紡織材料在建筑中的創(chuàng)新應(yīng)用

李瀟鵬，徐倩藍(lán)，李 正，黃敏韻，朱佳瑜

(1.倫敦藝術(shù)大學(xué) 切爾西藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院，英國 倫敦 WC1V 7EY； 2.蘇州大學(xué) 藝術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215127；3.南京藝術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210013)

目前，傳統(tǒng)建筑材料仍然主導(dǎo)著建筑行業(yè)，但隨著紡織材料學(xué)、計(jì)算機(jī)科技和納米技術(shù)的進(jìn)步，紡織材料與建筑的關(guān)系逐漸緊密，越來越多的設(shè)計(jì)師和藝術(shù)家開始對紡織材料設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)和室內(nèi)設(shè)計(jì)進(jìn)行跨學(xué)科研究，以此拓寬紡織材料在現(xiàn)代建筑中的應(yīng)用范圍，重新定義人類居住空間的物理邊界與情感邊界，努力創(chuàng)造出多樣化和個(gè)性化的居住空間[1]。

紡織材料在建筑中的創(chuàng)新應(yīng)用分為常規(guī)創(chuàng)新應(yīng)用和新概念創(chuàng)新應(yīng)用。在常規(guī)紡織材料創(chuàng)新設(shè)計(jì)應(yīng)用中，其創(chuàng)新通常體現(xiàn)在建筑的室內(nèi)裝飾物和其他室內(nèi)軟裝用品上，例如窗簾、床上用品、抱枕、壁掛和沙發(fā)等常見物品，或者直接作為墻壁的裝飾藝術(shù)。這些傳統(tǒng)紡織材料制品通常具有裝飾美化、保暖防潮和塑造空間等作用[2]。在現(xiàn)代紡織材料設(shè)計(jì)中，其創(chuàng)新應(yīng)用通常受到新思潮與新理念的影響，這些新概念設(shè)計(jì)通常包括可持續(xù)性設(shè)計(jì)、人性化設(shè)計(jì)、藝術(shù)化設(shè)計(jì)和參數(shù)化設(shè)計(jì)等[2]。

本文選用現(xiàn)當(dāng)代設(shè)計(jì)案例，采用文獻(xiàn)研究、內(nèi)容分析和案例分析等方法，分析紡織材料在建筑中的創(chuàng)新應(yīng)用，明確紡織材料在建筑中的作用與特性，并對其進(jìn)行了歸類與分析。以期對未來紡織材料在建筑中的創(chuàng)新應(yīng)用提供參考。

1 紡織材料概述

紡織材料是紡織工業(yè)的一個(gè)常用術(shù)語，具體是指纖維及纖維制品，它的主要表現(xiàn)形式是纖維、紗線、織物，包括與其相關(guān)的復(fù)合物等。紡織材料分為天然纖維與人造纖維，如棉、毛、絲、麻即是傳統(tǒng)意義上的天然纖維；金屬纖維、玻璃纖維、化學(xué)纖維等屬于人造纖維。

1.1 建筑用紡織材料

在過去的幾十年里，紡織材料學(xué)研究的具體內(nèi)容發(fā)生了巨大的變化，熱塑性塑料、超細(xì)和超堅(jiān)韌的微纖維、輕質(zhì)皮和透氣膜的出現(xiàn)給室內(nèi)紡織材料帶來了更多選擇。熱塑性塑料通常作為3D打印的原料，可用于服裝或建筑；微纖維材料以玻璃或碳纖維的形式出現(xiàn)，被用作混凝土建筑中鋼的替代品；輕質(zhì)皮和透氣膜材料則形成了一種新的室內(nèi)裝飾品，它們作為建筑空間重要的、完整的組成部分，通常應(yīng)用于室內(nèi)紡織品以提高其舒適性[3-4]。新的工程紡織材料即通過一些改進(jìn)的織物制造技術(shù)生產(chǎn)的紡織材料，其已經(jīng)作為木材、金屬和玻璃等重型建筑材料的替代品，將織物帶到了輕質(zhì)建筑應(yīng)用的前沿[1,5]。

