感性美学与理性构法学的相互影响——以托莱多美术馆玻璃展示厅的分析为例

李相宜，裘　知

(浙江大学 建筑工程学院，浙江 杭州310058)



感性美学与理性构法学的相互影响——以托莱多美术馆玻璃展示厅的分析为例

李相宜，裘知

(浙江大学 建筑工程学院，浙江 杭州310058)

摘要：从托莱多美术馆玻璃展厅独特的简洁美感的出发，从概念、材料、结构、节点几个理性构法方面分析建筑美学的实现方式。探讨感性美学与理性构法的相互影响。

关键词：托莱多美术馆玻璃展厅；圆角玻璃；双层玻璃空腔；双边玻璃固定体系

托莱多美术馆玻璃展示厅，坐落于美国俄亥俄州的一座曾经以生产玻璃器具而闻名的小城——托莱多。由于建筑的功能是作为一个玻璃艺术品展示的空间，因此SANNA建筑设计事务所在设计概念上提取了玻璃的元素，通过最纯粹最简洁的“玻璃的建筑盛放玻璃工艺品”的方式来还原小城的玻璃历史。

在结构方面，由于建筑分为地上与地下两层，且地上部分的通透性尤其重要，因此地下层为钢筋混凝土结构，而地上部分则采用更为轻质的钢结构。

在功能方面，虽然SANNA通过玻璃空腔的方式划分功能，极力将建筑的纯粹性最大化，但考虑某些特殊功能如厕所等不能全通透处理，因此也做了一定的退让：将这些功能放置在位置合理的黑房间里，墙面选用白色涂料。地上层主要为展区与开放藏品区，是对外开放人流密集的区域，而地下则主要为设备用房和储藏空间。

另外，日本建筑师追求极致的纯粹建筑美学，虽然从视觉上产生极致的美学效果，然而给施工和造价带来极大困难和隐患。在本项目中，最大的成功之处在于其跨国大生产，如日本建筑设计，德国结构设计，以及澳大利亚与中国参与的材料生产等。正是这种跨国合作才实现了建筑美学、施工、造价等方面的调和，保证了建筑作品最终的完成[1]。

一、建筑美学解析

托莱多美术馆玻璃亭的设计将建筑的纯粹性做到极致，建筑采用了最纯粹的白色与最通透的玻璃相结合，整座建筑给人的感觉可以用三个词来概括：干净、通透、轻盈。SANNA不仅仅是在做建筑本身，更是将建筑做成了一个玻璃展品，一个工艺品。纯粹性的体现，大致归结为以下三点：

1.超大玻璃的运用

SANNA认为，为了使玻璃的纯粹性最大化，要在隐藏幕墙结构固定部分的基础上要求玻璃间接缝最少，因此在相同的玻璃面积需求下，对玻璃的尺寸提出极为严苛的要求：超大玻璃的标准尺寸为2.44*3.96 m[2]。

2.柱子

为了将玻璃的纯粹推向顶点，要尽可能把柱子隐藏。因此一部分柱子被隐藏在墙体中，另一部分则被置于玻璃空腔中，由于玻璃夹层的双重透明，双重折射，双重反射现象，柱子的存在感也会被削弱。

3.墙与楼板

在颜色的选择上，选用了白色。从外面看，尤其是在灯光开启时的夜晚，墙与楼板几乎看不到界线，很好地融入了玻璃的纯粹体系。屋面被设计得非常轻薄，仅0.6 m的厚度里却容纳了结构、设备、保温、防水等等[2]。吊顶采用白色涂料，地面采用浅色光面大理石，光线在吊顶、地面与玻璃墙面之间自由反射，达到光线自然融合的效果。

二、建筑构法对建筑美学的呼应解析

理性的建筑构法为感性的建筑美学的实现提供坚实的保障。无论是在选材、理念还是细节处理方面，SANNA在这幢看似面积不大又无复杂结构的作品中付出了相当大的心血，这也使得整幢建筑的成本相当惊人。本文从材料、结构体系、特殊节点设计三个方面分析建筑构法对建筑美学的呼应。

