数字建筑设计与建造:DADA2015系列活动 数字建筑国际学术会议论文集
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表现性几何形态与地方建筑技艺的有序融合

——建筑设计竞赛初选阶段案例分析

Kristof CROLLA (高仕棠)

The Chinese University of Hong Kong (香港中文大学)

http://www.arch.cuhk.edu.hk kristof.crolla@cuhk.edu.hk


摘要:本文对Laboratory for Explorative Architecture & Design Ltd. (以下简称LEAD) 事务所提出的一个新颖的博物馆方案在各个竞赛阶段的设计与建筑扩初进行研究分析。该方案在历次公开赛中一直处于领先地位,并最终获得三等奖。基于竞赛委员会的评估报告,本文评估并讨论了其入围第二轮竞赛的原因以及第一轮竞赛后的设计变更。与此同时,也分析了该竞赛本身在全球建筑界的反响。该项目体现了当参数化辅助设计工具、几何形态、结构原理与地域特性相融合的时候,通用建筑设计手段将会被具有地方特色富有创新的建筑手法所取代。对于该理论面临的机遇与挑战,本文进行了研究分析并得出一系列适用于未来竞赛的有效设计理论。

关键词:设计竞赛;轻型屋顶结构;表现性几何形态;生物形态;建筑技艺

1.引言

本文分析并阐述了Laboratory for Explorative Architecture & Design Ltd. (以下简称LEAD) 事务所获三等奖的博物馆设计方案的可行性,以及对于未来建筑设计实践与竞赛的潜在影响力。

该竞赛方案强调,当参数化辅助设计工具、几何形态、结构原理与地域特性相融合的时候,通用建筑设计手段将会被具有地方特色富有创新的建筑手法所取代。当具有高效结构表现的非欧几何形态与地方性建筑技艺、施工材料以及建筑技术相结合,将会带来创新型建筑空间设计方法的涌现,并且可以在不牺牲建筑本身性能以及可持续性的条件下,展现地域特征和独特性。

本文对于设计竞赛不同阶段的建筑发展进行了研究,并且对这个项目普遍和特殊的专家报告进行了分析。结尾部分,在得出整体结论的同时,也展望了更多可以用于未来建筑设计竞赛的有效理论和方法。

2.利盖特布达佩斯项目

匈牙利政府在2014年春天通过议案为六个重要的文化机构新建建筑群。作为“利盖特布达佩斯项目(The Liget Budapest Project)”的一部分,政府启动了五个全球匿名建筑设计竞赛(两轮),其内容包括六个博物馆类建筑设计:艺术博物馆、民族博物馆、音乐博物馆和建筑及摄影博物馆等。竞赛组委会由十位资深评委组成,其中包括建筑普利策奖委员会执行官Marta Thorne。其他半数为匈牙利本地评委,余下四位项目评委为轮流担任。

LEAD事务所选择参加了匈牙利布达佩斯建筑博物馆与摄影博物馆的公开设计竞赛。本次竞赛中,共计2653人次下载了竞赛材料,第一轮共收到112份设计方案,其中五支队伍获得资格进入第二轮竞赛。

设计竞赛的目的是为了寻找满足以下方案要求的设计方:

可以在功能上满足21世纪博物馆设计期望;

可以提出一个展现高水平美学体验并可以长时间满足游客需求的当代建筑设计,同时要求能为布达佩斯文化遗产做出贡献;

尊重历史公园和城市公园;

创造一个可以传递建筑理念、独特、识别度高的建筑群,并且可以提升布达佩斯国际知名度、传播匈牙利文化;

创造一个开放、透明、吸引人的社区空间;

创造满足最新可持续发展期望的典范性建筑;

为其中的博物馆类机构提供长期的经济解决方案。

除了艺术博物馆之外,五个竞赛中四个竞赛项目都于2014年12月截止。至于匈牙利建筑与摄影博物馆竞赛,一等奖颁给了匈牙利本土事务所Középülettervezö Zrt,设计方案由两个一黑一白、高度功能化的立方体组成,近似对称的坐落于城市广场文化的中轴线两侧。二等奖颁给了由意大利事务所GSMM Architetti设计的两个向Ludwig Mies van der Rohe的Neue Nationalgalerie (柏林Berlin, 1968) 致敬的极简主义设计方案。三等奖颁给了LEAD事务所,即本文将展开讨论的方案。荣誉奖颁给了UOA事务所的波形面设计和基于传统柱网设计的事务所De Ferrari y Grass Compañía Limitada (Plan Común)。

