空间作为大气和身体的媒介——以菲利普·拉姆的“气象设计”为例

文／陶思旻 同济大学设计创意学院 助理教授 博 士

张 琪 同济大学建筑与城市规划学院 博士研究生

引言

大气圈是地球周围由于引力作用聚集起来的气体圈层。大气作为一个物理要素，是我们每天都呼吸着的“生命气体”，包裹了人类共同生存的整体环境。它没有形态，却是地球生态圈的关键线索，是物质之间的媒介，支撑了我们的日常行为。大气圈是人类地理环境的重要组成部分，人类就生活在大气圈底部的“下垫面”上[1]。我们通常所说的“天气”一词，指的就是地球上某一特定地点当下的大气状况，它流转在有形和无形、身体和气候、建筑和自然之间，承载了温度、湿度、气流、污染物、光线、辐射等等要素。人类经过长期不断地对大气进行观测、分析、验证和总结，产生了专门研究大气演变规律、并可直接或间接用于生产实践的科学，也就是气象学。气象学涉及的问题很广，随着科学技术的发展，它的研究范畴也从单纯研究大气的组成、范围、温湿度、压强等延伸到地理、医学等领域，后随着气候设计学的发展，又逐渐扩展到环境和建筑设计的领域。

建筑是人类与大自然不断抗争的产物。作为史前人类生存和发展的遮蔽物，建筑在远古时期起到防风御雨、使人远离寒暑的重要作用。传统乡土建筑中往往会在其空间上显示出和气候环境的紧密联系，比如封闭或是开敞、厚重或是轻盈、紧凑或是松散[2]。拉普卜特（Amos Rapoport）在其著作《宅形与文化》中着重提出，前工业化时期人们“为了让自己过得舒服，他们就要在材料和技术匮乏的条件下盖出适应气候的房子，从而对抗自然和争取资源……这些解决气候问题的措施必定对建筑形式具有重要影响”[3]。这种观点将气象状况列为了影响建筑空间的源语言之一。随着城市建设规模的扩大，人类不断地向大气输送碳物质和温室气体，传统建筑行业带来的资源消耗改变着大气环境，加剧了人类生存的挑战。但现代主义出现以来，封闭隔离的形式壁垒，以及生态焦虑涌入设计领域以后带来的技术堆砌倾向，又严重地阻碍了自然和人体间的交流。需要考虑的是，在这个可持续发展的大议题下，如何在大气和身体之间谋求一种新的和谐关系？

因此，设计师必须重新关注并全面思考新时代下的建筑环境，摆脱片面地以主动技术手段来解决问题的思路。若以气象为着眼点来探讨设计，或许能够促使我们从新的视角重新看待空间。我们可以消解掉过去物质化的、人造的建筑内部空间，同时用空气的变化、能量的流转来重新定义一个建筑的空间，将自然现象中的尺度和内涵引入建筑。在这个空间中，建筑师设计的不再是材料、功能和形态，而是温度、湿度和光照。这些要素的叠加赋予了空间以丰富的体验和多样的色彩，有望导向一种崭新的范式。

1 形式追随大气

在这个语境下，大气成为了一种建筑语言，是人体和空间之间的媒介。建筑设计和环境设计的范畴扩展到了生理学的感知领域，这种感知包括触觉、嗅觉、听觉和人体舒适，它们具备改变建筑要素、结构和审美标准的能力。这种“气象思考”不是一种强行附加的技术限制条件，并不会成为对形式的制约，而更有可能成为诸多替代能源和创新举措发展动力。建筑空间的物质形态变得可以忽略，它提供的是一种开放自由的景观，一个发生大气现象的容器，即所谓“形式追随大气”。空间内的空气随着时间而变化，气流的运动和温湿度构成了室内空间的梯度，展现着未来人体活动的使用轨迹。

近年来，伴随着不可见的能量议题在建筑学界的迅速升温，同样不可见的空气研究也在多学科交叉的设计趋向中逐渐兴起。众多学者和建筑师致力于此，于是一种全新的“气象设计”思潮得以发展。哈佛大学设计研究生院教授西尔维亚·贝内迪托（Silvia Benedito）在她的新书《大气解剖：设计、天气和感知》（Atmosphere Anatomies: On Design, Weather, and Sensation）通过对十个城市设计和景观建筑项目的调研和设计师采访，以“大气作为身临其境的旅程（Immersive Journey）”“大气作为热阈值（Thermal Threshold）”“大气作为规划（Program）”“大气作为共同问题（Shared Situation）”“大气作为热差异（Thermal Contrast）”为类型，分析了它们气候目标和空间组织成果。”[4]王哲睿在展览《气候作为媒介》中呈现了一座“可呼吸的建筑”，他设计了一件可穿戴设备，激活后可以对空气进行过滤，如同延展的呼吸表面；这种呼吸表皮也具有拓展到建筑立面交互的应用可能，或者城市设计尺度的过滤穹顶，以保护人们免受长时间空气污染的影响。

