計先驅(qū)者中占有一個無可爭辯的地位。”作為賴特的第一個非私人住宅項目，拉金大廈的形式生成邏輯可說是極為反傳統(tǒng)的。它一反在草原式住宅中慣用的利用輕薄的水平線條消解體量的手法，而是被厚磚覆蓋，以一種強(qiáng)烈的封閉實(shí)體的姿態(tài)呈現(xiàn)。這樣的結(jié)果固然有著經(jīng)濟(jì)因素的影響，但更多是基于對建筑內(nèi)部環(huán)境的功能性需求而采取的設(shè)計策略[2]。

從外部環(huán)境看，大樓位于一片工業(yè)區(qū)內(nèi)，幾乎完全被鐵路所環(huán)繞，附近的一座煤氣廠使當(dāng)?shù)赜兄鴩?yán)重的空氣污染。正因如此，賴特選擇以封閉內(nèi)向的姿態(tài)來面對這一糟糕的周邊環(huán)境，通過人工環(huán)境控制和合理化室內(nèi)配置解決內(nèi)部功能問題。主要的五層使用部分圍繞著高敞的帶有頂光的中庭進(jìn)行布局，中庭被四角作為垂直交通核的高聳塔樓環(huán)繞，塔樓頂部設(shè)有進(jìn)氣口來吸取外部較為清潔的上層空氣。垂直交通以及主動式空氣調(diào)控設(shè)備被安置在四角的塔樓中，每個塔樓底部均有一個抽風(fēng)機(jī)，可根據(jù)需要獨(dú)立運(yùn)行，通過地下室地板下的排氣管道相連以平衡負(fù)荷。在每個地下室的機(jī)房中，空氣被清潔、加熱或冷卻，之后被細(xì)分至一系列隱藏在內(nèi)柱后表面貫通各層樓板的立管中，立管在每層分別轉(zhuǎn)換到更細(xì)分的水平向管道，空氣即經(jīng)由這些管道輸送到每個樓層。天花頂部的每個梁均由兩個I型鋼拼成，空氣管道則安裝在兩個I型鋼之間的空隙中和陽臺前部形成的空心結(jié)構(gòu)中。所有的出風(fēng)口都位于梁和陽臺的下方，每層地板上一種特殊染色空心磚形成的粗格柵則充當(dāng)回風(fēng)口，通過外壁柱中隱藏的管道將空氣吸入并匯集在地下室，通過鼓風(fēng)機(jī)從塔樓墻體中的管道排出（圖3）。

得益于市政建設(shè)的發(fā)展，建筑在設(shè)計時內(nèi)置了電力管線與標(biāo)準(zhǔn)化的電力系統(tǒng)，不僅提供了電力照明以補(bǔ)足采光不足導(dǎo)致的昏暗，并且預(yù)留了與大規(guī)模辦公功能相適應(yīng)新型通訊電器如電話、電報機(jī)等的使用條件。因而賴特敢于采用外墻極少開洞的做法，以回避與外部糟糕環(huán)境的任何視線聯(lián)系與噪聲干擾，從而使建筑呈現(xiàn)極為封閉而內(nèi)外割裂的環(huán)境狀態(tài)。

圖3 拉金大廈典型通風(fēng)管與通風(fēng)口布置

3 拉金大廈對現(xiàn)代建筑設(shè)計的影響

在拉金大廈中，環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)在內(nèi)部功能和外部形式之間起著至關(guān)重要的作用，其最終形式來源于從環(huán)境調(diào)控出發(fā)的設(shè)計策略，而非在設(shè)定形式之后加入設(shè)備，在這一點(diǎn)上拉金大廈與那些使用環(huán)境調(diào)控設(shè)備的前輩們劃出了明顯的界限。環(huán)境調(diào)節(jié)的主體設(shè)備和垂直交通整合在相對獨(dú)立的塔樓內(nèi)，既解放并純粹化了主要使用空間，又以實(shí)體性的體量在構(gòu)圖上占有重要作用。形式生成的過程中明顯將主要使用空間與設(shè)備、交通所需的非主要使用空間分離，設(shè)備的引入強(qiáng)化了建筑的構(gòu)圖，形成了強(qiáng)烈的紀(jì)念性，明顯的軸線以及教堂中庭式的空間，正應(yīng)和了委托方希望將勞動與宗教和道德關(guān)聯(lián)的愿景[3]。

賴特采用磚砌這一結(jié)構(gòu)元素作為形成管井、樓梯等輔助功能的材料，并將這些輔助功能形成獨(dú)立的空心柱狀元素，同中心的辦公空間進(jìn)行區(qū)分。這是第一次將技術(shù)設(shè)施與結(jié)構(gòu)結(jié)合的空間表達(dá)，在操作層面對路易斯·康等新一代的建筑師提供了直接的范例。也即班納姆所說“在以結(jié)構(gòu)和外在形式發(fā)展為關(guān)注點(diǎn)的常規(guī)建筑史研究和作為人類環(huán)境創(chuàng)造發(fā)展的現(xiàn)代建筑史研究之間建立了聯(lián)系?！痹诶鸫髲B內(nèi)，無論是整體布局還是細(xì)部都與建筑功能與內(nèi)部經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)變保持同步。賴特尋求的是一種用以處理內(nèi)部空間的非物質(zhì)實(shí)體的技術(shù)手段，從而使設(shè)備和環(huán)境設(shè)計被良好地整合進(jìn)空間組織，在這之前空間的組織從未將其考慮在內(nèi)，這也是同時代歐洲建筑師們一直在追尋的現(xiàn)代建筑精神。遺憾的是，拉金大廈已于1950年被拆除。

賴特對于環(huán)境調(diào)控的態(tài)度并不只是依靠新型設(shè)備達(dá)成的，他所追求的是人類生存環(huán)境的品質(zhì)，而非先進(jìn)的技術(shù)，在同一時代他也建造了幾座沒有引用新型設(shè)備卻同樣通過設(shè)計手法改善了環(huán)境的建筑，他試圖將適度的技術(shù)與建筑結(jié)構(gòu)形式融合起來，這在他之后的有機(jī)建筑實(shí)踐中得到體現(xiàn)，并且對二十世紀(jì)的機(jī)器美學(xué)的出現(xiàn)與發(fā)展造成了深遠(yuǎn)的影響。