纺织材料在建筑中的创新应用

李潇鹏，徐倩蓝，李 正，黄敏韵，朱佳瑜

(1.伦敦艺术大学 切尔西艺术与设计学院，英国 伦敦 WC1V 7EY； 2.苏州大学 艺术学院，江苏 苏州 215127；3.南京艺术学院，江苏 南京 210013)

目前，传统建筑材料仍然主导着建筑行业，但随着纺织材料学、计算机科技和纳米技术的进步，纺织材料与建筑的关系逐渐紧密，越来越多的设计师和艺术家开始对纺织材料设计、建筑设计和室内设计进行跨学科研究，以此拓宽纺织材料在现代建筑中的应用范围，重新定义人类居住空间的物理边界与情感边界，努力创造出多样化和个性化的居住空间[1]。

纺织材料在建筑中的创新应用分为常规创新应用和新概念创新应用。在常规纺织材料创新设计应用中，其创新通常体现在建筑的室内装饰物和其他室内软装用品上，例如窗帘、床上用品、抱枕、壁挂和沙发等常见物品，或者直接作为墙壁的装饰艺术。这些传统纺织材料制品通常具有装饰美化、保暖防潮和塑造空间等作用[2]。在现代纺织材料设计中，其创新应用通常受到新思潮与新理念的影响，这些新概念设计通常包括可持续性设计、人性化设计、艺术化设计和参数化设计等[2]。

本文选用现当代设计案例，采用文献研究、内容分析和案例分析等方法，分析纺织材料在建筑中的创新应用，明确纺织材料在建筑中的作用与特性，并对其进行了归类与分析。以期对未来纺织材料在建筑中的创新应用提供参考。

1 纺织材料概述

纺织材料是纺织工业的一个常用术语，具体是指纤维及纤维制品，它的主要表现形式是纤维、纱线、织物，包括与其相关的复合物等。纺织材料分为天然纤维与人造纤维，如棉、毛、丝、麻即是传统意义上的天然纤维；金属纤维、玻璃纤维、化学纤维等属于人造纤维。

1.1 建筑用纺织材料

在过去的几十年里，纺织材料学研究的具体内容发生了巨大的变化，热塑性塑料、超细和超坚韧的微纤维、轻质皮和透气膜的出现给室内纺织材料带来了更多选择。热塑性塑料通常作为3D打印的原料，可用于服装或建筑；微纤维材料以玻璃或碳纤维的形式出现，被用作混凝土建筑中钢的替代品；轻质皮和透气膜材料则形成了一种新的室内装饰品，它们作为建筑空间重要的、完整的组成部分，通常应用于室内纺织品以提高其舒适性[3-4]。新的工程纺织材料即通过一些改进的织物制造技术生产的纺织材料，其已经作为木材、金属和玻璃等重型建筑材料的替代品，将织物带到了轻质建筑应用的前沿[1,5]。

1.2 纺织材料与计算机科技

计算机与纺织设备具有相同的数学运算逻辑和像素化的生成模式，如Charles Babbage受Joseph Maria Jacquard的提花机启发，在1837年设计出了第一台通用机械计算机，其分析引擎中包含受提花机启发的穿孔卡片[6]。此外数字化纺织技术日益成熟，发展至今甚至出现了各种建模软件，例如3Dmax和犀牛[7]。计算机建模技术的发展也给建筑带来了新的可能性，使更多极具艺术感和创造性的装置艺术和建筑得以问世。

1.3 纺织材料与纳米科技

由于纳米技术的进步，人类对于微观世界的观察与研究不断深入，微观世界给纺织材料在建筑中的创新提供了大量灵感。纺织材料理论家Victoria Mitchell指出[8]：纺织品由内而外的开放继续揭示了其隐藏的知识轨迹。纺织材料的微观研究给装置艺术与纺织制品的融合创造了新的可能性，很多室内网格元素的装置艺术都能隐约看到微观世界的影子。可见，纺织材料与纳米科技的融合为现代建筑提供了无限的可能。

2 纺织材料在建筑中的作用

2.1 纺织材料对建筑的空间塑造

纺织材料参与空间塑造的方法有2种，即直接作为建筑材料加以应用和作为艺术装饰材料叠加混合使用，以达到预期的空间塑造效果。

2.1.1 建筑用纺织新材料

纺织材料直接作为建筑材料时，通常以帐篷等形式或者新材料出现，其纺织材料包括不同的纤维，如聚丙烯、聚酯和聚酰胺等纤维[9]。例如帐篷表面通常使用不同的涂层材料，如聚氨酯(PU)、聚氯乙烯和聚四氟乙烯，利用这些涂层与纺织材料结合起到防水保温等功能；新材料则主要是指部分微纤维纺织品，微纤维纺织品已经可以单独作为建筑材料塑造室内空间，特别是能抵抗气候条件的微纤维[4]。这种微纤维具有对空气和蒸汽的渗透性，同时具有防水性能，是纺织材料应用于建筑墙面的优秀案例[9]。

