动态响应光环境的群集式采光策略

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动态响应光环境的群集式采光策略—基于材料性能的非线性建筑界面

2014-08-28 CNSPEC 臻言-CNSPEC

形成建筑界面的材料对建筑的环境适应性能来说一直以来扮演着重要的角色。问题的关键在于需要了解材料的性能，并将其充分的发挥出来。

北方的砖材形成的实体建筑，南方的木材形成的干阑建筑，都体现了如何发挥材料的性能来使建筑达到适应环境的目的。

砖材形成的实体建筑

木材形成的各类建筑空间

用非线性的思维研究建筑形态适应环境的策略以及数字化技术应用的发展，对材料的“智能性”性能的探讨与研究已成为建筑界面适应环境的一个重要方面，它开拓了传统材料性能的潜力发挥的新天地，通过形成建筑界面的材料自身具有的对外界环境的变化发生所发生响应的性能使建筑界面具有对其周围环境发生自适应性响应的能力，从而使建筑适应外界的环境。

适应方式具有以下几个特征：

(1)木材热胀冷缩的性能与群集式动态界面的“活性”响应

材料的易变性和内在响应的特性是指材料在受到外界环境的作用时，或者外界环境条件的变化时，会发生响应性的形态或性质的改变。这是聚合式建筑形体冗余性应变的本质因素之一。

Michael Hensel与Defne Sunguroglu通过研究木材的性能，探索了木材受热和受潮时的可变特性及其外界刺激的响应后如何对性能化设计产生了实质性影响，从而为聚合式建筑形态的发展提供了可能性。这一研究项目旨在开发一种表面结构，对于相对湿度，不需要任何机械控制装置，适应多孔的表面及相关的十字通风口。材料湿度变化引起的响应，相关材料元件的变形也会造成响应。这会影响建筑界面的孔隙度。在设计过程中须考虑环境影响、物质响应和系统特点等要素的互相调整的复杂动态工况。

(2)植物周期性生长凋谢与群集式动态界面的“活性”响应

植物对气候的活性相应是天然高效的。从建筑物理学的观点来看，植物枝叶之间以及植物与建筑之间滞留的空气间层形成了气候缓冲层，而植物随季节变化也对这个气候起到了调节作用，对建筑而言，这是能在大自然中直接获取和借用的、不输入能量就自动完成的应变界面。

植物与建筑界面相结合对外界环境进行“活性”响应是建筑界面使建筑生态化一个重要策略。如图AA教学实践中，由马科尔.波莱托与克劳迪娅.帕斯奎罗组成的生态工作室在这方面进行了探索。他们在2006年伦敦双年展和2006年威尼斯双年展中展出的STEM项目，利用植物在阳光作用下的适应性性能，使用海藻（Blank-etweeds）作为有机材料形成一套由许多“胶囊”单元体组成的材料系统。因为海藻是这个星球上最有效率的CO2吞食者，而且它们含有油脂，当过度生长的时候，可以用作生物燃料。因此，在吸收CO2和通过光合作用产生氧气时，STEM是“活态“的筛光系统，能够保持和阻挡直射光。STEM的生长变化与阳光密切相关；阳光越多.产氧量越大，阻光性能发挥得越好；阳光越少，光合作用越弱，它的透光性就越好。

STEM材料系统不是简单地对植物材料直接利用或者植物性能的被动利用，而是通过整合各项要素充分体现非线性界面的内涵特征:首先通过对物质性的加工、转换，形成可具有一定结构性能的单元体，根据形体需要灵活地自组织界面；其次，对植物随阳光变化的性能并不是直接被动地利用，而是在其单元化发挥性能的前提下，使其对外界环境具有参数化调节的应变性能，以对差异化与敏感性进行响应；第三、新的STEM原型整合了交互显示系统，以便反馈已使用的氧量级别。整体的系统配置、液态透光度和呼吸潜能的空间辐射梯度是有初值定义的。但是，生物材料一旦开始生长变化，各项参数则会互相影响，系统运行取决于常量的变化需要、以便用户进行人工操作和交互处理。