剖面形式设计，实现生态效益

4.3.2.1　错位

错位是建筑形体在平面或竖向上的交错连接，使其在彼此之间前后左右错开，当形体同时向同一朝向（南向）错位时，形体之间形成相互遮阳，见表4—15的错位形态与构造示意图。这种方法通常会创造出富有动态表现力的建筑 造型。

表4—15　错位形态与构造示意图

图4—33　巴西圣保罗360°全景公寓的错位形体

图片来源：www.gooood.hk

此外，也有将错位形态手法运用在高层居住建筑上，巴西圣保罗360°全景公寓（图4—33）就是很好的例子，该建筑位于巴西最大的城市——圣保罗。每一层由多个居住单元组合形成，且上下层的单元组合方式不同，并在平面上错位布置，使得每一层会形的内凹的空间，作为阳台或公共活动空间。由于不同体量的组合与错位使得建筑形体之间和内凹空间形成自遮阳。一改常见的公寓单元叠加、毫无特色、空间紧凑并且自我封闭的住宅建筑的建筑形象，而形成区域内具有标志性的建筑。

位于法国波尔多的社会住房运营总部（图4—34），每一层体量像搭积木一样组合，使建筑体量在左右前后间交替错落，体量之间相互遮阳，相对凹进去的体量处于阴影区，而少部分相对凸出的部分外表面有垂直遮阳百叶遮挡太阳光。其造型形象鲜明却又谦虚地应对从市民到运营商等各种合伙伙伴。这种微妙层次和错位创造了一种无视重力的不平衡感，令人过目难忘。

图4—34　法国波尔多的社会住房运营总部的错位形体

图片来源：http://www.gooood.hk/Head-Offices-By-Platform.htm

4.3.2.2　挖空

对建筑形体的某个部位进行挖空，使其成为与外界交流的缓冲空间，能够降温通风，通过挖空产生的建筑外表面形成阴影区，形体具有自遮阳的作用。有建筑形体中间挖空、边角挖空等做法（表4—16）。

表4—16　挖空形态与构造示意

杨经文在马来西亚设计的广场中庭大厦采用的是边角挖空（图4—35）。由于场地限制，建筑平面为钝三角形。建筑的各立面均以实墙为主，在形体东面角上的上半部分和底层小部分进行了挖空，主要考虑是希望通过挖空形成中庭，使中庭作为巨大的风洞，同时该中庭形成了自遮阳，室外空气在这个区域里能够能以降温，作为室内通风的过渡空间。

黑川纪章在法国巴黎的日欧文化交流中心则采用的是形体中间挖空的做法（图4—36）。在月牙型巨大体量的中间挖了一个空口，挖空后形成的面都具有自遮阳的效果。同时，改善了建筑的通风，并在底层形成巨大的活动平台，并与周边环境连接起来。形体类似做法的还有法国德方斯巨门、日本福冈银行总部和深圳大学科技楼等。

图4—35　广场中庭大厦的挖空形体

图片来源：《T.R.哈姆扎和杨经文事务所：生态摩天大楼》

图4—36　日欧文化交流中心的挖空形体

图片来源：www.google.com.hk

4.3.2.3　凹凸

建筑垂直立面中进行形体本身的凹凸变化，使得建筑凹进去的形体或凸出形体的下方形成大片的阴影区，达到遮阳的效果。凹凸做法有：形体的局部凹凸、窗口的凹凸和大体量凹凸（结合中庭设计）等（表4—17）。形体凹凸后可以形成空中花园，并结合植被绿化等进行设计。形体的凹凸处理能够丰富建筑轮廓，活跃建筑立面，加强光影变化。

表4—17　凹凸形态与构造示意图

如查尔斯·科里亚设计的干城章嘉公寓采用了局部形体凹凸和窗口凹凸相结合的做法（图4—37）。该设计位于印度南部孟买的康巴拉高地上，属于热带季风气候。为应对炎热的气候，建筑在立面上以实墙为主，开小面积的窗。其特别之处，在每隔几层在建筑角部内凹或挖空，使得每家每户在建筑转角部位获得了一个垂直两层高的空中花园，这个内凹的花园处于被遮阳的阴影区，避免了夏季阳光直射进房间，却又能让起居室拥有比较充足的阳光，在冬季，较低的日照角又能直射进房间。同时，也可以获得穿堂风。从高层建筑整体的体量来看，内凹可以削弱建筑的厚重感与体积感，因此视觉上也更引人注目。采用同样形体内凹的做法还有深圳建科大厦，南面的建筑形体内凹，具有很好的遮阳作用，同时促进了通风和增加了公共活动空间。

