建筑适应性设计释意及核心理论研究进展

张 枫 Zhang Feng

建筑的生命周期通常长达50年之久。而在50年的使用周期内，建筑所属的业主、使用者，建筑所在的场地环境，建筑本身的物质损耗、审美需求等均会发生可预测或不可预测的改变。为满足不断变化的需求，在建筑整个生命周期内，从建筑的内部陈设到建筑布局，甚至到建筑结构，均不可避免地会发生一次或数次改造。

建筑新建或改造与资源消耗密切关联。当前，中国建筑在首次设计与建造时对未来预判不足，造成建筑改造次数增多，甚至提早被废弃，“建设性破坏”严重，从而导致了资源的巨大浪费。因此，如何以较少的资源消耗高效地实现建筑生命周期内的有效使用，如何前摄性地预测建筑将会发生的改变，采用适应性的设计方法予以应对，从而为未来留有余地，是实现环境、建筑可持续发展的重要方面，也是当前亟待解决的重要问题。

1 建筑适应性设计释意

适应（adapt）一词来源于拉丁文“ad”（to）（为了）“aptare”（fit）（适合）。道格拉斯在《建筑适应性》（Building Adaption）一书中对“建筑适应”做出了定义，是指任何通过维护改变建筑的容量、功能或性能的工作，换言之，指任何为调整、再利用或提升建筑，以使其适合新的环境或需求而做出的干预性工作[1]。整修（renovation）、适应性再利用（adaptive reuse）、改造（remodelling）、复原（reinstatement）、改装（retrofitting）、转换（conversion）、恢复（restoration）、回收利用（recycling）等都可被用于描述建筑实现适应性的建设活动，包含于“建筑适应”之中。

适应性指调整或被调整到适合新局面的能力。对于建筑适应性至今还未做出统一的定义，研究者分别提出了不同的解释。布莱斯等在《优化设计管理》一书中认为，适应性既要关注面向长时期的建筑大尺度规模的变化，也要在例如房间的尺寸和形态等小尺度方面满足变化的需求[2]。建筑师阿尔盖在研究办公建筑的适应性时，认为适应性是满足不断变化的使用者和业主需求的能力，通过三种方式来实现：不改变建筑性质，以简易的方式改变建筑性质，或者根据需求扩展或分割建筑[3]。建筑理论家戈戈莱夫斯基在建筑部件的再利用设计研究中，认为适应性建筑是能适应未来变化的能力，能以最简易的方式以及最低成本满足业主不断发展的需求[4]。建筑师达尔齐尔等在《城市中的居住建筑》（A House in the City: home truths in urban architecture）一书中称，建筑大规模的使用上的改变，反映了城市或商业的发展，建筑适应性就是对这些发展带来的影响的回应，在无需对基本结构进行改造的情况下，重新阐释空间[5]。建筑师霍博曼在建筑适应性结构研究中认为，适应性建筑是基于性能的建筑，通过实时调整建筑形态与功能使其适应环境的变化，这个过程是基于时间的，响应性的及动态的[6]。通过节约能源，提升空间舒适性等从整体上提升空间的使用效率。建筑师格雷厄姆在《适应性设计——原则与基本策略介绍》一文中认为，建筑适应性就是使得建筑、建筑部件、材料最大程度的处于高效使用过程中的能力[7]。

一些学者常将适应性与灵活性（flexibility）两个概念相互替换，或等同视之，而另一些学者也提出了这两个概念的差别。例如布莱斯等将灵活性定义为：“以相对较少的努力和成本实现快速的改变”，而将适应性定义为“经历长时期的更大规模的改变”[2]。建筑理论家利曼等也做出了同样的解释，他们认为灵活性是针对较小的物质实体而言，并且是短期的、频率较高的、低量级的改变，而适应性则是以建筑使用为导向，进行的长期的、频率较低的、高量级的改变[8]。戈罗克认为灵活性是技术性的，面向的是建筑构件，而适应性是区域性的，面向的是社会使用群体[9]。有学者认为，灵活性是关乎物理变化，而适应性并非指物理性的改变，勃洛克等则并不认可，他们认为结构适应性指的是建筑结构经历变化的能力，然而结构的灵活性则在无需改造结构的情况下自身就具备变化的可能性[10]。由上述可见，两者的区分主要反映在时间尺度及变化的类型上，而两者所要实现的目标是一致的。