1.2 紡織材料與計(jì)算機(jī)科技

計(jì)算機(jī)與紡織設(shè)備具有相同的數(shù)學(xué)運(yùn)算邏輯和像素化的生成模式，如Charles Babbage受Joseph Maria Jacquard的提花機(jī)啟發(fā)，在1837年設(shè)計(jì)出了第一臺通用機(jī)械計(jì)算機(jī)，其分析引擎中包含受提花機(jī)啟發(fā)的穿孔卡片[6]。此外數(shù)字化紡織技術(shù)日益成熟，發(fā)展至今甚至出現(xiàn)了各種建模軟件，例如3Dmax和犀牛[7]。計(jì)算機(jī)建模技術(shù)的發(fā)展也給建筑帶來了新的可能性，使更多極具藝術(shù)感和創(chuàng)造性的裝置藝術(shù)和建筑得以問世。

1.3 紡織材料與納米科技

由于納米技術(shù)的進(jìn)步，人類對于微觀世界的觀察與研究不斷深入，微觀世界給紡織材料在建筑中的創(chuàng)新提供了大量靈感。紡織材料理論家Victoria Mitchell指出[8]：紡織品由內(nèi)而外的開放繼續(xù)揭示了其隱藏的知識軌跡。紡織材料的微觀研究給裝置藝術(shù)與紡織制品的融合創(chuàng)造了新的可能性，很多室內(nèi)網(wǎng)格元素的裝置藝術(shù)都能隱約看到微觀世界的影子?？梢姡徔棽牧吓c納米科技的融合為現(xiàn)代建筑提供了無限的可能。

2 紡織材料在建筑中的作用

2.1 紡織材料對建筑的空間塑造

紡織材料參與空間塑造的方法有2種，即直接作為建筑材料加以應(yīng)用和作為藝術(shù)裝飾材料疊加混合使用，以達(dá)到預(yù)期的空間塑造效果。

2.1.1 建筑用紡織新材料

紡織材料直接作為建筑材料時(shí)，通常以帳篷等形式或者新材料出現(xiàn)，其紡織材料包括不同的纖維，如聚丙烯、聚酯和聚酰胺等纖維[9]。例如帳篷表面通常使用不同的涂層材料，如聚氨酯(PU)、聚氯乙烯和聚四氟乙烯，利用這些涂層與紡織材料結(jié)合起到防水保溫等功能；新材料則主要是指部分微纖維紡織品，微纖維紡織品已經(jīng)可以單獨(dú)作為建筑材料塑造室內(nèi)空間，特別是能抵抗氣候條件的微纖維[4]。這種微纖維具有對空氣和蒸汽的滲透性，同時(shí)具有防水性能，是紡織材料應(yīng)用于建筑墻面的優(yōu)秀案例[9]。

Shoji紡織膜[10]是微纖維織物應(yīng)用于建筑墻面的代表之一，如圖1所示(攝影師：Anders Ingvartsen)。在Shoji中，針織織物被拉伸在了框架上用作建筑墻面，試圖重新定義針織織物在建筑中的應(yīng)用。并且由于Shoji紡織膜具有透光性，使得室內(nèi)空間具有光感，與傳統(tǒng)不透明的鋼筋混凝土建筑形成了鮮明對比。

