现代工业建筑外遮阳整合趋势研究

邵志伟,熊 浩

（1.山东建筑大学建筑城规学院, 济南250101；2.山东同圆设计集团, 济南250100）

1 引言

当传统工业建筑还以一种简洁外墙、大面积带型窗的形象留在人们记忆中时，新型现代工业建筑已呈现出多样化的趋势。由于现代工业生产方式和流程的发展及建筑节能意识的提高，使得工业建筑设计已经突破原有建筑设计的常规模式，为工业建筑立面选择提供了更多的可能性。建筑师在设计中不再过分强调体块、平面的形式构成，开始借助新的技术材料，通过如建筑外遮阳类型及立面特征选择，及两者间构造结合方式的变化，求得建筑形式的创新，逐渐形成我们在工业建筑创作中可以使用的新的设计语言。建筑外遮阳作为展示建筑立面最直观的表现元素，还影响着建筑的空间、外围结构和人们活动感受，在充当内外空间媒介的同时，也展现了工业建筑的个性。

2 传统的工业建筑外遮阳特性及方式

2.1 遮阳材料的局限性

主要表现为传统遮阳材料的单一性，以及遮阳固定加工技术或控制方式简单性二个方面：

2.1.1 材料的单一性

传统工业建筑遮阳材料，主要以竹木、砖石、混凝土为主（图 1）。竹木材料由于缺少科学防护措施，容易受到太阳光线和雨水等外界因素影响腐蚀，使得遮阳周期不能长久。以砖石、混凝土制成的建筑外遮阳，由于材料本身具有较高蓄热系数，使得其本身在对建筑遮阳的同时，又将吸收的太阳热辐射传递给建筑室内，造成遮阳效率不够明显。

图 1 传统遮阳材料

2.1.2 固定加工和控制技术简单

对于传统建筑砖石和混凝土遮阳产品，主要是在建筑施工过程中根据建筑的工程进度与建筑主体一起形成，或以预制方式直接安装，而竹木遮阳产品粗加工过程则较为简单。

固定式遮阳常是结合建筑立面、造型处理和窗过梁设置，用钢筋混凝土等做成的永久性构件，常成为建筑物不可分割和不能变动的部分；缺点是不能根据季节、天气和一天时间的变化调整以满足室内环境（如采光与热流控制等）需求，缺少灵活性。

而室内多是利用简单的机械传动方式，来实现产品的遮阳功能，是一种成本低、实施简单的控制方式。比如百叶帘遮阳可以使用手动方式或简单的机械控制技术来实现百叶的开合和角度的调节（图 2）。

图 2 简单机械控制遮阳

2.2 传统的遮阳方式

2.2.1 自然遮阳

自然遮阳如通过植被在建筑周边或者在建筑立面等围护结构上来遮挡太阳光线对建筑的热辐射。植被式外遮阳还能起到隔声防尘、降低风速、净化空气、改善建筑环境微气候等作用（图 3）。

图 3 传统的植被式外遮阳

也可以将具有攀爬和吸附能力的植被种植在墙角地面上，随着植物的生长覆盖在建筑的外立面上，进而遮挡太阳光线。由于植物的攀爬与吸附能力不同，所以大多选用表面粗糙的建筑墙面，如清水砖墙、石墙等（图 4）。

图 4 攀爬和吸附能力的植被

2.2.2 以构件方式为主的遮阳

建筑构件遮阳是在设计和建造过程中专门设置的遮阳构件，大多数是固定不可调节的。主要有以下几种类型：

（1）各种形式的遮阳板及遮阳隔栅，这是最常见的构件遮阳类型，形式也多种多样（图 5）。

图 5 遮阳板及遮阳隔栅

（2）建筑出挑屋顶及雨棚，对于单层或高度较低的建筑物而言，利用屋顶或挑檐遮阳比较适用（图 6）。

图 6 出挑屋顶及雨棚

（3）屋顶及窗户遮阳棚，其作用是保护屋顶以及建筑室内不受暴晒，降低室内热负荷（图 7）。

图 7 屋顶及窗户遮阳棚

由于传统工业建筑遮阳产品取材多直接来自竹木砖石等自然资源，其经济成本一般都较低，其构造技术也相对简单。在满足经济、实用的情况下，然后尽量去考虑工业建筑的美感。

3 现代工业建筑外遮阳整合新特性及趋势

3.1 复合材料的综合应用

关于现代工业建筑外遮阳复合材料的综合发展，主要表现在金属及无机非金属材料应用、遮阳产品加工水平提高、遮阳自动化程度提高三方向。

3.1.1 金属及无机非金属材料应用

金属坚固耐用、易加工等优势使其成为外遮阳产品中使用最为广泛的材料。在外遮阳产品实际加工既可以用强度较大的不锈钢、轻质的铝锌等原料制作，也可以制成各种合金的遮阳产品。而无机非金属材料制成的遮阳产品，如薄膜、玻璃等则又具有不一样的性能，如耐腐蚀、具有韧性等优点（图 8）。