从现有发展来看，与建筑适应性相关的设计与研究，大致可归纳为以下四个方面。

（1）适应性建筑或响应性结构，如动态建筑（kinetic architecture）。通过动态立面或可变形结构，使建筑能根据不断变化的环境而发生改变。这方面的研究主要基于技术的发展，建筑可通过传感器和制动器实现与环境的实时互动。

（2）建筑适应性再利用。主要是为未被充分利用的或空置的建筑寻找新的利用方式，目前是实现区域再生、建筑可持续发展以及延长建筑使用寿命的主要策略之一。适应性再利用常涉及将建筑的功能或用途根据现有的需求进行调整改变，如将办公建筑转变为居住建筑，将废弃的工业建筑转变为商业或居住建筑等。

（3）包容性设计。主要针对住宅建筑提出，使建筑能满足各种人群的需要，以及符合随时间发展的人们在不同年龄阶段的使用需求。

（4）气候适应性建筑。讨论建筑适应周围环境巨变的方法，包括通过降低能耗、减轻环境负荷等。主要是将新技术整合到新建筑或现存建筑中，如被动设计技术的研究等。

从适应性的定义及相关研究与实践可见，对建筑适应性的讨论具有复杂性和多样性，但大多基于一个基本问题，即建筑如何随时间发生变化，以及如何能适应这些改变。建筑师奥斯汀等梳理了101篇产品、健康、建筑领域适应性研究的相关文章，对研究中提出的适应性定义进行了分析与总结，发现研究者对适应性的理解具备以下四大共性[11]。

（1）适应性反映了建筑自身发生改变以适应环境的能力。建筑自身的改变包括主动对环境变化的响应以及被动地适应环境，建筑的改变可发生于结构、空间和环境等，但从大多数文献来看，建筑适应性多关注于由于使用变化带来的功能改变。布莱斯等还将建筑发生的改变进行分类，如按照变化频率分类，分为高频改变、低频改变；按照变化程度分类，分为高幅值改变、低幅值改变等。

（2）建筑适应性反映了建筑符合使用者需求的能力。建筑适应性强调人与建筑的关系，适应性较高的建筑能长期满足使用者的需求，并且能控制因性能下降而造成的空间供给与使用者需求之间的矛盾。

（3）建筑适应性反映了建筑最大化有效使用的能力。建筑适应性强，意味着它能以最低的成本，既适合于建筑系统本身的运行需求，也能满足各利益相关者的需要。建筑师肯德尔将这种适应能力解释为“对建筑有效性和价值的评估”。因此，花费最少的时间和成本对建筑进行改造，是适应性体现的重要方面。

（4）建筑适应性体现在时间尺度上。根据对建筑适应性定义的梳理可见，大多适应性定义中均包含对时间的描述，主要包含两种方式：①描述建筑改变发生的速度，如在研究办公建筑适应性时，适应性指办公空间能快速地转变为开放的、半开放的及封闭的空间，同时能保持其多功能性的能力；②强调的是在建筑整个全生命周期内的变化，如英国的“儿童、学校及家庭部门（DCSF）”认为：“适应性在学校建筑的整个使用周期内都是必要的，内部墙体能被移动，空间的尺寸和使用能得以改变，适应性将得以提升。”因此，最大化延长建筑的生命周期，延长建筑部件、材料等的使用周期是适应性的关键特征。

结合已有的建筑适应性定义、建筑适应性研究和实践，本文将建筑适应性定义概括为：建筑通过有效的调节以适应使用者和环境不断发展的需求的能力，从而使建筑在其全生命周期内的价值最大化。

2 建筑适应性层级理论

建筑适应性的层级理论，是根据建筑中不同组成元素的使用寿命不同进行归类，实现适应性的方法。该理论由英国建筑师达菲首先提出，他认为，建筑系统的归类方式不应以材料为基础，而应以时间或使用寿命为依据。达菲以商业建筑室内空间为研究目标，将建筑按照使用周期分为四个层级：外壳类部件（Shell）、服务设施类部件（Service）、空间布局类部件（Scenery）和室内类部件（Set）。外壳类部件指结构，寿命为建筑的最长使用年限；服务设施类部件指管线、空调、电梯等，最长15年需更换一次；空间布局类部件，如墙体隔断、吊顶等，每5～7年更换一次；室内类部件，如家具等，根据使用者需求，每周或每月都能更换。