圖1 Shoji紡織膜Fig.1 Shoji

2.1.2 建筑用紡織復(fù)合材料

隨著紡織材料新技術(shù)的快速發(fā)展，很多設(shè)計(jì)師開始嘗試使用三維紡織復(fù)合材料技術(shù)配合帳篷結(jié)構(gòu)，對傳統(tǒng)紡織建筑進(jìn)行創(chuàng)新。很多紡織材料也開始與建筑用鋼筋混凝土結(jié)合，如由玻璃或碳纖維制成的新型紡織品，現(xiàn)在也被用作混凝土建筑中鋼材料的替代品[4]。纖維材料可以阻止混凝土內(nèi)部微小裂紋的擴(kuò)展和抑制損傷的積累，不同性能的纖維對混凝土起到了不同的改善效果，基本可滿足不同建筑的性能需求[4]。1972年德國Frei Otto[11]設(shè)計(jì)的慕尼黑奧林匹克體育公園主體育場使用了大量具有先進(jìn)三維紡織復(fù)合材料技術(shù)的帳篷結(jié)構(gòu)，這些帳篷結(jié)構(gòu)由拉伸膜結(jié)構(gòu)的單層紡織品、電纜和壓縮鋼筋組成，是對建筑設(shè)計(jì)與紡織材料制品設(shè)計(jì)的一次革命性嘗試[1]。法蘭克福應(yīng)用科技大學(xué)(UAS)和德國登肯多夫紡織和纖維研究所(DITF)至今一直在研究多層、三明治形狀的三維紡織品在建筑空間塑造的應(yīng)用，這些三維紡織品包括不透明墻壁和透明或半透明屋頂元素，還包括“三維紡織品—泡沫間隔織物的輕質(zhì)墻體(3dTEX)”和“經(jīng)編、機(jī)織和泡沫間隔織物(ge3TEX)”這2個(gè)項(xiàng)目[4,12]。這些項(xiàng)目通過對于混雜纖維的研究，以提高混凝土的強(qiáng)度、韌性和耐久性，如圖2所示為“3dTEX”研究項(xiàng)目—經(jīng)紗針織和泡沫墊片織物[4]。

圖2 “3dTEX”研究項(xiàng)目—經(jīng)紗針織和泡沫墊片織物Fig.2 The “3dTEX” research project：warp-knitted and foamed spacer fabric

2.2 紡織材料美化建筑形象的創(chuàng)新應(yīng)用

2.2.1 室內(nèi)用品形象的美化

紡織材料對室內(nèi)用品的美化主要包括紡織材料類壁掛、窗簾和地毯等，很多設(shè)計(jì)師通過改變其形狀或者塑造新的圖案賦予其新的美感。2012年哥本哈根建筑住宅的山幕(Mountain Curtain)作為一種變革性紡織品，給紡織材料在窗簾上的應(yīng)用提供了新的思路(如圖3所示，攝影師：Anders Ingvartsen)。山幕結(jié)合了數(shù)字建模和手工制作，從淺到深創(chuàng)造了許多縫紉圖案[10]。其使用工業(yè)吸盤倒置窗簾，在空間中呈現(xiàn)了一個(gè)新的山脈形象，同時(shí)其作為室內(nèi)環(huán)境和室外環(huán)境交界的一個(gè)組成部分將人體與周圍環(huán)境分開，對于室內(nèi)光感的塑造起到了非常重要的作用。2016年的Sifter則是一種具有科技感的窗簾，如圖4[10]所示，其由4種紡織品制成，嵌入了13個(gè)傳感器來過濾和分配光線，從清晨至黃昏調(diào)節(jié)室內(nèi)空間的亮暗[10]。

圖3 山幕Fig.3 Mountain Curtain

圖4 Sifter細(xì)節(jié)圖Fig.4 Sifter detail

2.2.2 室內(nèi)用品功能的美化

紡織品對室內(nèi)用品的創(chuàng)新包括沙發(fā)套、床單、抱枕等，這些物品設(shè)計(jì)創(chuàng)新的主要方向是使用功能和裝飾功能，例如研究其織物圖案、織物厚度、表面結(jié)構(gòu)、間隔物單絲線密度和傾斜度，分析結(jié)構(gòu)參數(shù)對其沖擊壓縮行為的影響[11-13]。以沙發(fā)、座椅套和座墊等應(yīng)用為例，經(jīng)紗編織墊織物可以很好地結(jié)合其壓縮特性、透氣性和溫度調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，在保證舒適性的同時(shí)作為室內(nèi)紡織品美化室內(nèi)裝飾物品。

2.3 紡織材料對建筑中聲音的處理

紡織材料增強(qiáng)吸聲能力的基本原理即通過增加材料的纖維表面積、纖維粗糙度和彎曲度來增加聲音的能量消耗[14]。其中增加纖維表面積的方法是通過等離子體處理和堿處理，從而改變纖維的物理結(jié)構(gòu)[15]。玻璃纖維、泡沫纖維、礦物纖維等紡織材料長期被用作吸音材料，隨著人們環(huán)保理念的持續(xù)深入，這些傳統(tǒng)吸聲紡織材料正在被其他紡織材料取代[15]。

