諾曼·福斯特技術(shù)策略

1、技術(shù)策略研究諾曼福斯特Norman Foster組員：柴鑫、葉鑫、韓藝文、唐坤 content1 2 3 技術(shù)策略自然因素的利用技術(shù)因素的利用生態(tài)平衡的實(shí)現(xiàn)1.1綠色的空中花園 1.2太陽(yáng)能的利用 1.3技術(shù)中的仿生傾向 2.1可呼吸的生態(tài)幕墻 2.2可調(diào)節(jié)的智能技術(shù) 3.1自然光源的獲得 3.2自然通風(fēng)的利用 3.3能源節(jié)約的獲得 3.4自然環(huán)境的適應(yīng) 自然因素的利用綠色的“空中花園” 在人類進(jìn)入現(xiàn)代高科技時(shí)代的今天，生活在大都市里的人們希望每時(shí)每刻都接觸到大自然中的植物、花草，呼吸到新鮮空氣。然而現(xiàn)代建筑的全人工的空調(diào)環(huán)境隔斷了人與自然的聯(lián)系，無(wú)法讓渴望與自然親密接觸的人們感受到季節(jié)和氣候

2、的變化。在諾曼福斯特的建筑中，“空中花園”是他擅長(zhǎng)使用的設(shè)計(jì)手法之一(如圖)?！翱罩谢▓@”的出現(xiàn)打破了室內(nèi)外空間界限，密切了人與大自然的接觸，創(chuàng)造出了一種能夠滿足了人們生理和心理等多方面需求的人工環(huán)境中的自然場(chǎng)所。 堪稱“世界上第一座生態(tài)摩天樓”的法蘭克福商業(yè)銀行大廈是全球最高的生態(tài)建筑，也是到目前為止歐洲最高的一棟超高層辦公建筑(如圖）。在這個(gè)作品中，諾曼福斯特將生態(tài)自然景觀引入到超高層集中式辦公建筑中，成功地運(yùn)用高科技的手段解決了高層辦公建筑的生態(tài)問(wèn)題。 這座有53層、298.74m高的具有柔和曲線、十分通透的三角形塔樓位于萊茵河畔。大廈的標(biāo)準(zhǔn)層由三個(gè)花瓣形的部分圍繞中庭構(gòu)成。在任何一層平

3、面，三片“花瓣”中的兩片是辦公空間，第三片則是花園。諾曼福斯特將大廈主體建筑劃分為4個(gè)組，每組12層，總共有九個(gè)面積，高15m的“空中花園”，這些花園環(huán)繞中庭盤(pán)旋交錯(cuò)上升。錯(cuò)落分布的“空中花園”面對(duì)大廳完全敞開(kāi)，據(jù)方位種植各種植物和花草:朝東的花園種著竹子、日本楓樹(shù)、木蘭、杜鵑花、雪球樹(shù)和北美杜鵑，主要為了營(yíng)造出東方情調(diào);朝南的花園種有橄欖樹(shù)、夾竹桃、熏衣草、百里香、石榴、軟橡樹(shù)和柏樹(shù)，主要為了營(yíng)造地中海的氛圍;而朝西的花園則種著刺槐、楓樹(shù)和美洲衫，則為了營(yíng)造北美的氣息。這些不同朝向的植物和花草給建筑內(nèi)的每一個(gè)辦公室都帶來(lái)令人感到愉快和舒適的自然綠色景觀，并獲得了自然通風(fēng)，還使陽(yáng)光最大限度地進(jìn)

4、入了建筑內(nèi)部。 在中國(guó)上海，諾曼福斯特也創(chuàng)造了一個(gè)相類似的建筑，那就是久事大廈。該建筑是諾曼福斯特在中國(guó)大陸的第一個(gè)作品。這座大廈建筑面積為6.8萬(wàn)平方米，總高168米，地上40層。在這個(gè)項(xiàng)目中，諾曼福斯特也同樣采用了“空中花園”的設(shè)計(jì)手法。在設(shè)計(jì)時(shí)他充分考慮到城市空間的利用，在大廈的15-17層、26-28層、36-40層由沿街圓孤面開(kāi)始向后層層退臺(tái)，形成三個(gè)層次的階梯型超大平臺(tái)，用于營(yíng)造綠色的“空中花園”。在這異乎尋常的超大空間里，種植著各種各樣的植物。這些綠色植物，不僅能夠有效改善室內(nèi)環(huán)境與氣候，而且.其豐富的色彩和優(yōu)美的形態(tài)讓辦公空間融入了大自然的勃勃生機(jī)。自然因素的利用太陽(yáng)能的充分運(yùn)