图4—37　干城章嘉公寓的凹凸窗口

图片来源：wiki.naturalfrequency.com

图4—38　沙特国家商业银行大楼的凹凸形体

图片来源：wiki.google.com.hk

SOM设计的沙特国家商业银行大楼采用的是体量凹凸与中庭结合的设计做法（图4—38）。平面形式为三角形，创造了三个内凹式的空中花园，其造型除南、西立面上的3个8层高的大洞口外，其余均为实墙以防暴晒与风沙。玻璃窗只开在空中庭院内侧，避开了灼热的阳光。凹入的矩形洞口结合中庭可促使空气流动并引入光线，还能透过空洞观赏城市景观，充分体现了形式与气候的结合，大大降低了空调能耗，收到了良好的节能效果。

在斯洛文尼亚的Izola社会住宅（图4—39）设计中，设计师将阳台与下一层的开窗组合设计成一个个凸出的体块，结合可动的纱幕使得每个居住单元能很好的控制遮阳与采光。凸出的体块错位分布在立面上，加上不同颜色的纱幕，使得整个立面生动具有个性。

图4—39　Izola社会住宅的凹凸形体

图片来源：www.gooood.hk

4.3.2.4　延伸

利用建筑的结构（楼板、阳台、分隔墙等）延伸到建筑形体外，从而能够遮挡直射光。延伸的做法有水平结构延伸、垂直结构延伸和水平垂直结构延伸结合等做法（表4—18）。延伸的做法不仅起到遮阳效果，同时也延伸室内空间，形成观景平台。

表4—18　延伸形态与构造示意图

位于美国芝加哥的艾克瓦大厦，又称为“水”大厦，采用的是水平结构延伸的做法（图4—40）。建筑主要造型由出挑的混凝土阳台构成，建筑外立面沿着主体结构线状突出，赋予丰富的雕刻感。其设计的灵感来自大湖地区常见的纹灰岩，这错综蜿蜒的形状不仅可以增加室外私人空间，同时也是一种以最大限度地延长块面达到遮阳节能目的的策略。在外立面上留出的大小不同的椭圆形，其对应的室内被安排为更需要阳光的空间。这部分采用了Low-e镀膜玻璃，还在朝东和朝南面采用了反射性玻璃，以减少不必要的热量吸收。从大楼全年的总体能耗来看，阳台的遮阳效果、隔热玻璃的使用及自然通风对夏季空调节能的贡献可以抵消冬季的热能损失。

图4—40　艾克瓦大厦的水平结构延伸

图片来源：www.gooood.hk

在荷兰鹿特丹老人公寓（图4—41）设计中，设计师同时延伸了楼板和分割墙，形成了综合遮阳。水平结构的延伸形成了室外阳台，具有良好的视线景观。延伸的弧形水平向和垂直向的混凝土板进行有序的变化，使得整体建筑造型具有编织的效果，富有活力。

图4—41　鹿特丹老人公寓的水平与垂直结构延伸

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4.3.2.5　倾斜

在建筑的形体设计中，将形体的单面或多面进行整体或局部的倾斜，使建筑的立面能够避免太阳光的直接照射（表4—19）。较常见的做法有：建筑单层或多层倾斜，剖面形成锯齿状；建筑上半部分倾斜，使建筑产生不稳定感；建筑整体倾斜，一般适用于层数不多的高层建筑。在实际运用中出于造型考虑，常在建筑的多个立面同时使用，从整体的建筑造型来看，这种方法通常产生奇特的艺术效果。(www.xing528.com)

表4—19　倾斜形态与构造示意图

伦敦市政厅（图4—42）就是采用整体形体倾斜的策略，建筑整体朝南倾斜，各层逐层外挑，出挑的距离也经过计算，刚好能自然地遮挡夏季最强烈的直射阳光。通过向南倾斜的形体使建筑达到最佳的采光和遮阳效果，同时也减少了建筑阴影对北面活动广场的影响。

图4—42　伦敦市政厅的倾斜形体和遮阳原理

图片来源：生态技术策略在诺曼·福斯特建筑设计作品中的应用，《建筑科学》，2012

图4—43　Tempe市政大楼的倾斜形体

图片来源：www.google.com.hk

而美国Tempe市政大楼（图4—43）的形体采用的是四个立面同时向外倾斜，形成倒置的四面锥体的建筑造型。整个建筑形体上大下小，独特的结构设计可以在较少占用地面资源的基础上，更大范围的加强空间面积管理及光线、风力等更多自然元素的操控。建筑四面均采用层叠出挑的方式，使得形体本身具有自遮阳的作用，夏季太阳高度角较高阳光均无法直接射入室内，而在较冷季节则相反，由于太阳高度角变低，阳光能较好地射入室内，具有良好的遮阳和采光的节能效果。采用同样形体设计的还有2010年世博会中国国家馆。

