流线能够形象地给出流场的流动状态。流线的引入是欧拉法的研究特点。2）通过某一空间点在给定瞬间只能有一条流线，一般情况流线不能相交和分支。4）流线密集的地方，表示流场中该处的流速较大；稀疏的地方，表示该处的流速较小。图2-2 流线图从图中看出，流线分布的疏密度与流体横断面积的大小有关。横断面积小的地方流线密，流速大；横断面积大的地方流线疏，流速小。流线的形状和固体边界的形状有关。......
2023-08-20
建筑表皮的作用和设计方法
【摘要】：阿尔伯蒂把建筑表皮当作结构的结果，因此，表皮被认为是有厚度的覆盖物，结构则是内在支撑物。表皮作为建筑形态设计方法，最典型的就是四维分解法，基本做法是将包含建筑表皮在内的建筑围护结构构件分解为不同方向的壁板，然后通过壁板的不同组合方式重新构筑建筑的各种要素。
1.表皮概念的演进
在建筑学中，建筑表皮是个不断转换的概念，对建筑表皮的认知也在不断转换的概念中得以形成。
文艺复兴时期，阿尔伯蒂（Leon Battista Alberti，1404—1472）通过身体的隐喻和性别的特征来描述建筑隐喻，从而建立了二元对立理论。他认为建筑首先是裸露地被建造出来的，而后才披上装饰的外衣。阿尔伯蒂把建筑表皮当作结构的结果，因此，表皮被认为是有厚度的覆盖物，结构则是内在支撑物。这种隐喻与古典建筑的特征相吻合——装饰不超出结构的范围。
在现代主义时期，建筑表皮经历了一个至关重要的从古典立面到现代建筑表皮的转换，这种转换主要取决于空间与表皮的相关变化与建筑技术的发展，其中，前者和先锋艺术及玻璃带来的透明度相关，而后者主要体现在工业化生产以及承重结构的替代上。到20世纪初，建筑表皮获得了解放并成为独立的主题概念，从那时起，建筑表皮变成了围绕整个建筑的自由而连续的外皮，取消了古典正立面；建筑表皮从此摆脱了承重功能及重力主导的形式法则，获得其物质—本体形式的自由，探讨重和轻、厚和薄、稳固和流动等抽象关系，由此在设计中具有相对独立的意义与灵活性。
新兴的数字信息技术所孕育的力量，不仅削弱甚至颠倒了表皮与结构或表皮与功能之间的关系，而且为建筑表皮的觉醒注入了前所未有的强劲动力。新技术、新材料（轻、柔、透）不但使建造能自如应对复杂的表皮，还使建筑设计获得了前所未有的自由。运用数字工具，建筑师能为任何形状的表皮赋予各种材质，也能创造出排除了传统的欧几里得建筑语言，不受重力、功能和结构制约的表皮，并带来新的空间认知与形式表现，使建筑学的固有概念得到重新反思。
2.表皮新概念的确立要素
①打破传统立方体的边界和“转角”“边角”的限定，使屋面与墙的边界、墙与墙、墙与地面等直角转折边界得到消融。
②表皮因不受上部承重结构传递荷载的影响，为悬挑、悬挂等自由的建筑处理创造了条件（见图3-275～图3-277）。
图3-276 某社区中心
图3-277 文化信息中心
（立陶宛，2005年）
③表皮与承重系统的分离，形成的隔层可以发挥节能、节材的作用，并使立面得到复合化的处理，使表皮真正成为建筑的皮肤，为外界环境进行能量与物质的交换提供有利条件。
3.建筑表皮的特性
（1）功能性
表皮有时候是一种附加物（常常是有功能的），而有些时候是建筑的围护结构，起到抵御各种自然环境影响的作用，如防寒、保暖、防晒、防雨雪等。就建筑学意义上的进展而言，表皮作为围护结构所带来的那种让人兴奋的转变和趣味更令人迷恋，其本质的转变在于建筑的内部和外部之间的关系发生了各种各样的情况。
（2）艺术性
建筑表皮除体现围护、保护等基本功能外，还表现出其外在的艺术性。建筑师根据建筑的特点和性质，通过精心设计，为世人创作出许多杰出的建筑艺术作品（见图3-278～图3-280）。
图3-278 建筑表皮艺术性之两例
图3-279 新马林斯基剧院
（圣彼得堡，2002年）
在这些作品中，表皮变得有了灵魂，它不仅是对话的参与者，还是主导者，空间也因它的存在而富有意义。
4.建筑表皮的处理
当表皮被赋予独立的意义之后，表皮的构成方式直接影响建筑空间的品质和特征，由于表皮的主要功能体现在建筑内部空间与外部空间的关系——围护和内外交流上，因此，建筑表皮用不同的方式满足这两种基本功能的同时，也造就了形态鲜明、个性突出的建筑体块和建筑空间形态。
表皮作为建筑形态设计方法，最典型的就是四维分解法，基本做法是将包含建筑表皮在内的建筑围护结构构件分解为不同方向的壁板，然后通过壁板的不同组合方式重新构筑建筑的各种要素。这种方式使承担交流功能（如窗）的界面与承担围护功能（如墙）的界面拥有了平等的地位，另外还使得建筑的顶面和底面与建筑的四壁在形态上获得相似的重要性，使建筑表皮的连续性意义得以拓展，建筑形态的几何学意义得以加强。当然，这种做法的最大成就在于——产生了流动空间。流动空间的本质在于空间与空间相互关系的模糊性，空间之间相互关系的界定来自于建筑表皮，而流动空间也就成了四维分解法的最重要成果。