5、用“好似在某種北方寒冷氣候條件下生活了很長(zhǎng)時(shí)間的人一樣，太陽(yáng)對(duì)我有著巨大的吸引力。同樣，在陽(yáng)光充足的氣候環(huán)境中，我尋找蔭蔽則也是為了發(fā)現(xiàn)和利用陽(yáng)光。“ 諾曼福斯特 太陽(yáng)能集熱板將水加熱，供給輻射冷卻系統(tǒng)的吸收冷卻器。所有這些都減少了建筑的燃?xì)獍l(fā)熱、發(fā)電設(shè)備所需要的并使業(yè)主在向租戶供能時(shí)獲得經(jīng)濟(jì)上的收益。 諾曼福斯特在對(duì)德國(guó)柏林國(guó)會(huì)大廈的改建時(shí)，同樣也將太陽(yáng)能的利用作為生態(tài)建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)重要手段加以運(yùn)用。改建的過(guò)程中，他為原有的建筑物注入了新的元素一一玻璃彎頂。這個(gè)彎頂結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒁欢ń嵌鹊墓饩€折射到彎頂下面的議會(huì)大廳，同時(shí)作為自然通風(fēng)系統(tǒng)的一部分它將空氣排出。在這個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的玻璃彎頂中，安裝了一排

6、太陽(yáng)能電池，作為議會(huì)大廳遮陽(yáng)和通風(fēng)系統(tǒng)的動(dòng)力能源系統(tǒng)。太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備和彎頂內(nèi)可自動(dòng)控制的遮陽(yáng)系統(tǒng)相互結(jié)合。自然因素的利用技術(shù)中的仿生傾向 在建筑仿生學(xué)的形式仿生中，除了我們常見(jiàn)的模仿生物原形外，另一種建筑形式仿生可稱為塑性建筑，它并不直接模仿某種生物的形態(tài)，而是在造型上反映出生物形體的共同特征，即“連續(xù)性”一一生物體的外部和內(nèi)部是完全連續(xù)的一個(gè)整體，沒(méi)有任何割裂的碎片，相臨部分的連接都是流暢的，不會(huì)有生硬的拼接痕跡，動(dòng)物的形體和骨骼就是極好的例證。 動(dòng)物在寒冷季節(jié)通常喜歡蜷縮成一團(tuán)來(lái)保持體溫，因?yàn)檫@樣可減少散熱表面積。諾曼福斯特設(shè)計(jì)的倫敦市政廳就模仿了這一原理。位于泰晤士河南岸的倫敦市政廳的外

7、形非常獨(dú)特，是經(jīng)過(guò)諾曼福斯特精心設(shè)計(jì)而成的傾斜螺旋狀。整個(gè)建筑向南傾斜31，表面積比同體積立方體少了25%，冬季采暖大大降低，大大降低，使得建筑具有很好的節(jié)能效果。此外，倫敦市政廳模仿動(dòng)物身體的三維曲面形和下大上小的建筑體形有利于風(fēng)從高層建筑表面平緩的流動(dòng)，減少水平風(fēng)荷載，增加建筑的穩(wěn)定性。 該建筑物的承重磚大部分按鋼梁的斜格狀網(wǎng)格排列，而這些鋼梁是通過(guò)水平環(huán)箍加固的。建筑物外形上的斜格知陣不禁讓我們想起了附著于海底的海綿、?？陀锌紫x(chóng)類身上具有幾何規(guī)律性的花紋。通過(guò)這些斜格知陣建筑師可以在建筑中插入螺旋上升的光井，它們打散了各個(gè)圓形平面而把每層分成一些小的區(qū)域。借助于建筑的氣動(dòng)外殼，這些光井

8、可以保證氣流自然循環(huán)，就像海綿通過(guò)基膜從水里吸入養(yǎng)分并通過(guò)上面的“煙囪”或排水孔排泄一樣，通過(guò)氣流的自然循環(huán)，建筑物能夠大大減少耗能。技術(shù)因素的利用可呼吸的生態(tài)幕墻 在上海久事大廈的設(shè)計(jì)中，諾曼福斯特采用了無(wú)色透明的雙層玻璃幕墻，這種體系被稱為“可以呼吸的第四代生態(tài)幕墻”。久事大廈的“可呼吸的生態(tài)幕墻”是一種令人耳目一新的、與外部并無(wú)阻隔的“全透墻”，在我們國(guó)內(nèi)還是首次使用，在“亞洲上海久事大廈也是第一幢采用雙層全通透動(dòng)態(tài)玻璃幕墻的現(xiàn)代建筑?！痹摻ㄖ纳鷳B(tài)幕墻外層為透明的雙層中空LOW一E 鋼化玻璃，內(nèi)層為可開(kāi)啟的潔凈透明鋼化玻璃組成的單元板塊玻璃，內(nèi)外層玻璃形成間距320mm空腔，內(nèi)置可上下