达菲对建筑元素的重新分类思想还影响到人们对建筑成本的认知，他认为，从总花费来看，结构的花费明显少于空间布局类部件和室内类部件花费[12]。

布兰德对达菲的层级概念进行了扩展，将达菲针对商业建筑的特定对象研究推广至一般意义上的所有建筑。布兰德提出了六个层级（图1）：① 场地（SITE）：建筑所在的地理环境、城市区位、地块，它的使用寿命远超于建筑个体，历经数代建筑的更替。“场地几乎是永恒的”。② 结构（STRUCTURE）：建筑中的基础和承重部件。这部分部件的改造代价巨大且存在风险，因此，通常在使用年限内不做更新。③ 表皮（SKIN）：由于美观或技术等因素，通常每20年进行一次大规模整修。④ 服务设施（SERVICE）：通信线路、电线、水管、自动喷水灭火系统、HVAC（供暖设备、通风设备、空调）以及电梯、自动扶梯等。这类部件一般使用年限为7～15年。⑤ 空间规划（SPACE PLAN）：建筑内部布局类部件，如墙体、天花板、地板、门等。商业空间一般每3年更换一次，一些住宅建筑也可能30年才变换一次。⑥ 室内（STUFF）：椅子、桌子、电话机、挂画、家用电器等。这些物品每天或每月都可更换。

布兰德以达菲理论为基础，并对其进行了精确化。布兰德和达菲都认为，“以时间为建筑元素分类标准具有实践价值。所有的相关工种，建筑师、工程师、空间规划师、室内设计师等都可以按照这个时间标尺来工作。这就意味着设计的建筑将极具适应性。”同时，这样的层级划分还能与使用者产生关联：与个人紧密关联的是室内层级；与使用群体相关的是空间规划层级；与公众相关的是建筑表皮；与整个城市相关的是结构以及场地。

图1 布兰德提出的建筑的层级

布兰德提出组成建筑的各部件以不同的速率发生变化，越多的层级相联系，实现适应性就更加困难且需要更多的花费。他认为，设计的适应性取决于变化较慢的建筑部件，结构适应性会约束表皮适应性，表皮适应性会约束服务设施的适应性。如建筑保温与建筑的供热和冷却服务设施相关，服务设施又取决于建筑表皮的能量转换效率，表皮又受到结构的限制。但与此同时，变化较快的部件也能影响变化较慢的部件，如频繁的更换室内电子设备（Stuff），最终就需要更换与电气相关的服务设施（Service），以承载不断增加的负荷[13]。

布莱斯等在布兰德层级分类中加入了系统（System）层级，主要针对信息技术的发展对建筑的影响，布莱斯认为在服务设施（service）这一层级上，信息技术服务设施与其他服务设施的变化速率具有差异性[2]。这与布拉斯塔德的观点一致，他认为服务设施本身就包含了若干层级并且呈现复杂化的特点。布拉斯塔德同时还提出，“建筑层级数量以及它们之间的关系，需要根据每个项目的复杂程度、不确定性、预期的使用中会产生的变化、建筑组织和管理方式来确定”[14]。因此，根据布拉斯塔德所述，建筑层级的数量可以根据不同项目而有所差别。

卢本进一步阐述了对层级的理解，他提出并不是建筑元素本身定义了层级，而是将元素聚合成的整体形成了层级。卢本界定了层级与功能之间的关系，他去除了布兰德提出的六个层级中的场地（Site）和内部软装（Stuff），认为这两个并不是建筑实体的组成元素，同时增加了通道（access）层，指的是楼梯、走廊、画廊以及电梯[15]。

3 建筑适应性类型划分

研究建筑适应性的类型，对于深入理解适应性概念至关重要。根据已有研究，建筑适应性分类方式多样，分类的主要依据包括建筑变化的种类（如空间布局、建筑体量、建筑使用等）、变化的速度与量级、是否需要物理改变等方面。但是，现有的研究并未提出分类的具体标准，也常常出现“灵活性”与“适应性”等专业术语互换使用的情况，使得建筑适应性的分类庞杂。