1.主要材料：大尺寸低铁白玻璃

(1) 白玻璃。由于白玻璃所含有的杂质较普通玻璃小很多，因此白玻璃的透光性能远远高于普通玻璃，这使得外界光线即是透过多个双层玻璃空腔体系仍然能够保证足够的光线强度照亮室内。

(2)材料性能。白玻璃具有非常好的透光性，实验显示，6 mm厚的白玻璃透光率达91 %以上，而普通玻璃只有约80 %。另外由于白玻璃的成分中铁的含量很低，因此白玻璃对各波段的光吸收比较均衡，而普通玻璃对绿色波段的光吸收较少，这就导致更多的绿色波段被反射出来使得透过普通玻璃看到的物体普遍偏绿色，因此白玻璃更能表现其内部展品的原本颜色。

(3)夹胶玻璃。由于低铁玻璃脆性很大，易碎，因此设计师采用夹胶玻璃的手法解决。夹胶玻璃由于通过专用设备将聚乙烯醇缩丁醛(PVB)胶片夹在两成或多层玻璃中间，经预热，预压后进入高压釜内热压成型而成，因此具备以下几种优良性能：

安全性：不易被击穿，破碎后碎片与胶片粘连，不易飞散。

节能性：有良好的隔热功能，可节电、节能。

隔音性：对声波具有阻击功能。

阻挡紫外线：可防止室内家具、物品的褪色。

(4)生产过程。由于整个项目对玻璃的尺寸有着极高的要求，而在当时，全世界仅有澳大利亚一家玻璃生产商可以生产这种超大尺寸的白玻璃，然而，澳大利亚没有弯曲这种超大玻璃的技术，也就在这时，中国的三鑫玻璃厂决定挑战这项高难度的玻璃加工任务。因此，在澳大利亚生产出来的标准尺寸的白玻璃通过海运运输到中国深圳的三鑫玻璃厂进行进一步的弯曲、夹胶、压膜等深度加工。

一般玻璃曲刚化是由机器在生产线上直接加热降温完成，但是因为本项目的玻璃尺寸大，因此不能使用曲刚化机器。三鑫玻璃厂投入50万美金制作了世界上最大的“高压锅”，使用特别的客制化模具与烤炉来弯曲本幢建筑的超大尺寸玻璃，具体生产过程可以概括为：客制化模具→加温炉→边部应力破损检查→复层校对→储存转移→胶合密闭→真空炉→完成合片。

(5) 运输。首先在澳大利亚生产出来的白玻璃通过海运运输到中国深圳，然后在中国加工好的弯曲的白玻璃通过较为经济的海运方式运回美国，如果在路上由于颠簸造成玻璃破碎的话，则需返厂重铸，最后通过空运运回美国如图1。由于白玻璃本身的生产成本就是普通玻璃的5倍，再加上制作工艺、尺寸、加工、运输等等特殊要求，托莱多美术馆玻璃厅单单玻璃一项材料的花费数量就是相当惊人的。

图1　超大玻璃的运输流程

(6)取得的效果。室内各个房间的自然光强度如图2，颜色越亮代表自然光照越充足。从图中可以清晰地看出，除颜色最深的5个实墙部分房间外，高档玻璃材料的选取以及三个采光内庭院的恰当布置，使光线即使透过多层玻璃也仍然可以达到自然的光线效果，使整个室内在白天基本不需要人工照明，这也是高成本的前期投入带来的后期绿色节能效应之一。