9、移動(dòng)和水平調(diào)節(jié)的35mm寬銀灰色鋁合金穿孔電動(dòng)百葉，電動(dòng)百葉可以由中央控制系統(tǒng)統(tǒng)一控制開(kāi)啟的角度，用以遮陽(yáng)和調(diào)節(jié)光線明暗。室內(nèi)的一層玻璃可以山鉸鏈控制從左面或右面打開(kāi)，也可以卸下，以便清洗和更換遮陽(yáng)百葉，這層玻璃為本體著色單層玻璃。 久事大廈的室內(nèi)外兩層玻璃之間的空腔內(nèi)有通風(fēng)系統(tǒng)，這樣無(wú)論夏天還是冬天都有非常好的熱工效果。技術(shù)因素的利用可調(diào)節(jié)的智能系統(tǒng) 德國(guó)杜依斯伯格商務(wù)促進(jìn)中心的設(shè)計(jì)中，為了給建筑的使用者提供一個(gè)非常舒適的建筑空間，曼福斯特采用了十分先進(jìn)的技術(shù)控制系統(tǒng)。該技術(shù)控制系統(tǒng)的目的是對(duì)建筑的能源消耗和功能機(jī)構(gòu)進(jìn)行微電子控制。這個(gè)系統(tǒng)的核心是高效的PC機(jī)和精細(xì)復(fù)雜的軟件。這個(gè)軟件能夠分

10、析現(xiàn)在的天氣情況并目.也能預(yù)測(cè)將來(lái)的天氣情況。中心PC機(jī)與地區(qū)氣象站聯(lián)網(wǎng)，與此同時(shí)在建筑的屋頂上還設(shè)有一個(gè)自動(dòng)氣象站。這個(gè)氣象站主要用來(lái)測(cè)量建筑表面接收太陽(yáng)光的情況。另外它還包括室外溫度計(jì)、風(fēng)速儀、一個(gè)100m深的地質(zhì)探桿及熱通道內(nèi)的探測(cè)器。這些裝置一起幫助提供用以保持建筑物高效利用能源所需的數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)通過(guò)分析計(jì)算向各執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，對(duì)建筑物內(nèi)的通風(fēng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、活動(dòng)百頁(yè)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這些系統(tǒng)可以根據(jù)建筑使用者的個(gè)人習(xí)慣進(jìn)行人工調(diào)節(jié)。 在法蘭克福商業(yè)銀行的設(shè)計(jì)中，諾曼福斯特也采用了現(xiàn)代化的、可調(diào)節(jié)的智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)允許用戶最大限度地控制環(huán)境。建筑的控制系統(tǒng)是非常復(fù)雜的，它不斷地

11、分析周圍的條件。生態(tài)平衡的實(shí)現(xiàn)自然光源的獲得 在對(duì)ITN電視臺(tái)總部設(shè)計(jì)時(shí)，諾曼福斯特就在利用自然光方面反映了他的上述理念。該建筑用地原是一個(gè)報(bào)紙印刷廠，所以建筑的空間又寬又深，進(jìn)深達(dá)30米?？紤]到建筑的采光問(wèn)題，諾曼福斯特將屋頂設(shè)計(jì)成透明和半透明的玻璃頂棚，這樣室內(nèi)就保證了有充足的自然光源。在這個(gè)建筑中的地下室部分，在改建后將被作為電視工作室，但是山于地下室很深，致使許多空間昏暗無(wú)光無(wú)法使用。為了解決這一問(wèn)題，諾曼福斯特將地面層的地板打穿，這樣中庭可以直延伸至地下，使光線進(jìn)入地下室。通過(guò)諾曼福斯特的精心設(shè)計(jì)，光線就可以從各方向射入，這樣一來(lái)，不但建筑中庭有足夠的自然光源，就連地下室也能利用天然