3.竞赛第一阶段

3.1 阶段1——设计

设计竞赛要求在公园和城市边界之间,设计两个功能和体量相近的建筑。通过在公共休闲漫步区域两侧增加两条连通城市和公园的文化轴线,形成通往公园的公共步道。设计基地就选址在此步道旁。两栋建筑都以博物馆作为主要功能并且具有公共展览以及配备,有档案研究中心、图书馆、学习中心和员工办公室。

LEAD事务所第一阶段的竞赛方案主要展现了建筑空间与结构展示性几何体在环境因素影响下的完美设计结合。

竞赛要求建筑内部不允许有直射光线。因此,博物馆设计方案通过两个巨型的屋顶将展览空间包裹在其中(见图1)。建筑首层面向外部开放,以简化内部与外部环境的沟通。屋顶被一个峡谷形空间分为两部分,从而使日光可以深入建筑核心筒(见图2)。图书馆和学习空间坐落于其中一侧展览空间之上,在此,开放式屋顶使该空间可以欣赏城市与周边景观环境。大型的挑檐和极少的光面减少了太阳热能的吸收(见图3)。大部分对环境气候有要求的精密展示空间,通过设计都得到了类似于入口门厅和楼梯间空间的缓冲。

图1 夜景

图2 内部大厅

图3 能源策略建筑剖面展示

屋顶的结构设计对于空间造型起到至关重要的作用。受到Frei Otto轻型结构研究院(斯图加特Stuttgart, 1967)的启发,建筑师提出了一个通过用缆索网作为结构的暖顶概念(见图4)。钢制网悬挂于峡谷两侧墙面和楼板边缘。弧形钢制外轮廓用于支撑表面网格,并且在下面创造出可供使用的空间。平行于结构缆索的木质椽用于铺设木质屋顶板材。该板材覆盖着矿物棉、各类屋顶材料以及电镀层。

图4 屋顶构成概念图

当年Otto是通过精确的物理模型或者电脑材料模拟,对他的结构展示性几何体进行物理计算,然而,今天的电脑模拟工具已经可以通过相似的物理原理计算寻找出更加流线和自然的几何造型。在此,根据对内部空间和使用功能需求的精确分析,建立了一个可控的参数化设计模型,并且通过该电脑模型,可以实现对于模型屋顶的实时增减,以达到建筑功能使用的最优化。与传统阁楼形空间类似,屋顶下面的空间根据所产生的几何形式作为天花板。

3.2 阶段1——评估

最终评委的报告展示的参加第一阶段112件参赛作品中,有17件作品因为泄密、4件作品因为不满足要求被排除。这份报告同时包括对剩余参赛作品各项评分点的单独评分。图5展示了作者作品各项得分的整体分布,以及其他五支进入第二轮的队伍的得分情况。

图5 第一阶段作品得分概况

对于这些数据的分析,不仅展现了参赛作品的普遍水平和质量,也体现了评委们对于LEAD事务所参赛作品的意外反应。其中一等奖和二等奖获奖作品,在第一阶段就处于领先阶段,并且分别取得了65%和61%的分数。然而LEAD仅取得44%分数,是所有进入第二阶段队伍中得分最低的,其中设计分数低于平均数46%。

总的来说,大部分参赛者把精力放在了“可持续发展”(60%)和“技术与功能”(52%)上。“造价”经过评估也比想象的要高(50%),其次就是“与环境的和谐度”(42%)。其中,最低分都是给了“建筑体块构成”(27%), “整体建筑构成、特征印象”得到了最低平均分24%,同时“独特性、内(外)部外观造型、建筑个性”取得了最低平均分27%。第三低的平均分则是“建筑空间质量”(29%)。

通过对LEAD事务所得分更细致的分析,显示出评委们对于“建筑和环境的对话”给出了低于平均分的分数(38%)。他们发现“设计与城市景观的融合”和“设计与周边建筑的对话”两项都只得到了可怜的分数(均为31%),并且在“自行车道与人行道”一项中存在设计不足(25%)。在其他设计方案都得到高分的“花费预算”一项中,此设计只得到了第二低的分数(25%),并且其中“建筑围护预算”一项仅仅只有13%。

然而,在“建筑与体块形式”一项中该团队47%的得分名列前茅,甚至在第一阶段“建筑独特性、室内外创新性、建筑风格”一项中,取得了所有参赛作品中最高得分(63%), “技术与功能性”一项得分平平(44%),但是在“可持续”一项中再一次得到了高分(67%), “创新”一项在所有作品中也得到了最高分(88%)。

3.3 阶段1——结论

仅通过对此设计的数据总结与分析,我们可以得到一些有趣的结论:

首先,我们通过对整体平均分的分析发现,评委们对于国际设计群体的建筑设计质量并没留下深刻的印象。国际设计群体对这种匿名的建筑竞赛更加倾向于注重建筑的实用性和表现,而不是建筑设计和创新本身。

其次,似乎评审团更加倾向于直接选择决定邀请的前两名团队进入第二轮。这两支队伍可以自主进行深入设计。然而,评委原本承诺选择四只队伍,而实际只有三支队伍进入次轮(利盖特布达佩斯项目第二阶段,利盖特布达佩斯,2014)的情况下,对于剩余队伍的挑选就显得更具挑战性。

数据显示,评委对于剩下两个作品的选择,是三支持有“外卡”在某一方面表现突出的队伍,而非追求得分最高的团队。这将会为第二阶段竞赛带来更多设计的多样性。LEAD事务所在“创新”一项中取得高分而在“预算花费”和“设计与环境对话”中得分平平;第一阶段亚军得主在“预算花费”中极高的得分(81%)和“建筑与体块形式”中极低的分数(6%)形成了鲜明的对比;同样,最终季军得主在“可持续”一项中得到极高分数(79%),甚至在“健康与舒适”一项中得到100%满分,然而却在“建筑与体块形式”(28%)和“花费预算”(25%)中得分平平。用于补充两个“指定”设计方案的是三个在各个领域,比如预算花费、可持续和创新等各有所长的方案。

LEAD事务所对于建筑创新的追求,似乎和其中一个看好该项目,并致力于推动其中一个设计作品继续深入并进行动工的评委产生了共鸣。

现在来看,对设计团队来说这是一个比较冒险的尝试。

4.竞赛第二阶段

4.1 阶段2——建筑扩初

进入第二阶段,所有的队伍都会得到仅有自己方案的各项得分的表格,该表格并不会包含其他队伍的得分情况。LEAD事务所依然致力于进一步解决先前的一些问题(详见图6和图7)。伴随重新制定和优化的计划,得出了思路更加清晰的室外环境策略,并且对于降低建筑施工造价和操作花费、促进建筑与环境之间的对话,以及建筑内部空间实用性有了更好的解答。其中至关重要的改变是建筑结构的调整修改。

图6 第二阶段设计:步道与咖啡厅透视

图7 Dozsa György街冬季雪景透视

结构顾问对最初提出的拉力缆索网状结构进行了深入研究和问题探讨。为了减小对于结构缆索钢网和支撑结构的应力,屋顶面需要设计成具有不起结构作用且拥有反背曲率的表面。另外,对于支撑拉索网应力的不规则曲线圈梁的预算被取消了。既然所有建筑轮廓以外,用于固定模型屋顶的缆索悬挂系统都被禁用了,该结构方案只好被遗弃。

在我们对于轻型结构用于取代“悬挂屋顶”的研究当中,得出了一系列合适的更具优势的结构方案。垂曲线是一个明确的理想化形状,因为这种结构不存在压力和弯力。与以受压为主的悬挑承载结构不同,该结构会有向内弯曲下垂,以及因材料不均匀使用,会有在构件内部产生中和面的危险。因此,该结构适用于大跨度少横截面的空间。随着该结构系统成为可用于屋顶结构的选择之后,就需要通过增加一个屋顶平台来增加梁的强度。此改变可以使其抵抗预防一些例如风和雪带来的可变荷载导致的形变。

由建筑师Eero Saarinen于1958年设计建造位于New Haven市耶鲁大学的Ingalls Rink冰场,是享誉盛名的第一个悬索型屋顶结构。建筑是由一个巨型的双曲线混凝土拱顶,通过一系列悬索型钢梁连接到混凝土外墙面上。六年后的1964年,由建筑师Kenzo Tange's为东京奥运会设计建造的Yoyogi国家体育馆中,此设计中的概念得到了深化,应用到了两栋建筑上,金属钢梁悬挂在连接奥运游泳馆和体育中心混凝土柱子上的悬索上。几何形体的曲线美得到了充分应用,从而为体育庆典创造了美轮美奂的内部空间。大概25年之后的1987年,Frei Otto通过用木质悬索取代钢制悬索,将悬索型屋顶向前进一步推进。四个为德国Bad Muender的Wilkhahn建造的实验性的手工业展示馆(见图8),通过一个单纯承受弹性拉力的木质悬挂桁架支撑。弧形的椽架在由两三个檩条节点组成的层压木梁框架上。为了提供额外的强度,一个由标准舌榫模板弯曲而成的双曲线模板,安置在这些椽上。双曲线的屋顶使屋顶在使用最少建筑材料的情况下,可以最大程度承受各种荷载。