图2　自然光照下各个房间的明亮程度

2.结构体系：双层玻璃空腔与钢结构

(1) 双层玻璃空腔。由于整个项目坐落于美国俄亥俄州，考虑到俄亥俄州的气候条件对建筑的保温隔热效果有着很高的要求，因此一个外层保温隔热“表皮”就显得尤为需要。然而，专业的隔热玻璃与白玻璃不同，它的透光性能相对来讲要差很多，不能满足建筑对纯粹的极致追求，同时又很难做出本项目所需要的超大尺寸圆角玻璃，再加上隔热玻璃成本过高，考虑到隔热玻璃的诸多弊端，设计团队放弃了隔热玻璃的选择，与此同时，一个“双层玻璃空腔体系”的概念被引入到了设计方案中。

“双层玻璃空腔体系”的外层部分由大面积的平板玻璃和转弯处的圆角玻璃组成的倒角矩形构成，内层则根据建筑的结构、功能需求，围合出不同的空间。内层与外层间所夹出的空腔内部安装有空气调节设备，用以保证空腔内部的温度与湿度，这样既达到了保温隔热的目的，又有足够的灵活性来满足建筑师对建筑纯粹性的期望。也有部分空腔宽度较大可进入，以方便工作人员进入清扫。

就双层玻璃空腔体系的保温隔热性能而言，双层玻璃的每层玻璃都有两个反射面，因此光线穿透双层玻璃需前后经过两次折射与四次反射，这对于能量传递有着巨大的阻碍。在炎热的夏季，外界强光能量难以进入室内，而在寒冷的冬季，室内热量也很难通过空腔中巨大的空气热不良导体散至室外。

对比双层玻璃空腔体系与普通双层真空隔热玻璃体系，我们可以看出，由于空气与真空都是热的不良导体，而空腔的体积远远大于真空，再加上空腔内部装有空气调节设备，空腔体系较真空体系有更好的绝热作用。同时，真空体系的双层玻璃距离非常近，这就对于双层曲面玻璃的施工提出了相当高的要求，空腔体系相对显得更加灵活方便。

(2)钢结构体系。为了使整幢建筑的结构体系更加轻盈纯净，建筑选用了钢结构作为结构基础，其中用于支撑建筑的钢柱直径小到20 cm[2]，同时屋顶也尽可能地做薄。

为了使柱子的存在不要喧宾夺主，设计师花费两年时间用于设计与调整建筑的柱网位置，来用最大可能将柱子隐藏。如前所述，建筑师大致运用三种方式来隐藏柱子：将柱子放置在空腔内、将白色柱子放置在白色实墙附近、将柱子直接隐藏在实体墙内部。柱子与空腔、墙壁的几种位置关系如图3。

图3　柱子与空腔、墙壁的几种位置关系

3.一些特殊节点构造与施工细节

(1)双边玻璃固定体系。常见的玻璃幕墙体系，一般情况下都是四边或四角有金属固定体系，且玻璃的尺寸一般也都比较小，然而在本项目中，这些金属支架以及玻璃尺寸都是不符合建筑师对纯粹性的要求的。因此，建筑师大胆地提出了“双边玻璃固定体系”的想法。取消了玻璃固定体系的两个垂直部分的这种做法为提高整个建筑的纯粹性起到了相当巨大的作用，但这绝非一件容易的事情。我们知道，对于这种超大尺寸玻璃减少了两边方向的支撑已经非常困难，尤其对这种脆性相当大的低铁玻璃来说，在玻璃受到竖向力作用时，十分易碎。

在这种情况下，屋顶结构部分与玻璃支撑体系必然要相互可动，以缓冲屋顶在竖向荷载作用下的形变对玻璃体系的压力。设计师开发了第一种解决方案，他们为了达到玻璃连接配件最小化来迎合审美的需求，开发出了如图所示的节点屋顶与玻璃衔接的节点处理方式如图4。在这套方案中，夹胶的双层玻璃不等高，卡住顶边框，玻璃与连接玻璃的上边框留有一定的活动距离，使得当屋顶承受外部荷载而发生形变下沉时不至于压碎下面的玻璃。