2.3.1 建筑墻面中的吸音紡織材料

在音樂廳建筑中，紡織吸音器具有降低噪音的特殊功能，通過控制混響時(shí)間或消除回聲以提高語音的清晰度，促進(jìn)音樂廳有更加多元生動(dòng)的聲音。多孔吸收器和面板吸收器用于吸聲，其主要材料是纖維狀、顆粒狀或細(xì)胞狀物質(zhì)，通常出現(xiàn)在電影院和歌廳的墻面,例如羊毛基建筑材料由于其低能耗和低環(huán)境影響而被越來越多地使用[14]。

2.3.2 建筑中的吸音紡織材料裝置

Frances Crow和David Prior使用合成紡織材料丙烯酸制作了“Organ of Corti”[16]。“Organ of Corti”是一個(gè)4 m高的丙烯酸圓柱體的格子，又被稱為“聲音晶體陣列”，其可減弱發(fā)生在周圍的噪聲頻率，將聲音轉(zhuǎn)化為大腦接收到的電脈沖。其強(qiáng)調(diào)了聲波脈沖的同時(shí)降低了周圍噪音，使聽者對聲音的感知產(chǎn)生微妙的變化。裝置本身并不會(huì)產(chǎn)生任何噪音，但可以讓聽者集中注意力，并立即與包圍它們的真實(shí)聲音緊密接觸，循環(huán)利用聲音。

3 紡織材料在現(xiàn)代建筑中的應(yīng)用特性

在5G智能化的今天，科技成果日新月異，新概念高科技含量的紡織材料層出疊見，其作為現(xiàn)代建筑的材料完全能夠勝任，并且能夠提升建筑材料的美學(xué)價(jià)值。

3.1 人性化

建筑設(shè)計(jì)、室內(nèi)設(shè)計(jì)和紡織設(shè)計(jì)的本質(zhì)都是以人為本[17]。人性化通常體現(xiàn)在人與建筑的交互之中，旨在從根本上改變?nèi)祟惻c室內(nèi)設(shè)計(jì)的關(guān)系。即把建筑看作是有情緒的生物，通過紡織品把人類從使用者升級為建筑中的參與者[7]。建筑內(nèi)的紡織品作為一種介質(zhì)體現(xiàn)建筑中的人性化設(shè)計(jì)。例如聚合光子纖維(POF)、刺繡和氈的結(jié)合，創(chuàng)造了穩(wěn)定的二維和三維形式的同時(shí)也提高了紡織表面的觸感質(zhì)量[18]。部分人性化紡織材料制品設(shè)計(jì)則涉及到計(jì)算機(jī)技術(shù)，如通過觸摸屏、手機(jī)等對產(chǎn)品進(jìn)行操作，利用嵌入在產(chǎn)品中的照明圖案與用戶進(jìn)行交互等[19]。飛利浦公司通過將一個(gè)發(fā)光二極管與集成電子設(shè)備應(yīng)用在柔軟的家具上來達(dá)到與用戶交互的目的；互動(dòng)研究所則是開發(fā)了基于互聯(lián)網(wǎng)連接的互動(dòng)枕頭[18,20-21]；建筑師Mette Ramsgard Thomsen[7]將紡織中的編織技術(shù)結(jié)合電樞元素進(jìn)行設(shè)計(jì)，將其稱為“數(shù)字化工藝”。數(shù)字化工藝基于紡織品材料和交互傳感器技術(shù)發(fā)展，使室內(nèi)空間會(huì)由于人類活動(dòng)而改變，從而使室內(nèi)紡織品更加像一個(gè)具有感情的情緒化生物。2007年Thomsen和Tony一起用疊壓、褶皺和其他紡織手法探索數(shù)字化工藝，用編織纖維實(shí)現(xiàn)了一個(gè)室內(nèi)裝置“Strange Metabolisms”，如果編織的纖維被用戶拉動(dòng)它就會(huì)自行解開[7]。

