穿孔金属板在建筑设计透明性上的运用研究

2021-04-03孙霁赵诗琪曹磊严冬晴

建筑与装饰 2021年19期

孙霁赵诗琪曹磊严冬晴

1.中机第一设计研究院有限公司安徽合肥 230601；

2.安徽省建筑设计研究总院股份有限公司安徽合肥 230601

引言

当代文化建筑的垂直化发展，除了受到高密度城市发展模式的影响，还受到当代建筑思潮的牵引。从古典时期到现代主义，再到当代实践，建筑空间经历了从垂直性的崇拜到衰落，再到复兴的过程。古典建筑时期，垂直性经常被看作空间的神圣次元，常被视为超越现实的存在。现代主义时期，多米诺体系、流动空间的出现使得水平性空间得到重视，建筑师追求自由的平面形态。而随着对现代主义的质疑，现代主义的相关理论得到不同角度的修正和完善，包括对人的进一步关注、对文脉的考量等。垂直性在消解了心理崇拜后，又再次以空间形态的重要构成要素回归到当代建筑之中。

1 透明性的概念

初次听到“透明性”这个词时，我还全然不知其在建筑中到底是指什么意义，也是经老师推荐看的此书。阅读了此书之后，才知道原来所谓的“透明性”我也不是完全接触过。记得曾经学习《外国近现代建筑史》时，就记得开始有一章是讲新建筑的探索和发展的，其中有新艺术运动、未来主义还有风格派等等，这些新建筑的探索运动又都是与当时的绘画、文学等艺术的运动相关，一些艺术方面的变化，总是会带动建筑界对其自身的思考[1]。

《透明性》此书是由一名建筑师和一名画家一起合作完成的。所以其内容当然是建筑和绘画的综合比较，阐述了当代绘画中的空间变化在现代主义建筑空间中的反映。这篇文章的重要意义简略点说体现在三个方面：实证、抽象、包容。透明性提供了20世纪以来的建筑学研究非常冷静精确的实证技巧，它既可以让你亲身去体会空间，又可以用图示抽象的方式让你去感悟，而这都是能让你非常实际的体验得到的。先锋派促成了新生事物，创造了一个人们认识的全新世界。而我们很少去探究个中原因。在大量的现代建筑作品中，我们很少去提炼其中可以移植的事物。以致使我们认为成就巨大，创造力极其丰富，但是通过透明性的思维分析，我们会发现其实它们是有多么大的相同相通之处，只是我们没有踏入那扇大门。透明性让我们能够清晰地区分复杂和简单了，它犹如抽丝剥茧般地把我们面对的大量建筑剖析地干干净净。我们所讨论的“透明性”与“透明”这个物理概念却有着本质的不同。乔治·科普斯在他的《视觉语言》一书中很好地定义了透明性：“当我们看到两个或更多的图形层层相叠，并且其中的每一个图形都要求属于自己的共同叠合部分，那么我们就遇到一种空间维度的矛盾。为了解决这一矛盾，我们必须设想一种新的视觉属性。这些图形被赋予透明性：即它们能够相互渗透而不在视觉上破坏任何一方。”由此可见，透明性是一种视觉的特征，暗示一种更广泛的空间次序。同时，透明性也是一种深层结构的显示，意味着同时能感知不同的空间位置，而绝不是直接观察到的建筑现象。

1.1 穿孔金属板的由来

穿孔金属板即是以各种金属板材为原料，通过冲孔机械将板材局部呈规律性地打出各种孔洞，形成特殊的质感肌理。金属板的厚度在2mm～5mm之间，而规范规定每个孔洞的大小不能小于板的厚度，一般都是在lmm～500mm的范围之内。孔洞的形状可以是圆形、矩形、不规则形等。孔的形式和尺寸甚至可以在制造过程中根据项目的实际需要来指定。随着科学技术的发展，各式各样的现代建筑物如百花争艳般地展现在人们的眼前，如：玻璃墙体、金属体包装等。现在又有许多新型的建筑物采用金属板做屋顶面，即用金属薄板代替传统的屋面材料，这种屋面具有保温性能好、自重轻、防水性能好的特点，同时使整个建筑物能起到一定的屏蔽作用，防止建筑物内的弱电系统受到外部其他信号的干扰，但金属板屋面容易遭受雷击，所以在防雷方面则比普通屋面的建筑物要求高[2]。

1.2 透明穿孔金属板的特性与优势

透明穿孔金属板指的是将大量光学纤维（具备光线传导效应）融入原有的建筑混凝土内部，旨在改造建筑材料性能，并且美化建筑结构外观，大幅度提升材料抗冻性、抗腐蚀性与抗冲刷侵蚀性。透明混凝土材料的形成并不是简单叠加玻璃光学纤维及传统穿孔金属板，而是经过全面测算混凝土的各个建筑材料性能标准，从而达到准确控制光学玻璃纤维掺入比例的目标，确保从根本上优化建筑材料的外观视觉展示效应。穿孔金属板建筑物最为明显的特点是建筑外形美观、建筑设计节能、建筑室内区域透光良好。当前，我国建筑设计领域已进入全新发展阶段，以透明穿孔金属板作为建筑结构主体的各种类型建筑物陆续诞生。在此基础上，建筑设计人员必须深入了解透明穿孔金属板的全新功能特性运用科学规划的思路来实施建筑设计，确保透明穿孔金属板能在最大程度上展示新型建筑材料的优良性能。