图 8 金属与无机非金属材料

玻璃幕墙是现代建筑的代表特征之一，其自身的隔热能力在很大程度上决定了室内温度。在外遮阳产品中使用玻璃材料，具有使用寿命长、防水防尘、抗风压性好等特点，但必须通过对玻璃的技术加工来加强遮阳功能，才能降低进入室内太阳辐射热，如在钢化玻璃上进行上釉烧结，用丝网印花法设计图案，喷砂法使玻璃变的模糊等等方式。一般常见的有染色光化学玻璃、热反射玻璃等。

双层表皮幕墙外遮阳是由挡光构件、空气间层（空腔结构）、内外表皮等整合设计共同构成。它们作为建筑的外围护结构，同时还有遮阳隔热的功能，是一个不可分割的整体。通过其空气间层及构件来阻止太阳光线穿过建筑的外围护结构，同时双层表皮幕墙空气间层的挡光构件吸收的热量通过空气间层内的气压将其带走，不会因为构件的热辐射使得建筑室内的温度升高，形成良好遮阳隔热效果。

3.1.2 遮阳产品加工水平提高

各种遮阳材料根据遮阳功能需求进行加工，常用的加工方法有打孔、压花处理。金属遮阳板的形状、打孔的大小、排列方式及表面纹理都会影响到遮阳效果（图 9），常见的金属材料外遮阳类型主要有卷闸帘和机翼翻板遮阳。

图 9 形状与纹理不同的遮阳板

机翼翻板遮阳是安装在建筑物外立面的大型遮阳，一般是由连续的金属板构成百叶状的遮阳形式。由于金属的性能优势，建筑采用机翼遮阳可抵挡紫外线并吸收对人体有害的辐射，并有效遮挡太阳直射产生的热量，节约至少30%的空调消耗，并最大可承受130km/h的风速，降低现代建筑物外部裸露的玻璃幕墙所要承受的风压（图10）。

图 10 数字化控制机翼翻板遮阳

3.1.3 遮阳自动化程度的提高

固定式外遮阳已经无法满足建筑的舒适化要求，遮阳的灵活性显得越来越重要，可以适宜气候环境的变化，从而获得良好的室内环境。

数字化控制作为一种智能化遮阳控制技术手段，在现代工业建筑外遮阳的设计中，尤其是在高层建筑和遮阳面积较大的工业建筑中，得到较多应用。目前国外成功开发的智能控制系统主要是时间控制和气候控制两种。时间控制系统需要事先根据当地太阳在不同季节的不同起落时间进行记录，根据记录的时间准确地控制遮阳角度和升降；而气候控制系统则是指装有太阳追踪、温度、雨量、风速等的感应器根据气候的变化对建筑外遮阳构件进行自动调节的外遮阳智能化整体系统（图 11）。

图 11 数字化控制遮阳

3.2 现代的外遮阳整合方式

3.2.1 现代的立体生态外遮阳整合

与传统的吸附式植被外遮阳不同，现代的立体植被外遮阳已成为工业建筑外遮阳与立面整合设计较为新颖的一种遮阳方式。即将植被置于外立面或屋顶来阻止太阳光线对建筑主体的直射。立体植被外遮阳所需的维护管理成本较低，能够减弱建筑墙体温度变化幅度，起到天然的净化空气、保湿隔音、保温隔热方面等效果。按植物生长方式的不同可分为：垂吊式和支撑式植被遮阳两种类型。

垂吊式植被遮阳将垂延性植物种植在阳台、屋顶等预留的建筑构件上，再利用其生长植被对建筑窗洞口、墙体立面进行遮阳。支撑式植被遮阳主要通过外立面安装的承重支撑结构，形成一定的植物攀爬与生长的空间，以遮挡太阳光线对建筑立面窗洞口等照射的一种遮阳方式，（图12）。

图 12 垂吊式与支撑式植被遮阳

覆土：从古代覆土就己经被应用在一些居住建筑上，如窑洞不仅节约用地，还能起到了遮阳等节能的作用，对于周围环境的自然景观更有特色，上面覆盖的植被也将其很好的融入了周围的优美环境中（图13）。

图 13 覆土植被遮阳

3.2.2 建筑外遮阳与立面体量整合设计

工业建筑立面设计中，建筑遮阳不仅是减少能耗、实现建筑功能的技术措施构件，也是建筑立面上的一种艺术性视觉造型元素。在遮阳设计与工业建筑艺术的整合中，需要掌握各方面影响因素，选择好合理的遮阳方式后也要让整个工业建筑满足审美需求，使整栋建筑外观让人赏心悦目。