对于瑞士建筑师菲利浦·拉姆（Philippe Rahm）而言，建筑设计意味着对气象元素和人体的生理感知的精准把控，设计空间是为了提供人生活的场所，人们可以在其中无拘无束地感受新鲜空气的流动、感受气温的升降、感受水分的凝聚和蒸发。这些自然发生的气象变化不仅在室外，也可以在室内感受到；人体能够以自如的舒适状态在室内进行新陈代谢，不受机械设备的干扰。此时，空气以一个运动着的系统构建出人与空间的特殊环境，建筑则以调控空气的方式从外部空间中划定出一种具体环境。“气象建筑”将建筑的空间思考与气象思考联系在一起，不同于现代主义以来封闭隔离的环境观，而是以友好开放的形态积极应对外部环境，使得设计的本体价值和工具价值得以融合。

2 菲利普·拉姆的“气象设计”类型学

拉姆的“气象建筑”提出了“构建气候”（Constructed Atmosphere) 这一理念，打破了传统采暖制冷中建筑与空气的二元对立关系，用抽象的气象语汇作为设计切入点，通过建筑与气象环境间的能量转化，建立空间的人体感知关系。他将“气象设计”的理念引入当代革新技术，有意识地将周围的大气环境以传导、辐射、对流、蒸发、压力等物理方式参与到空间之中；设计思路是基于当地气象条件，先设计出一个适宜身体活动的大气环境，再把空间置入该环境之中，最后才根据具体需求赋予其不同的使用功能。为了将这种抽象化的概念赋予现实操作的可能性，拉姆在他的多个实验装置、展览项目、竞赛方案中进行了尝试，并将已验证成熟的策略应用于部分实践项目中。

2.1 传导Conduction

拉姆在瑞士拉纽维尔的一所小学项目竞赛方案中，提出了一种多层级的界面设计的节能方案，将技术的需求转化为空间特征，达到了优化热传导性能的目标。他的概念是将建筑的界面围护结构视为人体为御寒而叠加的几件衣服，视活动的特征而决定穿衣的件数，例如人可以在跑步的时候只穿一件T 恤，走路时可以穿一件轻便的毛衣，静坐时穿更厚重的大衣。那么相应的，由于学生大多数处于静坐状态，该学校的教室空间需要达到室温20℃；走廊空间的温度可以仅保持在15℃以上，因为学生只会路过该空间而不会作长时间停留。因此围护界面的厚度可以设计为一个三层的“热量洋葱”（图1），每层厚度为16cm[5]，根据房间使用的功能和容纳的活动而确定隔热层的厚度，将界面的传热系数U 值从第一层的0.3W/m2逐渐降低到第三层的0.1W/m2。第一层是建筑空间的最外圈，包括卫生间和管理室；第二层稍微靠里一些，包括交通走廊和大厅；第三层为最内层，由40cm 厚度的界面隔热层保护，主要为教室空间，为小学生提供最舒适的学习环境。人在室内温度的梯度空间中游走迁移，建筑达到了节能和人体舒适的双重目标。

图1 瑞士纽维维尔小学教学楼的“热量洋葱”（图片来源：参考文献[5]）

2.2 辐射Radiation

建于奥地利格拉茨的分时咖啡馆（Split Time Café）以三种类型的“平行空间”模拟了一天中太阳辐射进程下的室内环境，一种是自然发生的，另两种是通过调控室内光谱而产生的人工环境，对应于三个时间段内活动的可能性（图2）。第一个时间段（Day and Night Cycle）的活动空间包裹于一个透明玻璃表皮之中，代表了自然太阳进程中的使用时间段，内部放有常用的咖啡馆桌子与椅子；第二个时间段（Night）被黄色玻璃包裹，它过滤了导致人体内褪黑素下降的波长光，内部的家具更接近于休息室，放有床和沙发，提供了类似沙龙的空间；第三个时间段（Day）的活动空间由蓝色玻璃覆盖，该波长光阻止了体内褪黑素的分泌而创造了“永昼”，它更像是一个不休眠的酒吧，放有高桌吧台，供人们短暂停留。这座建筑不仅是空间的设计，更是时间的设计。空间不再是固定的物质环境，而是供人能够进行个性选择的“自然场所”，建筑成为了人们穿越时空的“时间机器”。