Shoji纺织膜[10]是微纤维织物应用于建筑墙面的代表之一，如图1所示(摄影师：Anders Ingvartsen)。在Shoji中，针织织物被拉伸在了框架上用作建筑墙面，试图重新定义针织织物在建筑中的应用。并且由于Shoji纺织膜具有透光性，使得室内空间具有光感，与传统不透明的钢筋混凝土建筑形成了鲜明对比。

图1 Shoji纺织膜Fig.1 Shoji

2.1.2 建筑用纺织复合材料

随着纺织材料新技术的快速发展，很多设计师开始尝试使用三维纺织复合材料技术配合帐篷结构，对传统纺织建筑进行创新。很多纺织材料也开始与建筑用钢筋混凝土结合，如由玻璃或碳纤维制成的新型纺织品，现在也被用作混凝土建筑中钢材料的替代品[4]。纤维材料可以阻止混凝土内部微小裂纹的扩展和抑制损伤的积累，不同性能的纤维对混凝土起到了不同的改善效果，基本可满足不同建筑的性能需求[4]。1972年德国Frei Otto[11]设计的慕尼黑奥林匹克体育公园主体育场使用了大量具有先进三维纺织复合材料技术的帐篷结构，这些帐篷结构由拉伸膜结构的单层纺织品、电缆和压缩钢筋组成，是对建筑设计与纺织材料制品设计的一次革命性尝试[1]。法兰克福应用科技大学(UAS)和德国登肯多夫纺织和纤维研究所(DITF)至今一直在研究多层、三明治形状的三维纺织品在建筑空间塑造的应用，这些三维纺织品包括不透明墙壁和透明或半透明屋顶元素，还包括“三维纺织品—泡沫间隔织物的轻质墙体(3dTEX)”和“经编、机织和泡沫间隔织物(ge3TEX)”这2个项目[4,12]。这些项目通过对于混杂纤维的研究，以提高混凝土的强度、韧性和耐久性，如图2所示为“3dTEX”研究项目—经纱针织和泡沫垫片织物[4]。

图2 “3dTEX”研究项目—经纱针织和泡沫垫片织物Fig.2 The “3dTEX” research project：warp-knitted and foamed spacer fabric

2.2 纺织材料美化建筑形象的创新应用

2.2.1 室内用品形象的美化

纺织材料对室内用品的美化主要包括纺织材料类壁挂、窗帘和地毯等，很多设计师通过改变其形状或者塑造新的图案赋予其新的美感。2012年哥本哈根建筑住宅的山幕(Mountain Curtain)作为一种变革性纺织品，给纺织材料在窗帘上的应用提供了新的思路(如图3所示，摄影师：Anders Ingvartsen)。山幕结合了数字建模和手工制作，从浅到深创造了许多缝纫图案[10]。其使用工业吸盘倒置窗帘，在空间中呈现了一个新的山脉形象，同时其作为室内环境和室外环境交界的一个组成部分将人体与周围环境分开，对于室内光感的塑造起到了非常重要的作用。2016年的Sifter则是一种具有科技感的窗帘，如图4[10]所示，其由4种纺织品制成，嵌入了13个传感器来过滤和分配光线，从清晨至黄昏调节室内空间的亮暗[10]。

图3 山幕Fig.3 Mountain Curtain

图4 Sifter细节图Fig.4 Sifter detail

2.2.2 室内用品功能的美化

纺织品对室内用品的创新包括沙发套、床单、抱枕等，这些物品设计创新的主要方向是使用功能和装饰功能，例如研究其织物图案、织物厚度、表面结构、间隔物单丝线密度和倾斜度，分析结构参数对其冲击压缩行为的影响[11-13]。以沙发、座椅套和座垫等应用为例，经纱编织垫织物可以很好地结合其压缩特性、透气性和温度调节的优点，在保证舒适性的同时作为室内纺织品美化室内装饰物品。

2.3 纺织材料对建筑中声音的处理

纺织材料增强吸声能力的基本原理即通过增加材料的纤维表面积、纤维粗糙度和弯曲度来增加声音的能量消耗[14]。其中增加纤维表面积的方法是通过等离子体处理和碱处理，从而改变纤维的物理结构[15]。玻璃纤维、泡沫纤维、矿物纤维等纺织材料长期被用作吸音材料，随着人们环保理念的持续深入，这些传统吸声纺织材料正在被其他纺织材料取代[15]。

2.3.1 建筑墙面中的吸音纺织材料

在音乐厅建筑中，纺织吸音器具有降低噪音的特殊功能，通过控制混响时间或消除回声以提高语音的清晰度，促进音乐厅有更加多元生动的声音。多孔吸收器和面板吸收器用于吸声，其主要材料是纤维状、颗粒状或细胞状物质，通常出现在电影院和歌厅的墙面,例如羊毛基建筑材料由于其低能耗和低环境影响而被越来越多地使用[14]。