对研究建筑适应性类型的文献进行梳理，拉尔森等定义了三种适应性类型：普适性（如空间的多功能使用）、灵活性（如支持多种空间配置）、弹性（如提供建筑后期分隔与扩展的可能性）[16]。相关研究者也用不同的表述方式表达了这三种类型，如运用多功能性（multifunctional）、多价性（polyvalence）[17]等来表述拉尔森等所述的普适性；采用“使用灵活性”（use flexibility ）[18]、“功能灵活性”（functional flexibility）[19]、“长期灵活性”（long-term flexibility）[20]等来表述拉尔森等提出的灵活性。部分研究者将三种类型进行细分，如布拉斯塔德将“弹性”细分为“可延展性”与“可分割性”[17]。普利莫斯提出多功能性与空间可变性之间的差异，他提出多功能性是指在没有实体变化的情况下支持不同用途的使用，而空间可变性则指改变实体以支持不同用途，如滑动门或活动分隔的设计等。他还提出灵活性与可变性的不同，前者是由使用者自身所完成的，而后者是由专业人员完成的[21]。哈什米安将建筑适应性的一种类型定义为“可升级性”，是指能够适应新技术以及适应性能提升的能力，将适应性的分类与建筑发生变化的类型相关联，例如家具等发生在每日或每周的快速的变化，哈什米安其归纳为“定制化服务”或“适应特定用户偏好”类型[22]。部分研究者将建筑可移动性归为建筑适应性类型之一。可移动建筑在建筑史中具有重要地位，最早可追溯到史前的庇护所，如帐篷、毡房等。克罗嫩堡将建筑可移动性定义为“能够从一个场地迁移到另一场地的建筑，从而使其更好地履行功能。”他还描述了与建筑可移动性对应的三种策略：便携式（整体移动）、可拆卸式（分成若干块体移动）、模块化，每个策略都有运输、装配速度、自然损耗、使用可变性、尺寸以及场地适应性等优缺点。建筑移动需要大规模的运输，这不是大多数建筑的日常需求，然而，它为临时建筑适应性的实现提供了途径[23]。

通过对现有文献的整理（表1），本文将建筑适应性分为6类：类型1，建筑功能适应性，强调建筑物改变使用用途的能力；类型2，建筑空间适应性，强调建筑空间的改变以适应需求的能力；类型3，建筑性能适应性，建筑物的各种性能的调节能力，如，结构性能、能耗性能等；类型4，建筑规模适应性，强调建筑能够扩展规模的能力；类型5，使用任务适应性，强调对建筑任务或使用者改变的调节能力；类型6，建筑位置适应性，强调建筑物的移动能力。

表1 建筑适应性类型文献梳理

4 结语

建筑师爱德华·何利斯在《建筑变形记》一书中指出，“完美的建筑作品事实上并不存在——它们需要经历各种变化，如气候、战争、时代、建造、使用等”。建筑中的变化成为设计强有力的驱动条件。建筑在其生命周期内可能会发生使用方面的转变、性能方面的转变以及建筑环境的转变。

建筑适应性设计研究就是解决建筑随时间不断变化的相关问题，是实现建筑可持续发展的途径之一，具有重要的价值和意义。首先，建筑通过适应性设计，可以对建筑物可能发生的变化进行有效的控制，提高建筑改造效率，而使得建筑不至于变化次数过多、时间过长、频率过高，从而严重影响建筑的正常使用。其次，建筑适应性设计考虑建筑长期使用的变化需求，通过科学的预测及控制可能发生的变化，减少建筑全寿命周期花费，延长建筑的使用寿命，减少新建筑建设量，从而减少资源消耗及废物产出。第三，建筑适应性设计能提升建筑的投资价值。建筑适应性越强，用户满意度越高，使用越灵活，为使用者提供更多的选择权来使用空间，随之出租率及转售价值就会越高。

建筑适应性设计的实现有赖于对建筑适应性概念的清晰界定与认知，而当前提出的层级理论及分类方法，能有助于建筑适应性设计策略的归类，也有益于建筑适应性设计流程、时间顺序的制定，从而能为适应性设计导则的提出奠定基础。