超高性能混凝土（UHPC）在建筑设计中的运用——从材料质感到建筑肌理

饶承东，饶洪涛

（中国建筑技术集团有限公司；北京市既有建筑改造工程技术研究中心，北京 100013）

“我们称之为一种触觉的视觉，因为视觉本身在自己身上发现一种它所具有的触觉功能，而且这一功能与它的视觉功能分开，只属于它自己。于是我们可以说，画家用他的眼睛绘画，但那是因为他能用眼睛触摸[1]。”

——吉尔·德勒兹

物体表面的物质肌理通过这种“触觉般的视觉”为眼睛所感知，从而使不同材料表观上获得了差异化的“质感”，并成为一种建筑艺术表达方式的重要因素。传统意义上，建筑“表皮”所采用的砖、石、玻璃、金属、混凝土等材料的质感，使建筑表观增强了触手可及般的物质感，建筑也因由这种关联映射的感知而超越了纯粹影像与概念，从而强化了参与现实世界的存在感。“材料，作为日常环境的一部分，以其令人熟悉的特征把现在与过去统一起来[2]。”

然而，随着功能需求与建造技术的发展，今天很多建筑的体量规模都远超以往，因而在相对微观尺度的建筑材料与宏观尺度的巨型建筑量体之间，映射关联性的感受因尺度反差过大而被弱化。因而，很多建筑师开始探索以图案化的镂空“表皮”包裹建筑量体的立面设计方式，以求在材料与建筑之间建构一种中间尺度的关联，从而超越材料质感而创造出与建筑尺度匹配的“具有触觉感的新视觉肌理”。

这种建筑图案化“表皮肌理”的创造，以往主要是通过立面悬挂金属穿孔板或密集组合的金属构件等方式加以实现，但出于构造技术、材料性能与经济性的制约，图案镂空的尺度与图案设计的自由度相对受限。近年来，随着超高性能混凝土（UHPC）装饰板材在建筑幕墙设计中的运用，使建筑肌理的塑造有了更多的材料选择。

1 UHPC材料特性及其设计运用

超高性能混凝土，简称UHPC（Ultra-High Performance Concrete），也被称作活性粉末混凝土（RPC，Reactive Powder Concrete），被誉为是过去三十年中最具创新性的水泥基工程材料。

与普通混凝土不同，UHPC超高性能混凝土以硅灰和纤维（钢纤维或复合有机纤维）作为添加材料。这种以天然原材料为主的建筑材料，质感细腻、色彩可定制、色差小并且持久稳定。相较于石材或普通混凝土预制板，UHPC板材更加轻薄，因而应用于建筑幕墙可以减轻构件自重，从而减少与主体的连接点数量、节约成本。同时，UHPC板材表面光洁度高、密度大、孔隙率超低，材料表面不易被污染、坏损，降低了建筑长期运营过程中的清洁、维护与保养费用。更重要的是其镂空板材可以获得超高的穿孔率，因而在建筑立面设计中几乎可以自由创造各种形式的图案，这是采用传统建筑材料所难以实现的。

2 UHPC在建筑设计中的运用：北京房山海悦城二期既有建筑改造设计

海悦城项目位于北京市房山区，规划用地面积4.9万m2，总建筑面积约15万m2，既有建筑群已完成主体结构施工。针对项目所处区域环境、已形成的总体空间格局与土建现状等现实挑战，规划设计试图以重新定义建筑功能、重塑建筑立面与重构公共空间网络的方式，将项目整体打造为集住宿、工作、社交、休闲于一体的小镇型商务综合体。改造设计通过打通首层商业动线、塑造小镇中心、加建空中连廊、改建局部空间等方式，将首层商业街、上层长租公寓、酒店、办公区等多业态立体复合，以提升服务资源的共享品质，构建更具温度与体验感的城市社区。

在整体规划格局中，位于西南侧、由四栋现状建筑组成的办公楼组群紧临城市主要道路及高架轻轨，是项目最为重要的城市展示面。因而在保持既有建筑主体结构与建筑形体不变的基础上，设计以白色UHPC镂空板覆盖建筑立面、并与局部木纹铝板、玻璃幕形成强烈虚实对比的方式，创造了独具个性化特征的标志性建筑形象，如图1所示。

图1 北京房山海悦城二期街景

建筑外立面所采用的白色UHPC镂空板预制构件，不仅以一种面纱板的图案肌理为建筑创造出独特的朦胧视效，其细腻的质感与较高的耐久性也是用作外遮阳的优选材料。UHPC镂空板超高的穿孔率，在不影响办公空间自然采光通风与视线通透的前提下，避免了阳光直射室内，较好地实现了降低运营能耗的绿色建筑目标。

与绿色生态的建筑理念相呼应，镂空板表面图案以“藤蔓光阴”为母题由建筑师精心设计。自由生长、丛林般交错的白色线条与背后落于玻璃上的深灰色阴影形成黑白强烈的对比，树影婆娑，轻盈灵动，为直线几何形体的既有建筑群创造出“轻盈与厚重共存”的独特美学效果。将这种兼遮阳功能与装饰效果于一体的设计方式应用于室内，弥漫朦胧光影的空间艺术在材料技术基础上获得了充分的表达，如图2所示。

图2 北京房山海悦城二期大堂室内空间

项目采用的UHPC预制挂板构造做法：

参照框架式幕墙体系，UHPC预制构件采用预埋背栓方式，结合挂件将UHPC预制构件固定于龙骨之上。水平龙骨与竖向主龙骨利用连接件吊挂于混凝土楼层板边缘。UHPC预制板构件采用尺寸为边长1.5m的正方型镂空板，板厚25mm。主龙骨采用120mm×60mm×4mm矩形钢，横梁采用50mm×50mm×4mm方钢，外露钢型材表面氟碳喷涂，如图3、图4所示。

图3 UHPC幕墙纵剖节点

图4 UHPC实物样板墙

3 结语

“物质性是指当具体的物质被人的行动（发现）介入以后，所体现的、超出该物质实体特性之外的本质属性[3]”。UHPC超高强度混凝土在建筑中的应用，有效提升了建筑师在材料本身质感的基础上对建筑“表皮肌理”进行创造性设计探索的自由度。展望未来，材料技术的不断发展，必将为建筑艺术的表达与设计创新提供更为广阔的发展空间。