1.3 “透明性”的由来

透明性最初来源于立体主义绘画，后来这一概念被引入到建筑和规划领域，成了一种建筑形式上的观点。立体主义绘画目的在于追求物体三维属性的新表现方式。因此，它没有采取传统绘画中用一个固定视点去表现画面的做法，而是以多角度描绘对象，将重叠交错的事物放在同一画面中，尽可能呈现物体的完整。并在发展过程中表现出这样的倾向：将纵深方向压缩，使构图平面化，用一些手段和方法去消除传统绘画中的三维空间错觉，采用不透明色和对比色来加强空间的前倾感。这样的做法带来了一种新的视觉属性——透明性。图形的位置也因此有了双关的意义，形体的相交、重叠、连锁和建构更大的变幻不定的形态，构成了立体主义多样解读的可能[3]。

1.4 穿孔金属板在建筑设计透明性上的运用

1.4.1 透明机制：基本结构的非常规表达。“透明性”是柯林·罗（Colin Rowe）与斯拉茨基（Robert Slutzky）提出的理论概念，在其著作《透明性》中区分了两种透明性：字面上的透明和现象上的透明。迈耶在建筑的结构表达中采用了一种具有“透明性”的表达方法，多落实在材料的透明性上，而且多与结构搭接的显示有关，其画面上存在能看透的物体：结构体系中的梁、板、柱等通过偏位搭接、错位搭接、悬挑搭接三种结构搭建逻辑，进一步表达了建筑的“剥离”状态，使整个建筑能够清晰地将结构构件搭接以及梁、板、柱、墙等基础元素展现出来，形成各自独立的系统。迈耶的这种设计手法秉承了现代主义的建筑思想。在现代主义建筑中，梁与梁的关系一般是在同一水平高度上相交，墙落在柱与柱之间的梁上。在梁与柱的直径大小逻辑关系中一般依次是柱、主梁、次梁，而迈耶采用相反的技术策略——柱截面尺寸小于梁。在处理室内柱与梁的关系时，迈耶习惯将其成排独立出来，主梁先穿过柱子，然后圈梁或次梁搭接在主梁中部或者挑出部分上，这样主体墙面与柱子在位置上就有了明显的偏移现象。

1.4.2 有效节约建筑设计能源消耗量。穿孔金属板运用于工程建筑设计最为明显的优势就是实现建筑能耗全面节约的目标，合理分配与规划建筑工程的各个组成部分能耗，展示混凝土建筑物的最佳节能设计综合效益。在浇筑混凝土的重要工程实践环节，设计人员应在穿孔金属板的外部增加套管保护层，防止出现破坏光纤混凝土混合材料的后果。如果涉及密集程度较高的建筑钢筋布置形状与结构，那么工程设计人员必须准确计算工程材料机械性能及材料抗压强度，合理选择建筑结构钢筋或者型钢材料来完善建筑设计规划[4]。

1.4.3 在装配式建筑中的应用。在整个装配式建筑施工的环节里，BMI技术对于物品的库存管控、施工场地管控以及在施工过程中的管控都起到了很好的作用和效果。在预制配件的库存管控中，可以利用BIM技术及其他信息技术融合的方式，拥有自动化验收的功能，增强建筑的配件整体准确率及验收效率，有效避免了很多因为工而产生的失误。建筑项目现场的施工人员也可以利用BIM技术对正在安装的配件进行智能化监督，由于是实时查看，所以可以及时有效地在装配中发现错误，减少过程损失。装配式的建筑在装配过程中非常的复杂，尤其在遇到一些既关键又特殊的地方，安装起来难度较大，即使是有丰富经验的施工人员也可能会出现错误和偏差，建筑施工企业可以利用BIM技术对所有的施工人员展开技术培训，先在模型上仿真模拟操作整个安装的过程，通过重复的联系能够有效增强员工的思维记忆，产生熟练感，以此来保证整个安装程不出现失误。

1.4.4 优化建筑室内空间的采光效果及建筑外观视觉效应。建筑设计领域运用穿孔金属板的重要实践价值是优化建筑物的室内空间整体采光效果，对于建筑物的外观视觉效应予以全面的优化。工程设计人员选择与应用透明混凝土材料时，基本思路是改造墙体外观效应，充分保证建筑墙体能透射外界的自然光线，美化建筑墙体外观的视觉效应。工程设计人员要最大限度地利用建筑室外的自然光源，借助穿孔金属板特有的建筑光线透射性能来利用自然光源。白天，建筑室外的自然光源可以直接照射至建筑室内区域，明显增强室内空间的建筑透光性；夜晚，建筑室内光源可以充分投影至建筑附近区域的广场与道路覆盖范围，进而达到合理节约建筑采光能耗的目标，并提高建筑外观美观程度[5]。