2.3.2 建筑中的吸音纺织材料装置

Frances Crow和David Prior使用合成纺织材料丙烯酸制作了“Organ of Corti”[16]。“Organ of Corti”是一个4 m高的丙烯酸圆柱体的格子，又被称为“声音晶体阵列”，其可减弱发生在周围的噪声频率，将声音转化为大脑接收到的电脉冲。其强调了声波脉冲的同时降低了周围噪音，使听者对声音的感知产生微妙的变化。装置本身并不会产生任何噪音，但可以让听者集中注意力，并立即与包围它们的真实声音紧密接触，循环利用声音。

3 纺织材料在现代建筑中的应用特性

在5G智能化的今天，科技成果日新月异，新概念高科技含量的纺织材料层出叠见，其作为现代建筑的材料完全能够胜任，并且能够提升建筑材料的美学价值。

3.1 人性化

建筑设计、室内设计和纺织设计的本质都是以人为本[17]。人性化通常体现在人与建筑的交互之中，旨在从根本上改变人类与室内设计的关系。即把建筑看作是有情绪的生物，通过纺织品把人类从使用者升级为建筑中的参与者[7]。建筑内的纺织品作为一种介质体现建筑中的人性化设计。例如聚合光子纤维(POF)、刺绣和毡的结合，创造了稳定的二维和三维形式的同时也提高了纺织表面的触感质量[18]。部分人性化纺织材料制品设计则涉及到计算机技术，如通过触摸屏、手机等对产品进行操作，利用嵌入在产品中的照明图案与用户进行交互等[19]。飞利浦公司通过将一个发光二极管与集成电子设备应用在柔软的家具上来达到与用户交互的目的；互动研究所则是开发了基于互联网连接的互动枕头[18,20-21]；建筑师Mette Ramsgard Thomsen[7]将纺织中的编织技术结合电枢元素进行设计，将其称为“数字化工艺”。数字化工艺基于纺织品材料和交互传感器技术发展，使室内空间会由于人类活动而改变，从而使室内纺织品更加像一个具有感情的情绪化生物。2007年Thomsen和Tony一起用叠压、褶皱和其他纺织手法探索数字化工艺，用编织纤维实现了一个室内装置“Strange Metabolisms”，如果编织的纤维被用户拉动它就会自行解开[7]。

3.2 艺术化

随着大众审美需求的多元化，建筑艺术化创新成为了当代设计的新要求。建筑艺术化有时候往往可以带来意想不到的效果，越来越多的设计师使用可塑性纺织材料制品作为结构或者框架制造一个极具艺术化的大型建筑装置。这些建筑装置在视觉上与微观纺织品有一定的相似性。纺织理论家Victoria Mitchell提出[7]，如果要理解纺织品和建筑之间的关系，要转向原材料的研究，从编织的微观结构入手。

通过这些微观的纺织结构可以探索纺织材料在建筑上的新思路。这些建筑开始使用纺织服装的术语：“缝”作为连接方法；“填充”作为绝缘层；“网”作为不同分层的交错[16]。例如Numen/ForUse设计公司2014年设计的室内装置应用“Tape”，其使用了上千股胶带，创造出了一个寄生结构建筑装置(如图5所示)：“横滨网格风暴(Net Blow Up Yokohama)”使用了大量网状的室内装置艺术，是一个没有外部构造或内部骨架支撑，完全由纺织品构成的建筑装置[7,22]。

图5 横滨网格风暴Fig.5 Net Blow Up Yokohama

3.3 可持续化

可持续化设计成为了当代纺织室内设计非常重要的部分[23]。可持续化设计的核心是对于环境的保护，因此许多建筑内部空间开始与绿色植物相结合。如Loop.pH公司运用纺织思维和技术创造了“藻类幕(Algae Curtain)”作为2012年在法国里尔安装的“能源未来”装置的一部分，众多透明管被打结在一起形成大型的生物活性窗帘，活藻类被加入管道网络吸收周围的日光，并创造植物性生物燃料[24]。通过可持续化设计，可以提高纺织与现代建筑内部空间和外部结构的交联，创造具有生命力的建筑肌肤与内脏，促进人类与建筑的交互。

4 结束语

在研究建筑用纺织材料的基础上，对纺织材料在建筑中的作用进行分析；分类细化研究了纺织材料在现代建筑中的特性。纺织材料在建筑中有许多创新应用，甚至部分已经直接应用于建筑材料之中。纺织材料在很大程度上仍然局限于对建筑内部空间的装饰应用，但是纺织材料在高科技的推动下也不断出现更新以满足现代式建筑的需求，例如3D打印式的现代各类建筑物、隔音纺织建筑材料等。设计师可利用纺织材料新科技的成果进行设计，包括纺织材料与计算机技术和纳米技术融合交叉后呈现的各类创新成果。未来，设计师应当更多地利用纺织材料制品的各种属性对于声音、光、热的调节，以期对建筑内部空间和外部结构进行创新设计。