图8 Wilkhahn手工业展示馆结构概念图

通过对20世纪匈牙利建筑和当地建筑工艺的深入研究,LEAD选择决定进一步深化和采用木质悬索屋顶概念。原因之一就是匈牙利本地对于木质建筑屋顶有丰富的传统和经验。在20世纪的有生态建筑学中,像匈牙利的Imre Makovecz和澳大利亚的Rudolf Steinerproduced这样的代表人物,创造了一些如今为我们所知的独特屋顶结构(见图10)。像Makovecz' Farkasrét教堂(Budapest, 1975)(见图9)、罗马主教教堂(Paks, 1987-91)或者塞维利亚世博会匈牙利馆(图11,1992),这些建筑预示着匈牙利人木质建筑工艺存在着无限可能性。

图9 Makovecz Farkasrét教堂内部天花板结构图

图10 结构概念

在结合匈牙利目前建筑工艺,以及受到Frei Otto's悬索屋顶几何结构影响下的流动性生态建筑几何形式,和21世纪电脑辅助设计工具的帮助下,设计师创造出来一个相当具有创新性和独特性的屋顶形态。因此所有博物馆建筑都成为接地气,具有当代气质的可持续型建筑,同时又拥有引人注目的室内空间(见图11)。

图11 集会空间——匈牙利建筑博物馆

通过一个对比性的分析,证明了同等情况下阶段二的最终设计系统中,悬索梁的选用比传统框架结构的弯曲梁节省19%的木材。

除此之外,屋顶完成面的材料使用也使该项目更地方化。起源于布达佩斯巅峰时期新艺术派的华丽及艳丽的屋顶瓦片被用于许多建筑案例中。由Kornél Neuschloss-Knüsli(1912)设计的距离基地500m的公园大象屋就拥有着革命性形状的蓝色瓦片屋顶。Matthias教堂,Ödön Lechner应用艺术博物馆(1893-6)以及地质学博物馆(1896)都使用了彩色屋顶瓦。

阶段二的设计发展(方案)是借助国际通用的电脑工具,以及满足结构理论、结构表现形体实现的。并且该设计的独特性和代表性,是在结合当地工艺以及案例的基础上发展而来的。当地建设经济在材料和预算上实现的节约,为该项目在未来的社会和经济效益上提供了依据。

4.2 阶段2——评估

最终LEAD事务所获得了第三名,是“外卡”队伍中的胜利者。遗憾的是第二阶段设计扩初部分的得分卡并没有公布,从而丧失了与其他作品进行客观比较分析的机会。然而,最后组委会确实提供了一份由多位评委组成的项目分析。这些显示出对LEAD事务所第二阶段设计的各项分析。

虽然该项目在表现和技术,甚至是在建筑能源概念、居住健康、材料利用率及其被动混合利用方面展现出较强的优势,但是整体建筑形态依然看起来过于绝对或者被建筑外形所左右,跟场地结合不融洽甚至会牺牲建筑内部的空间功能实用性。就建筑造价预算来说,在五个作品中排名第四。

5.跟进

众所周知,非标准几何形体在建筑中的成功融合是具有挑战性的,并且一个特殊的设计方法是无法通过单一的设计竞赛进行分析的。竞赛阶段的设计概念还相当欠发展,并且分析它的有效性会显得不成熟。

客观的竞赛数据和评委报告很少公开,从而导致得出总体结论产生困难。竞赛第一阶段的分数并没有像利盖特布达佩斯(Liget Budapest)其他博物馆项目评价和得分报告那样公开。这使得记录设计修改和对于评价的回应变得难以实现。然而,从一个对于五个作品得分表的比较性分析中,我们可以看出并得出对当今博物馆设计竞赛趋势的综合结论。

以上的设计策略,需要运用于更多的设计竞赛中才能得到一个相对较清晰的适应性结论。为了避免不再成为委员会的“外卡”选手,需要结合更加严格并且成功融合当地世俗与风俗的评判。邀请式的竞赛将会比这种资源枯竭的公开竞赛创造出更合适的平台。

6.结语

本文以当今建筑革新,即用接地气、利用当地现有资源等取代非标准化建筑深奥的形式辩论。

通过对一个竞赛设计方案各个阶段评分报告的分析和研究,充分展现了在竞争市场下创新提案面临的挑战与风险。相反的,竞赛第二阶段评委通过“外卡”选出的,不同于第一阶段指定两支队伍的三个作品,显示了这种独特思路具有一定机遇。相比追求削减开支,或者设计质量中体现的可持续发展程度,这些“外卡”设计所寻求的建筑学革新更具领导地位。

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