4.3.2.6　折叠

将建筑外围护结构或形体进行水平向或垂直向折叠，折叠后向外倾斜的建筑围护结构形成遮阳。折叠可以形成多种形体变化，表4—20列举了单层体量围护结构折叠、多层体量围护结构折叠和整体形体折叠。在实际运用中可以将立面做成如波浪形，折线形等新颖的造型，具有节奏感与韵律感。

表4—20　折叠形态与构造示意图

韩国首尔的韩国产业联合会总部大厦采用的是单层体量围护结构折叠（图 4—44）。每一层围护结构的的玻璃部分都向外倾斜15°，而在窗上半部分则向内倾斜，形成一个波浪般的连续折叠型建筑形体。向外倾斜的玻璃结构在夏季可以起到良好的自遮阳效果，而在冬季太阳高度角降低，太阳光能直接射进室内，而向内倾斜的墙面是遮挡太阳光的部位，太阳辐射最强，在其上面布置了太阳能电板，可大幅度的提高对太阳能的吸收率，一体化的光伏外墙和良好的自遮阳相结合比双层玻璃幕墙可以降低40%的造价。通过这样的折叠设计可以让使用者更好地享受周围的城市环境、相邻公园的优美景观。由自然采光和遮阳作为设计的出发点，最终形成一个建筑形象与内部景观视线、高效节能三赢的建筑形体。采用相同形体设计的还有MVRDV设计的深圳国森大厦、上海临空园区6号地块科技产业楼等。

图4—44　韩国产业联合会总部大厦折叠立面

图片来源：《建筑技艺》 ，2011年06月

图4—45　纽约共生大厦的折叠形体

图片来源：顾锷，高层建筑的生态设计策略

图4—46　丹麦Rodovre Tower

图片来源：www.big.dk

纽约共生大厦（图4—45）则更具有想象力，采用的是多层体量折叠。该建筑高150层，中间由巨大的核心筒作为主体结构，将七个钻石型和一个金字塔型的巨大形体外挂串联起来，钻石型的形体的下半部分利用形体的倾斜形成自遮阳，上半部分向阳部分则作为花园，可以最大限度地利用太阳能，以满足建筑能源的自给自足。

BIG设计的丹麦Rodovre Tower采用的则是整体形态折叠（图4—46）。综合根据住宅和办公对阳光的不同需求而形成的，住宅部分需要更多的阳光，建筑形体向北倾斜，形成退台结构，为每一户争取向阳的露台；而办公区则根据夏季太阳的入射角度向南倾斜，形成自遮阳，最终形成独特的Z字形的建筑造型。

而深圳能源大厦采用的是围护结构垂直折叠方式（图4—47）。由于场地原因，导致建筑的布局大部分立面是朝东西面的，对于深圳地区炎热的气候因素，东西向必须要有良好的遮阳系统来抵挡强烈的太阳辐射对室内热环境的影响。建筑的外立面采用包围式设计，波浪般的折叠肌理将建筑包围起来，仅在需要良好视线的景观与入口门厅空间向外开放。折叠的围护表皮由竖向的结合太阳能电板实墙与透明玻璃面构成，玻璃朝西北或东北开口，实墙面向东南或西南呈45°的斜角，可以有效地遮挡住一年中绝大部分时间的太阳直射光；而透明玻璃窗也有良好的自然采光、通风及视野。该建筑采用合理的形体形态设计，采有被动和主动的措施，取得良好的遮阳、采光与通风，大大减少建筑的能源总体消 耗量。

图4—47　深圳能源大厦的垂直折叠立面

图片来源：www.big.dk

4.3.2.7　遮阳表皮

遮阳表皮是一种具有遮阳作用的表皮设计，是将遮阳构件作为建筑表皮的单元，使得建筑表皮具有遮阳的作用。遮阳表皮在高层建筑设计中运用广泛灵活，适用于各个朝向及部位，形式易于统一，整体性强。按可调节性分类，将遮阳表皮分固定遮阳表皮和活动遮阳表皮。

固定遮阳表皮就是构成表皮的遮阳构件固定在外立面上，不可调节。位于新加坡的一个厂房设计（图4—48）将固定遮阳表皮运用非常具有艺术性。该地理位置属于亚热带气候，遮阳需要重点考虑。设计师用轻质dryvit和镀锌金属制成一个复杂的网络构筑物，包裹在建筑上以应对强大的西晒。外表皮的纹样富有变化（变形语言借用中国成语“步步高升”的寓意），同时可以保证看到远处公园的视线和保护内部的隐私。建筑师还在建筑中心营造出一个开放式庭院，最大限度地为电梯中庭带来自然采光和通风，通过这些设计使纯粹简单的工厂建筑赋予场所性和文化性，展现出不凡的冲击力和优雅感。

