动态与仿生：基于BAS系统的智能表皮应用及影响

冯雨飞 唐 可

重庆大学

动态与仿生：基于BAS系统的智能表皮应用及影响

冯雨飞 唐 可

重庆大学

基于BAS支持的智能动态表皮将装饰表皮与功能设施合为一体。本文依需求背景、技术定义及内涵结合具体实例阐述，分析此技术对建筑设计产生的影响，并针对国内的发展状况探讨建筑师的应对。

BAS系统；表皮；动态；建筑影响

1 引言

随着对室内环境质量的重视与外界环境的恶化，社会开始要求低碳又可控的建筑环境，智能建筑应运而生。其概念庞大繁杂，常与“动态建筑”、“交互建筑”概念交叉[1]。主要子系统“楼宇自动化系统”（Building Automation System，缩写BAS系统）基础上的智能动态表皮兼备造型和设备，是全新的建筑元素。

2 需求背景

与传统建筑墙体相比，智能建筑表皮的内涵发生了极大的扩展：它不仅担当是建筑立面的造型元素，还有调节热工平衡、通风、采光等功能作用。表皮的出现使得传统意义上的“墙”和“窗”界限变得模糊：表皮既可以围护分割，又可以采光通风。建筑业界开始认为：从“建筑的表皮”到“表皮的建筑”[2]，是当代建筑的必然发展趋势。

材料科学为建筑表皮提供硬件支撑，自动化技术为建筑表皮提供灵魂。BAS系统是智能建筑的核心子系统，其任务是对建筑物能源使用、环境、交通及安全设施进行监测、控制，以提供安全、节约、舒适的室内环境[3]。BAS系统介入的智能表皮，可以改善传统表皮能耗大的情况，符合可持续理念。

由于BAS智能表皮可以满足市场经济、人本主义和环保主义，促使了BAS智能表皮技术的发展。

3 定义与内涵

随着对室内微气候和使用品质的重视，环境因素对造型的影响日益扩大。光、热、风等自然条件会不断变化，但传统建筑呈固定面貌，不是处理环境动态变量的最优解。BAS系统将时间介入设计，通过传感器反馈环境给计算机，经预先制定的规则使表皮发生改变，使建筑可以响应环境。

3.1 BAS智能表皮系统的组成

BAS智能表皮可分为四个子集系统[4]：

（1）核心控制层：计算机系统，对表皮系统的拓扑行为进行调整。通过建立综合美学和功能的完整逻辑规则，针对环境选择恰当反馈；

（2）动力层：为执行核心控制层的指令的表皮运动提供动力。由于所需的动力不能直接由外界输入，其有一套能源转换系统；

（3）骨架层：为系统提供稳定性。一是结构稳定性，由内表皮构成“硬”骨架；二是行为稳定性，由外表皮构成“软”骨架，保证没有信号输入下的稳定。

（4）边界层：外界信息的收集和输入。界定内外空间，是内外信息的中介；

不同的智能表皮系统还有更细微的层次，但均在层内增加复杂度。

3.2 BAS智能表皮分类

按照智能表皮的调节程度分为整体和细胞两类。

整体式表皮属于早期简单的BAS系统。核心为建立利用整体表皮开启、闭合、反转等基础变换，形成双层围护的缓冲空间，运作方式类似百叶窗。例如双重可调节通风幕墙。

细胞式表皮则将外表皮单元化，使每一单元可完成特定角度旋转、特定闭合程度等复杂变换。它不仅对大气候做出反应，还对每个特定房间的物理性能进行精确调节，可视为整体式表皮基础上的精细化技术手段。典型案例为位于奥地利基弗技术陈列室（Kiefer Technic Showroom）。

4 应用实例

基弗技术陈列室由Ernst Giselbrecht+Partner建筑师事务所于2008年完成[5]。表皮系统由多组带有轨道的折板构件及内部封闭玻璃幕墙组成，每组折板可独立伸缩、滑动。这种结构允许室内功能的调整、变化，使用者可依据需要调整其形式，使立面呈现动感的效果。

5 对建筑设计的影响

5.1 极简主义的美学倾向

人们常将表皮归为“浅建筑”，认为“装饰性成为了建筑的主导因素……在没有深度的表皮下面其实什么都没有了”[6]，但功能作用将智能表皮划分出来。BAS智能表皮可视“功能性注入”，包涵一些基本功能。其带来了简单体量和构件模糊。表皮在确定为造型元素后会占据绝大部分立面，体量趋于纯净，建筑师对空间的安排可更加自由精彩，流线可更加合理。同时，作为向全能构件发展的智能表皮尽可能地压缩非本质要素，其可实现对建筑的全包裹，最终导致极简主义。

5.2 相对封闭的空间倾向

BAS系统表皮对人工环境的营造达到了一个新高度。通过装置，一系列微气候指标得到把控，空间呈内聚封闭状态。

双层表皮是智能表皮的标配：内层为采光玻璃和结构网架，外层为功能单元。一般只是外层运动，客观上造成了外界空间与内部空间的分离，使得空间体验出现了跳跃和断裂，或是说“过滤”，过滤不利因素，只将有利因素纳入。在外界环境日益恶劣的当下，智能表皮建筑推动建筑“封闭”、内向发展。

6 国内发展现况

BAS技术在国内远未成熟，最重要的两个原因是经济限制与高技美学不成熟。

国内建筑师不甚了解技术手段，也少有思考其美学价值，技术常用作拼贴式的辅助语言，在基本形体确定添加，被视为对造型的干扰。而专业分工细化也使建筑师对新技术并不热衷，如光伏幕墙，国内会坚持用于在屋顶或偏僻的角落，例如上海世博会中国馆的光电屋顶。但同时参加世博会的法国阿尔萨斯案例馆，运用BAS系统控制的光伏空腔与水结合，即“BAS-光伏水幕墙”技术将深色的电池板与垂直绿化结合[8]，造型素雅别致。

[1]王嘉亮.仿生·动态·可持续—基于生物气候适应性动态建筑表皮研究[D].哈尔滨工业大学建筑学院,2011.

[2]陈镌,莫天伟.从建筑表皮到表皮建筑[J].新建筑,2008(5):50～56.

[3]陈永德.BAS在现代建筑工程中的进化与应用[J].建筑施工,2010(4).

[4]李滨泉,李桂文.智能化拓扑动态表皮的研究[J].华中建筑,2006(7):64～67.

[5]安晓晓.高技术建筑的技术解析[D].重庆大学建筑与城市规划学院,2009.

[6]唐克扬.私人身体的公共边界—由非常建筑谈表皮理论的中国接受情境[J].建筑师.2004(4).

[7]龙文志.上海世博会光电建筑[J].建筑技术.2011(01):14～18.

冯雨飞（1992），男，汉，山东。研究生在读，城乡规划，重庆大学，重庆，400000。

唐可（1991），男，汉，四川。研究生在读，建筑学，重庆大学，重庆，400000。