12、光進(jìn)行采光。 在柏林國(guó)會(huì)大廈改建工程的設(shè)計(jì)中，諾曼福斯特再一次向人們展示了他對(duì)自然光線的完美掌握和出色應(yīng)用。建成后的議會(huì)大廳與一般人們常見(jiàn)的觀眾廳有所不同，它主要依靠自然采光而目.還利用了光的反射，通過(guò)透明的玻璃彎頂和倒錐體將水平光反射到下面的議會(huì)大廳。另外，在議會(huì)大廳兩鋇J的內(nèi)天井也可以達(dá)到補(bǔ)充自然光線的作用。這些采光措施的運(yùn)用基本滿足了議會(huì)大廳內(nèi)的照明需要，并目.大大減少了平時(shí)人工照明設(shè)備的使用。除此之外，議會(huì)大廳彎頂內(nèi)的遮光板可以隨日照方向自動(dòng)調(diào)整方位，以防止熱輻射并避免眩光。沿著導(dǎo)軌緩緩移動(dòng)的遮光板和倒錐形反射體，都有著極強(qiáng)的雕塑感，因此很多人把這個(gè)具有雕塑感的倒錐體稱作“光雕” 。

13、每當(dāng)日落的時(shí)候，彎頂內(nèi)的室內(nèi)光線向外放射使玻璃彎頂成了夜空中一個(gè)絢麗多姿的發(fā)光體，這個(gè)發(fā)光體猶如一座燈塔一般成為了柏林市夜景中的一個(gè)獨(dú)特景觀?？梢哉f(shuō)柏林國(guó)會(huì)大廈的改建，使人們對(duì)生態(tài)建筑有了更深刻的理解，深入認(rèn)識(shí)到了對(duì)自然資源的合理使用并進(jìn)而達(dá)到生態(tài)平衡的優(yōu)勢(shì)所在。生態(tài)平衡的實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)的利用 在進(jìn)行弗雷尤斯地方中等專業(yè)學(xué)校的設(shè)計(jì)時(shí)，山于弗雷尤斯氣候炎熱，諾曼福斯特利用“煙囪效應(yīng)”的原理使熱空氣通過(guò)吹拔從建筑的頂部天窗排出，新鮮的室外空氣再通過(guò)窗戶進(jìn)入房間，達(dá)到自然通風(fēng)的目的。此外，在屋面構(gòu)造上諾曼福斯特也進(jìn)行了周密的考慮。他借鑒傳統(tǒng)阿拉伯建筑的做法，在混凝土屋面的結(jié)構(gòu)層和防水層之間設(shè)有通透的空

14、腔，這樣既降低了屋面的導(dǎo)熱系數(shù)，又有利于加速自然通風(fēng)。在屋面所用的混凝土上諾曼福斯特采用了當(dāng)?shù)爻霎a(chǎn)的一種高熱容材料，這種材料能夠進(jìn)一步增加屋面的熱惰性。雖然諾曼福斯特的這一嘗試僅僅是在功能最簡(jiǎn)單的建筑中利用最基本的空氣動(dòng)力學(xué)原理，但它卻標(biāo)志著諾曼福斯特已經(jīng)開(kāi)始探索一個(gè)新的領(lǐng)域。 德國(guó)法蘭克福商業(yè)銀行總部大廈這個(gè)項(xiàng)目中，利用“煙囪效應(yīng)”的原理來(lái)組織辦公空間的自然通風(fēng)。經(jīng)過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)后，諾曼福斯特在建筑中設(shè)置了多個(gè)錯(cuò)落分布的“空中花園”。這些“空中花園”分布在三個(gè)方向的不同標(biāo)高上，成為“煙囪”的進(jìn)、出風(fēng)口，它們不但有效地組織了辦公室間自然通風(fēng)，而目.還使每個(gè)辦公室里工作的職員都能看到大廈中的溫室，并

15、目.整座大樓的所有辦公室都可以通過(guò)開(kāi)窗實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)。 在柏林國(guó)會(huì)大廈的改建中諾曼福斯特也將自然通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)得非常巧妙。在西門廊的檐部設(shè)置了議會(huì)大廳通風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)口，新鮮空氣進(jìn)來(lái)后經(jīng)過(guò)大廳地板下的風(fēng)道及充在座位下的風(fēng)口，低速而均勻地散發(fā)到建筑內(nèi)的各個(gè)角落，然后再?gòu)膹濏攦?nèi)倒錐體的中空部分排出室外，此時(shí)倒錐體成了拔氣罩。國(guó)會(huì)大廈的側(cè)窗都是雙層窗，外層為具有防衛(wèi)性質(zhì)的層壓玻璃，內(nèi)層為隔熱玻璃，兩層之間為遮陽(yáng)裝置。山于雙層窗的外窗可以滿足保安要求，內(nèi)層窗可以隨時(shí)打開(kāi)。側(cè)窗的通風(fēng)既可以自動(dòng)調(diào)節(jié)也可人工控制。國(guó)會(huì)大廈內(nèi)的大部分房間可以得到自然通風(fēng)和換氣，根據(jù)空氣換氣量的需要進(jìn)行調(diào)整，每小時(shí)可以達(dá)到1/2次到