表4—21　遮阳表皮形态与构造示意图

图4—48　新加坡厂房设计的固定遮阳表皮

图片来源：www.gooood.hk

Consorcio-Stantiago大厦运用则是绿化遮阳表皮（图4—49）。该建筑坐落于智利圣地圣地亚哥市，大厦共17层，高74 m。为契合场地周边的两条轴线建筑平面采用了“船形”，主立面朝西，而每年10月到次年3月份之间，建筑的西面太阳直射光、路面的反射以及炫光等问题严重，使得空调系统能耗巨大。所以在大厦的地面挖凿了喷水池以防反射与炫目，并种植高大树冠为底下三层提供庇荫；在大厦的顶部设“王冠”顶棚保护屋顶及顶上两层，使其免受西北方向的日晒；大厦的躯干部分采用了竖直爬藤植物形成的绿色遮阳表皮，夏季植被长得茂密遮挡了太阳直射光，且降低了建筑围护结构周边的温度，冬天植被的叶子脱落，阳光能穿过绿化表皮进入室内。经过这一系列结合周边环境及建筑自身形态的遮阳设计使得大厦每年比其他10栋同类型大楼平均省电48%，节省能源支出28%。而绿色遮阳表皮外墙至少节省20%的能源。

图4—49　Consorcio—Stantiago大厦的绿化遮阳表皮

图片来源：《生态城市与绿色建筑》，2010年03月

活动遮阳表皮是遮阳表皮的遮阳构件可以随着太阳光的变化而变化。如法国名建筑大师让·努维尔在巴塞罗那水务公司设计的阿格巴大厦（图4—50），高142 m。“水”是巴塞罗那这座海滨城市最鲜明的城市意象，波光粼粼的海面引发人无限遐思，而“Agbar”又是巴塞罗那水务公司的总部，所以努维尔希望这栋大楼的建筑表皮光滑、连续且闪烁、变幻，能给人以水的联想。大厦的立面极具创新性，在混凝土的第一外层覆盖着土、蓝、绿、灰色调的铝片，并涂成25种不同的颜色，从底部的红色渐变至顶部的蓝色；而第二外层则是由59 619片透明及半透明的玻璃百叶所包围，好像铺上一层由多种颜色组成的皮肤一般，从各个角度反射着彩色的光，这种“波光粼粼”的表皮使建筑轮廓变得像水一样流动起来。这些伸展在天与地之间的玻璃百叶让Agbar仿佛一座从地面向高空射出的间歇喷泉。可电动调节开启与闭合的玻璃百叶构成了建筑的外表皮，最大限度地增强了内部空间的透明性，同时提供了遮阳隔热保护。

4.3.2.8　动态形体

图4—50　阿格巴大厦的活动遮阳表皮

图片来源：《建筑技艺》，2013年02月

动态形体是通过技术手段使得建筑的形体能够像机器一样可动，并在不同时刻展现不同的形态。这样建筑的形态就有无限的可能性，包活前文提到形态操作策略（倾斜、错位、延伸等）都能够动态实现，其建筑形态可以应环境的变化而变化。

意大利建筑师大卫·费希尔设计的动态摩天楼（Dynamic Skyscraper）——迪拜旋转塔（图4—51）可以通过建筑形体的机械运动中达到形态自遮阳的效果。该楼共80层420 m高，采用了突破性的“动态建构技术”（Dynamic Architecture）。每一层均具备独立推进系统，通过风力和太阳能提供能量，驱使大厦每一层独立做360度旋转。不管哪个楼层的居住者，都有机会望到日出、日落，东南西北的美景进入眼底，大厦形体亦因此而组合出不同的形状，形体可以形成错落的呈螺旋状上升，且阳台等空间可以随意伸出或缩进，其建筑造型永恒幻变，令人叹为观止。

图4—51　迪拜旋转塔的机械运动形体

图片来源：www.google.com.hk

通过这个动态摩天楼的设计，我们可以设想，组合在核心筒上的一个功能单元可根据时间及太阳光的规律进行凹进凸出或朝向的变化，是一种动态调节形体的方式，功能体块可“运动”地躲避或利用阳光。当然从遮阳角度其形态具有节能效益，但从建筑的整体建造及运营耗能来看，运动形体是否有必要有待进一步研究。