理论教育 建筑构造技术发展:探索制造的本质

建筑构造技术发展:探索制造的本质

时间:2023-10-06 理论教育 版权反馈
【摘要】:诺伊特拉将这种面板产品称为“硅藻面板”,并将其用于以它命名的住宅实践中。这种对预制装配技术研究的执着在诺伊特拉一生的建筑实践中贯彻始终,并使其一直关注和借鉴汽车制造业的设计与生产技术以及它们的产品,然后将来自于机器制造业的灵感用于基于工厂化生产的系列建筑产品的制造研究中[22]。

建筑构造技术发展:探索制造的本质

虽然工业化早期的对“通用标准”的误解使得众多建筑师沉醉于开放系统,而对固有、教条的工业化生产失望的建筑师又远离生产制造端,并专注于建筑文化价值的重塑,但依然有一部分建筑师看到了工业化生产制造的潜力,并积极投入制造业领域寻求未来建筑更合理的发展途径。其中,理查德·诺伊特拉(Richard Neutra)、康拉德·瓦克斯曼和让·普鲁维(Jean Prouré)是少有的在建筑工业化制造领域有着杰出贡献的三位代表建筑师。

1927年,曾经作为阿道夫·路斯和马克思·法比亚尼(Max Fabiani)学生的理查德·诺伊特拉出版了《美国是怎样建造建筑的》(Wie baut Amreika)一书,该书不仅畅销于欧洲、美国,还流传到了日本。书中介绍了吉尔(Gill)、赖特、辛德勒(Schindler)等建筑师的大量实践,尤其是在芝加哥的建筑,还包括了他自己设计的预制装配式住宅。在他的预制装配住宅的实践中,建筑师针对建筑的整体性能,进行了多项特殊产品部件的发明创造。在其职业的早期,诺伊特拉就开始研究各种预制构件,如面板。在后期的发展中,诺伊特拉发明了由蒸汽加压形成的“硅藻土”(一种在加利福尼亚贮量丰富的土)制成的面板。这种由澳大利亚化学家发明并由诺伊特拉兄弟获得专利的面板产品的应用前景在于在作为一种轻质高效的保温材料的同时还可以预制。诺伊特拉将这种面板产品称为“硅藻面板”,并将其用于以它命名的住宅实践中。

为了实现他的标准化住宅可以方便地“插入”不同的场地中,诺伊特拉还研发了一种新的基础构造系统,这种新型的可调节金属基础产品既可以实现在工厂的预制,也可以保证建筑在自然起伏的地形中被轻便地组装,而不需要对场地进行特殊的处理,不管是沙地还是坡地都一样(图5-20)。这种对预制装配技术研究的执着在诺伊特拉一生的建筑实践中贯彻始终,并使其一直关注和借鉴汽车制造业的设计与生产技术以及它们的产品,然后将来自于机器制造业的灵感用于基于工厂化生产的系列建筑产品的制造研究中[22]

图5-20 诺伊特拉为轻型建造系统设计的可调节预制基础构件,1923

资料来源:David Leatherbarrow,Mohsen Mostafavi.Surface Architecture[M].Cambridge,Mass:MIT Press,2002:147

虽然诺伊特拉早期的预制住宅很快就被众多追随者模仿,但他并未满足,诺伊特拉希望能设计出应用更为广泛的工业化产品。在实践中,他意识到了大量应用标准化生产与“个性”的冲突,比如同样的单元如何适应不同人群的需求?出于对人性化的考虑,“如何设计出多元的建筑产品去适应随着时间变化而改变的喜好,并实现建筑更为持久的适应能力”,成为诺伊特拉思考的重要问题。这个问题在诺伊特拉看来是建筑独有的,因为建筑为人类来提供了一种独特归属感,而汽车从来不需要面对这个问题。在将制造业的技术横向移植到建造过程中的同时,如何能保持人的情感与视觉特征和建筑的联系呢?