在四维分解法的基础上，建筑师们更多的是将表皮作为一种手法，从而产生了更多的可能性，如将四维分解法发展成为20世纪末的四维连续法（包括通常所说的表皮变异、消灭、扭曲和卷曲手法）。四维连续是指将传统建筑中一般会明确区分建筑表皮的不同部分（一般指建筑的顶面、侧墙和建筑体块形态上的底面），用连续但不封闭的处理方法使其各自成为对方自然延伸的一部分，雷姆·库哈斯的荷兰乌德勒支教育馆具有一定的代表性。
5.多层表皮的处理
随着现代建筑技术的发展，单一的建筑表皮已经无法适应建筑的各种需求，于是一些表皮开始形成多个层次，多层表皮体现了这个时代对人类的终极关怀。建筑表皮往往具有一系列与建筑本身密切相关的基本功能，表皮的功能大体上可以分为以下几大系列：保温隔热功能、通风功能、采光功能、遮光功能、隔声及其他功能。这几大类功能系统之间相互关联、相互作用，彼此间关系复杂，因此，解决好这些矛盾是处理建筑表皮的关键所在（见图3-281、图3-282）。
图3-281 太阳能技术在建筑中的应用
图3-282 多层表皮的处理示例
（1）保温隔热系统构件
多层表皮的保温隔热系统一般都是两层或多层界面与中间空气层共同作用的结果，其形态的多样性主要通过对单层材料本身形态的探索、不同材料的组合以及独特的材料组织方式这三方面得以实现，从而创造出丰富多彩的形式。
（2）通风系统构件
由于通风功能较为复杂，其功能的实现通常需要多层构件协同工作，自然通风可以通过各层表皮的共同开启，靠自然风力实现，但该方式要求建筑有理想的外部风环境（见图3-283）。此外，还可利用内外界面之间的空气缓冲层内热压形成拔风效应，促进自然通风，这是多层表皮的常用方法，适用于外部风环境不够理想的情况。根据多层表皮的不同组合方式又可分为盒形窗户式、通风井与盒形窗户组合式以及走廊式三种，以分别适应不同的建筑设计要求。
图3-283 玻璃幕墙示例
（a）双层玻璃幕墙；（b）双层换气幕墙示例；（c）双层换气幕墙与传统幕墙的结构区别；（d）双层换气幕墙的空气循环示意
续图3-283
汉诺威博览会公司总部大楼（T.赫佐格，1999年），采用双层表皮立面系统。外立面的玻璃幕墙起到防护作用，有效阻挡高层建筑的高速气流，内立面安装可开启的窗，可获得自然通风，结构柱在两层立面之间，避免对内部空间划分的影响；双层立面之间的夹层内侧安装自动遮阳百叶，效果显著并便于维护和清理。
（3）采光系统构件
传统的侧面采光往往会造成眩光，并且区域局限性较大，因此现在多层表皮系统的建筑更注重光线的间接利用，即通常所说的光线折转系统。该系统较典型的做法是通过外部凸出的片状构件，将光线反射到给定的室内深度，片状构件有固定和活动之分。
（4）遮光系统构件
遮光系统包括遮阳和防眩光两大功能。从安装位置来看，可分为室外、室内以及中间空气内层三种情况。另外，根据遮光系统的形态，可以分为水平遮光、垂直遮光、组合式遮光、平面板式遮光和帘式遮光等。现在的帘式遮光已经大大突破了传统形式，逐步转变为表皮造型中的积极因素，成为整体系统的一部分（见图3-284）。
当然，在设计中更重要的是处理好表皮在功能分离基础上的整合，这就要求处理好三个层次的关系：表皮与支撑结构的组织关系、多层表皮之间的组织秩序以及各层内部的组织结构。这三个层面之间具有承递性，相互支持，缺一不可。
图3-284 帘式遮光
T.赫佐格设计的德克拉欧洲厂房，正立面采用了造价低廉的工业材料聚碳酸酯板，这种透明度极好的材料展示了双层立面中的内层立面，通过丝网印刷法将摄影家拍摄的树叶母题不断重复，直至布满整个立面，形成了极强的视觉冲击力。
从古典构图法的立面设计到现代的表皮处理，体现了功能、科技、形式在观念上、创作上的进步与发展，结合前述现代构成手法以及对现代科技成果（如太阳能、风能、水能）的运用，对现代建筑“表皮”的探索将会有更加广阔的前景（见图3-285～图3-292）。
图3-285 休闲步廊
（日本，伊东丰雄，2002年）
图3-286 波斯特泵站
（荷兰，2005年）
图3-287 现代建筑表皮示例
图3-288 某汽车展示厅（法国·巴黎）
（刘光等，2005年）
图3-290 亚历山大图书馆
（埃及，2002年）
图3-291 建筑与广场展馆
（巴塞罗那，西班牙，2004年）
图3-292 朦胧建筑
（瑞士，E.迪勒/R.柯菲迪奥，2002年）
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