图2 奥地利格拉茨分时咖啡馆的三个“平行空间”（图片来源：参考文献[6]）

2.3 对流Convection

在波兰弗罗茨瓦夫当代艺术博物馆的设计竞赛中，拉姆通过在空间中引入两个类似于散热器的热极，创造了一个“对流博物馆”，其中较冷的一极为16 ℃，较热的一极为22℃。这两个温度的极值限定了博物馆内预计所需的功能，根据空气的冷热对流确定了功能空间的位置：低温的16 ℃对应于储藏室或档案馆；高温的22 ℃对应于办公区的最高温度；中间温度区间的会议室、礼堂和餐厅控制在20 ℃左右，展厅温度在18℃～20℃间，走廊、楼梯间和大厅温度保持在17℃～18℃间。其中较冷的热极放置的位置比较热的热极高，形成了竖向的热力学不平衡，引导了整个博物馆平面和剖面上的气流循环运动，创造出温度不同的区域，形成了热景观（图3）。此外博物馆中气流的平均速度低于0.15m/s，避免使人产生不适感，人们可以在其中自由移动、迁移以寻找特定温度，提供了独特的感官转换体验。

图3 波兰弗罗茨瓦夫当代艺术博物馆的竖向热景观（图片来源：参考文献[7]）

2.4 蒸发Evaporation

建于德国汉堡的莫里尔公寓（Mollier Houses）探索了建筑室内湿度、人体活动和使用功能之间的联系。拉姆团队的研究表明，人在不同的空间进行活动时会不断地产生水蒸气：在卧室睡觉每小时产生40g 水蒸气，在客厅活动时每小时产生150g 水蒸气，在厨房做饭每小时能够产生1500g 水蒸气，在浴室洗澡时甚至每20 分钟能产生800g 水蒸气[5]。这个公寓的平面方案则是根据相对湿度0% ～100% 的变化，划分了不同等级的居住空间：最潮湿的90% ～100% 可用作泳池区域；60%～90%的湿度可用作厨房和浴室；30% ～60% 湿度的空间作为卧室和书房；最干燥的0%～30%则作为晾晒衣物的空间。以“蒸汽地图”进行的平面排布颠覆了传统的住宅功能平面（图4），结合人在活动时实际需要的湿度环境来确定最合理的空间。

图4 德国汉堡莫里尔公寓平面的蒸汽梯度（图片来源：参考文献[8]）

2.5 压力Pressure

2008 年建于法国里昂的兰博码头呈现了一种“空气景观”。建筑平面基于对室内气流调控的规律而确定，气流的路径成为平面生成的逻辑，目标是优化每小时的换气率。空气再循环对人体新陈代谢至关重要，空气更新的速率取决于其使用率、使用人数、使用时间和该空间的活动水平：其中门厅空间的换气率为每小时4 次，商店空间为10 次，洗手间为15 次，更衣室为20 次，运动区为25 次，淋浴间为30 次。从平面中可以看出，最终空气循环后汇集于淋浴间，并通过一个双重换热系统提取空气中的热量，并用于加热流入室内的新鲜空气（图5）。

图5 法国里昂兰博码头平面中的气流路径（图片来源：参考文献[5]）

图6 “去属地化的土地”概念装置（图片来源：参考文献[9]）

2.6 消化Digestion

“消化Digestion”是拉姆作品中最为实验性和抽象性的系列。他在2009 年于巴黎蓬皮杜中心展出的概念装置“去疆域化的土地（Deterritorialized Soils）”，展现了在现代环境调控技术的约束下，重新引入巴黎当地典型气候后的室内热环境景观。该装置的核心是一个装有巴黎周边森林石灰石土壤的“散热器”，它通过控制环境湿度来更新内部空间的空气，并在室内产生当地主导的西向风。装置上方有一盏能够模拟当地春季自然光照的灯，并通过转动开关来选择一天中的各个时间段。装置还包括位于不同高度上的三把座椅，意图呈现人体在同一空间的竖向室温梯度中能够实现的不同活动方式。

结语

菲利浦·拉姆所提出的“气象设计”，其要点在于对气象要素的灵活利用和对身体感知的准确把控，这种思维为当下的室内、环境、建筑和景观设计打开了新的维度。尽管许多尝试还停留在实验阶段，但这些前沿的探索将空间作为大气和身体之间的媒介，能够推动气象学与建筑学的跨学科设计方法发展，并有潜力成为一种有效的设计模式，拓展到更广的领域，为当前可持续发展议题下的城市建设提供更多灵感。

从科学层面来看，如今综合学科与交叉学科蓬勃发展，专业之间的横向与纵向交融日益深入，人类知识疆域愈加扩大，学科边界愈加模糊。在这个背景下，建筑不只是作为庇护所的存在，更是集合了气象环境、人文环境、社会环境、技术环境以及信息环境的综合体。因此，建筑学科的研究方法与目标也在不断变化。“空气”作为气象环境中的核心要素，具有改变空间组织的能力；反过来说，空间也参与到环境调控的过程中，协助使用主体完成对气象环境的适应和协同。建筑师们借由对空气的探讨，把注意力从可见的物质空间营造转向不可见的室内新气候营造。在这个过程中，新的范式得以产生，建筑空间不再是量化环境性能的容器。与传统设计方法相比，“气象设计”更多地探讨了如何利用无形的气象语汇进行建筑与环境之间的互相调节，进而从创造建筑环境本身实现和谐人居的目标[8]。