16、5次。生態(tài)平衡的實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約的取得 在諾曼福斯特看來(lái)，“可持續(xù)發(fā)展”意味著用最少的來(lái)做最多的。他認(rèn)為可持續(xù)發(fā)展并不僅僅是單體的建筑，其概念可以擴(kuò)展到整座城市、區(qū)域乃至整個(gè)地球。一個(gè)集多種功能為一體的綜合體可以減少土地消耗而提供舒適的生活、工作和娛樂(lè)社區(qū)。東京的千年塔計(jì)劃就是諾曼福斯特這種觀念的代表建筑之一。這座規(guī)模巨大、高聳入云的千年塔將傳統(tǒng)的意識(shí)中城市向水平方向拓展改為垂直發(fā)展。千年塔里容納了商業(yè)、餐飲、居住、影院、綠地、體育等設(shè)施。該建筑高達(dá)840米，容納近6萬(wàn)人，然而它的占地面積還不到0.013平方公里，而目.因?yàn)樗墙ㄔ煸诤Ｖ校跃透鼮楣?jié)約土地。千年塔將成為一個(gè)能夠自行運(yùn)轉(zhuǎn)并維持和滿

17、足各種需求的小型垂直城鎮(zhèn)。 “新的德國(guó)議會(huì)大廈將成為世界上第一座完全山可更新能源供應(yīng)和進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)的重要的公共建筑?！敝Z曼福斯特這樣說(shuō)道。在設(shè)計(jì)中，他充分考慮到了能源消耗、環(huán)境污染和地球變暖等比較宏觀的問(wèn)題。他將植物油，如菜籽油和葵花子油，在一個(gè)發(fā)熱發(fā)電設(shè)備中燃燒產(chǎn)生電能。這一過(guò)程是清潔的，只有最少量的氣體污染物釋放。燃燒后產(chǎn)生的廢渣，以熱能的形式，被填充到一個(gè)熱能吸收裝置中，逐步冷卻。經(jīng)過(guò)加熱或冷卻的水被輸送到嵌在天花板、墻壁和地面中的薄壁發(fā)散器中，使室內(nèi)變暖或變涼快。這樣做使得建筑沒(méi)有傳統(tǒng)的運(yùn)送大量冷熱空氣的巨大管道，也就沒(méi)有了隔柵和懸掛式天花板。另外，他將地下湖作為冷熱交換器儲(chǔ)存能量，使

18、夏天的熱能儲(chǔ)存在深層以便冬天使用，把冬天的冷量?jī)?chǔ)存在淺層便于夏天使用，這樣就形成了可循環(huán)的生態(tài)平衡。生態(tài)平衡的實(shí)現(xiàn)自然環(huán)境的適應(yīng) 1964年的康沃爾郡河濱住宅項(xiàng)目就是諾曼福斯特將建筑與周圍自然環(huán)境很好結(jié)合的典型代表。該建筑設(shè)計(jì)場(chǎng)地處于被一片茂盛的樹(shù)林所覆蓋，并能俯瞰皮爾河灣的康沃爾郡地段。方案試圖避免出現(xiàn)常見(jiàn)的沿河地段被隨意擴(kuò)展、侵占的情形。所以諾曼福斯特采用了錯(cuò)落的布局，這樣一來(lái)住宅與繁茂的樹(shù)木層疊交錯(cuò)，如同植根于這塊土地上一樣，這也正像諾曼福斯特所說(shuō)的那樣“建筑應(yīng)植根于環(huán)境，融入自然”。在德國(guó)法蘭克福的國(guó)家室內(nèi)體育場(chǎng)的設(shè)計(jì)中，諾曼福斯特也同樣對(duì)建筑周邊的自然環(huán)境給予了足夠的重視。他將建筑設(shè)計(jì)成扁拱曲線屋架，凈跨70m,橫跨比賽場(chǎng)地。大廳空間稍沉入地面下，從外面看去，體育場(chǎng)與其周圍環(huán)境、基地結(jié)為一體，如同一座半露天劇場(chǎng)。拱架山柱礎(chǔ)升起，與場(chǎng)地周圍的青翠叢林相融匯，形成極佳景觀，并以此為屏障與周邊