然而，新的问题接踵而至。因为本项目中的玻璃并不全以平面的形式存在，还有相当大比率的曲面玻璃。这种双层玻璃不等高的处理方法，再加上双层玻璃在弯曲时曲率不同，玻璃边缘十分易碎，增大了曲面玻璃的生产难度和施工处理难度，延长了生产时间，生产的不合格率也相应增加，这些都大大增加了建筑的经济预算。

图4　双边玻璃固定体系与屋顶结构部分

对此，设计师重新调整了节点设计方案，在新方案中，玻璃与玻璃固定体系不再是相对滑动的可动关系，而是更改为固定的关系，并巧妙地增加了一个滑轨，使屋顶的结构部分体系与玻璃固定体系两者之间形成了相对可动的关系。新的方案还更加注重屋顶的保温防水，增加了一条排水槽，方便雨水的快速排出。节点大样与相应的立体SU模型如图5。

(2)地下室天窗。地下室天窗的节点处理也是托莱多美术馆的另一个精彩之处。为了纯粹性的最大化，设计师希望承接圆形玻璃天窗的金属边框宽度最小，这就为施工时玻璃的放置提出了很大的要求，因为边框太窄，玻璃在向下放置的过程中哪怕稍有一点不平衡就很容易侧翻掉下去摔碎。于是在施工过程中，工人圆形玻璃下面垫了一个巨大的气枕，使玻璃水平放置在气枕上，再慢慢放气，直到玻璃顺利搭接在金属边框上。

图5　最终方案的SU模型示意图

另外，节点处的排水系统也值得一提，在顶层玻璃边缘有一条排水槽，雨水沿排水槽流入汇集到排水沟后排走，另外，内层玻璃边缘有另一条排水槽，主要用于室内水蒸气凝结后收集并排除。天窗玻璃被特意设计成球面，一方面，可以缓解人们踩在玻璃上的压力，另一方面有助于雨水从顶部向四周流下汇集到周围一圈排水沟内。如图6、图7。

图6　天窗节点SU立体示意图

图7　球形玻璃天窗可缓解上部荷载

综合本文分析，这个仅有地上地下两层的看似面积不大的小项目，远没有看上去的那么简单。在这个项目中，我们看到的不仅仅是人力、财力、精力的付出，更是看到了建筑师为了将纯粹性追求到极致的追求完美推敲细节的设计精神。美学是感性的，往往是设计师的一个单纯的想法，可能是异想天开的，可能是一厢情愿的，然而建筑的美学不同于绘画般天马行空，建筑的美学在于实现。理性的建筑构法是建筑美学实现的坚实基础。同时，简洁不等于简单，极致简洁的美学效果为其实现带来了极大的难度，而美学不断提高的要求也鞭策着建筑构法的不断进步。建筑师不断追寻美学的道路上的同时也需要理性地思考造价与构法三者间的进退取舍。

参考文献：

[1] 大师系列丛书编辑部.大师系列妹岛和世+西泽立卫的作品与思想[M].北京：中国电力出版社，2005：148-151.

[2] SANNA.托莱多艺术博物馆玻璃大厅[J].建筑创作，2012(2)：52-61.

(责任编辑王楠楠)

Perceptions of the Glass Pavilion at the Toledo Museum of Art from the View of the Influence between Aesthetic and Construction——In the Toledo Art Museum exhibition hall glass analysis as an example

LI Xiang-yi, QIU Zhi

(School of architecture, Zhejiang University, Hangzhou, Zhejiang 310058)

Abstract:This paper appreciates the special aesthetic of the purity of Toledo museum, and discusses the influence between aesthetic and construction in the perception of concepts, materials, structure and details.

Key words:Glass Pavilion at the Toledo Museum of Art; Fillet Angle; Double Glazing Wall; Tow-side Glazing System

中图分类号：TU-80

文献标志码：A

文章编号：2096-1383(2016)02-0151-04

作者简介：李相宜(1993-)，女，浙江杭州人，主要从事建筑学研究。

收稿日期：2015-10-12；最后修回日期：2016-02-15