3.2 藝術(shù)化

隨著大眾審美需求的多元化，建筑藝術(shù)化創(chuàng)新成為了當(dāng)代設(shè)計(jì)的新要求。建筑藝術(shù)化有時(shí)候往往可以帶來意想不到的效果，越來越多的設(shè)計(jì)師使用可塑性紡織材料制品作為結(jié)構(gòu)或者框架制造一個(gè)極具藝術(shù)化的大型建筑裝置。這些建筑裝置在視覺上與微觀紡織品有一定的相似性。紡織理論家Victoria Mitchell提出[7]，如果要理解紡織品和建筑之間的關(guān)系，要轉(zhuǎn)向原材料的研究，從編織的微觀結(jié)構(gòu)入手。

通過這些微觀的紡織結(jié)構(gòu)可以探索紡織材料在建筑上的新思路。這些建筑開始使用紡織服裝的術(shù)語：“縫”作為連接方法；“填充”作為絕緣層；“網(wǎng)”作為不同分層的交錯(cuò)[16]。例如Numen/ForUse設(shè)計(jì)公司2014年設(shè)計(jì)的室內(nèi)裝置應(yīng)用“Tape”，其使用了上千股膠帶，創(chuàng)造出了一個(gè)寄生結(jié)構(gòu)建筑裝置(如圖5所示)：“橫濱網(wǎng)格風(fēng)暴(Net Blow Up Yokohama)”使用了大量網(wǎng)狀的室內(nèi)裝置藝術(shù)，是一個(gè)沒有外部構(gòu)造或內(nèi)部骨架支撐，完全由紡織品構(gòu)成的建筑裝置[7,22]。

圖5 橫濱網(wǎng)格風(fēng)暴Fig.5 Net Blow Up Yokohama

3.3 可持續(xù)化

可持續(xù)化設(shè)計(jì)成為了當(dāng)代紡織室內(nèi)設(shè)計(jì)非常重要的部分[23]。可持續(xù)化設(shè)計(jì)的核心是對于環(huán)境的保護(hù)，因此許多建筑內(nèi)部空間開始與綠色植物相結(jié)合。如Loop.pH公司運(yùn)用紡織思維和技術(shù)創(chuàng)造了“藻類幕(Algae Curtain)”作為2012年在法國里爾安裝的“能源未來”裝置的一部分，眾多透明管被打結(jié)在一起形成大型的生物活性窗簾，活藻類被加入管道網(wǎng)絡(luò)吸收周圍的日光，并創(chuàng)造植物性生物燃料[24]。通過可持續(xù)化設(shè)計(jì)，可以提高紡織與現(xiàn)代建筑內(nèi)部空間和外部結(jié)構(gòu)的交聯(lián)，創(chuàng)造具有生命力的建筑肌膚與內(nèi)臟，促進(jìn)人類與建筑的交互。

4 結(jié)束語

在研究建筑用紡織材料的基礎(chǔ)上，對紡織材料在建筑中的作用進(jìn)行分析；分類細(xì)化研究了紡織材料在現(xiàn)代建筑中的特性。紡織材料在建筑中有許多創(chuàng)新應(yīng)用，甚至部分已經(jīng)直接應(yīng)用于建筑材料之中。紡織材料在很大程度上仍然局限于對建筑內(nèi)部空間的裝飾應(yīng)用，但是紡織材料在高科技的推動(dòng)下也不斷出現(xiàn)更新以滿足現(xiàn)代式建筑的需求，例如3D打印式的現(xiàn)代各類建筑物、隔音紡織建筑材料等。設(shè)計(jì)師可利用紡織材料新科技的成果進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括紡織材料與計(jì)算機(jī)技術(shù)和納米技術(shù)融合交叉后呈現(xiàn)的各類創(chuàng)新成果。未來，設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)更多地利用紡織材料制品的各種屬性對于聲音、光、熱的調(diào)節(jié)，以期對建筑內(nèi)部空間和外部結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。