在结合遮阳的建筑形体设计时，可以通过工业建筑形体选择和体量组合设计来实现建筑外遮阳与立面的高度整合。下面通过六种结合遮阳的建筑体量设计方法有助于对工业建筑形体的创作，使建筑造型充满生机与活力，进而组成一系列遮阳空间来改善工业建筑的节能和对环境的适应性。

挖减：在基本的建筑空间形体运用减法的原则，使其成为工业建筑的使用空间和外界交流的缓冲空间，有加强通风、遮阳的作用，同时还使建筑的整体造型丰富多彩。

出挑：利用结构的出挑，获得阴影空间以能够遮挡辐射和降雨的影响，主要有挑檐、挑台、挑廊等形式（图 14）。随着技术的发展，在工业建筑形体的设计中，可以将这些空间改造成生态缓冲空间，起到更好的复合作用。

图 14 挖减与错位

错位：在建筑平面或竖向上使建筑形体交错连接，使其在彼此之间不影响自然通风的情况下，又可起到遮阳的作用。这种方法通常会创造出富有表现力的建筑造型，是现代工业建筑设计中常用的手法之一。

扭转：这种形体设计手法可以为建筑争取相对较好朝向。如“锯齿形”造型可以将原来建筑的朝向经过旋转45度，调整为偏南朝向。从而在很大程度上改善了建筑朝向，同时也增加了建筑的动感和韵律感（图 15）。

图 15 错位与扭转

倒置：让建筑造型像倒置的椎体，从上往下采用层层内收的方法，从而使建筑下部能避免直接受到阳光的照射。这对整体结合遮阳的建筑形体设计具有巨大的启示作用，并能产生奇特的造型艺术效果。

凹凸：在建筑的平而设计中利用体形本身的凹凸变化，进行形体之间的相互遮挡，并起到隔热遮阳的作用，同时在凹进去的部分开窗，能够起到较好的遮阳效果（图 16）。

图 16 倒置、凹凸

在建筑遮阳设计与工业建筑艺术的融合中，技术与艺术美学结合对建筑视觉造型有着积极意义。建筑遮阳构件是一个活跃的立面造型元素，良好的遮阳设计方式和构件不仅对建筑形体塑造有很大的影响，也符合建筑可持续发展的要求。传统工业建筑外遮阳中，构件与建筑立面两者间的美学要素关系不够紧密，现代遮阳构件通过多种复合表皮的形式融入到建筑之中，并以节奏与韵律、虚实与凹凸、光影与层次等美学原则表现出来。

4 现代工业建筑外遮阳的整合发展趋势

4.1 智能化

高新科技的发展促使各个领域的产品趋向于智能化控制和利用，建筑遮阳也不例外。随着智能楼宇概念的提出，重新塑造了建筑的新形象，赋予建筑以生命，促进了人与建筑间的沟通，是当下追求科技与人性共赢目标的必然产物。由于遮阳系统具有很强的塑造性，成为智能楼宇系统最具发展潜力的分支，在其设计阶段就利用技术控制遮阳系统集成了楼宇智能化的概念。已成功开发出气候电机控制和时间电机控制系统，开辟了建筑遮阳智能化发展的新道路。

4.2 复合化

遮阳作为建筑立面上不可或缺的功能及装饰元素，其设计的好坏直接到影响建筑的外观效果、运行状况、使用寿命等方面。随着时代的进步，人们对建筑性能的要求越来越高，这就促使遮阳功能向多元化发展，即遮阳不仅仅局限于遮挡阳光，还融合了保护墙面、引导通风等方面的作用。将遮阳设计与建筑其他方面的设计相复合并构成整体，实现功能的多样性，是建筑遮阳近年来最显著的发展趋势。复合化做法可将遮阳设计与外廊设计、屋顶设计、阳台设计、墙面设计等复合，节约能源的同时又实现了功能的多样性，这种将建筑遮阳复合化的做法受到建筑师的广泛认可，这也是形成当下发展趋势的原因。

4.3 创新化

人们对建筑遮阳的研究并不仅局限于形式和控制方面，而是逐步倾向于工艺和材料方面的创新，于是出现了多种具有独特优点的新型遮阳。这些建筑遮阳虽目前未被广泛使用，但不可否认的是经过实践检验后成功的新型遮阳会逐步被接受，最后形成发展趋势，这也是当今世界科技发展的要求。

4.4 规范化、专业化

建筑遮阳的节能效果毋庸置疑，在当今能源问题的驱动下，普及使用遮阳只是时间问题。为了避免建筑遮阳行业混乱现象的发生，其发展需走稳健的道路，即在规范遮阳领域的前提下使遮阳产品专业化。如今遮阳厂商也如雨后春笋般涌现，在优胜劣汰的良性竞争下，可以发现留下的终究是正规专业化的优秀企业，这就促使遮阳产品向着规范化、专业化的方向发展，可以说，这是遮阳企业能够长远发展的唯一也是必然出路。

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