诺伊特拉所关心的问题其实也正是早期建筑工业化运动的倡导者所忽视的,作为建筑整体性能标准中的重要一员,“个性化”是不可以被忽视的,而这也正是建筑独特的魅力所在,当然这里的“个性”所包含的内容远非过去“新奇的形式”那么单一。作为一个典型的案例,比尔德住宅(The Beard House)不仅展现了诺伊特拉在面临机遇与困难时对工业化要素的充分应用,还体现了对现代生活模式以及特定场地与环境条件的回应。比尔德住宅没有采用通常的木结构或者钢结构柱,而采用了压型波纹钢(rolled sections of corrugated steel)来支撑屋顶。建筑师对这种材料的使用是不同寻常的,甚至是颠覆性的,因为这种材料通常都被用来作为盖板,并被混凝土包裹。不过,在这个住宅中,这个材料被用做垂直支撑结构,底部被预埋在混凝土底座中,同时顶部焊接到支持屋顶面板的格栅上。波形钢板的内表面覆以石膏板,外表面则采用了钢板并覆以铝粉喷涂。这套结构系统不仅经济,还实现了对室内有效、巧妙的热环境控制:空气通过外墙底部进入房间并从屋顶排出产生对流,形成了“烟囱效应”。这样,夏天的热空气会通过“垂直管道”迅速排出建筑实现降温,而油毡和混凝土楼板下的空腔使得加热后的空气在冬天通过热辐射可以温暖上层的房间[23](图5-21)。

图5-21 诺伊特拉为比尔德住宅设计的特殊结构和围护体构造

资料来源:David Leatherbarrow,Mohsen Mostafavi.Surface Architecture[M].Cambridge,Mass:MIT Press,2002:152

比尔德住宅获得了1934年的美国美好家园(Better Homes)竞赛的金奖,评委们给予了这个设计高度评价:“通过结构与机械设备严谨的研究令人信服地表达了为特定生活环境创造的舒适居住空间……并且在既有的地域性和特定场所限定下为解决美国人的生活问题做出了不懈的努力。”[24]这个评价很好地阐述了诺伊特拉在利用工业化技术成果的同时,对场所和地区环境特殊意义应有的尊重,也由此使得建筑产品获得了较高的整体性能。诺伊特拉对工业化产品的使用是有针对性的,而不是固定和教条的,比如将波纹钢作为垂直的墙体支撑结构,是出于对通风的考虑;同时他对不同构造技术的使用是系统的,比如对现场(湿作业)和工厂预制(干作业)联系的组织与协调,新旧工艺的统一,如他将所有的面板、木构架以及钢板都喷涂了铝粉,以此将工业化和非工业化的材料与方法都统一在一起,这赋予了建筑更均质的整体性。

虽然格罗皮乌斯对现代建筑的影响无人不知,但却很少有人知道在其背后的另一位建筑师,他就是康拉德·瓦克斯曼。瓦克斯曼作为木匠出身,后师从现代主义大师汉斯·波尔齐格(Hans Poelizg),深根于古典主义几何传统的背景。20世纪40年代,从欧洲移民到美国的瓦卡斯曼开始了与格罗皮乌斯的合作,为预制装配建造系统的发展做出了卓越的贡献。瓦克斯曼是一位对机械时代的生产技术高度重视的建筑师,从某种程度上,称其为工程师也许更合适。其著名的《建造的转折点》(The Turning Point of Building)一书将工业化时代建筑师应具备的专业领域扩展到整个制造业领域:基础研究、材料研究、生产技术、模数协调、统计学、产品研究、环境控制、设备、卫生学、组织体系、静力学、社会学规划学等等[25]

他综合应用多方面的知识,从建筑构造的原理出发,对建筑产品的工业化生产技术进行了系统的研究,并提出了极具前瞻意义的建筑模块化设计方法。他致力于建筑预制装配技术的研究,对建筑结构、设备的工厂化生产进行了一体化设计,并采用了模块化装配技术,通过分析和优化,促使同一种模块可以适应不同的建筑产品的生产与组装。在这个过程中,瓦克斯曼和其团队设计了诸多具有原创性的构件和构造连接技术。

瓦克斯曼在开发通用组装模块的过程中,发明了一种封闭的构造连接,和早期机械时代暴露的机器连接方式不同,这种连接方式类似电子元件的卡扣式连接,通过三个面、三个棱和一个点的预制构件和节点设计,实现了封闭的面板组合,是典型的“通过复杂的过程展现简单的结果”的工业制造的原理(图5-22)。这种连接构造后来在瓦克斯曼与格罗皮乌斯的合作中,被应用于一种“通用板式系统”,通过标准的连接构造,实现了不同形式的隔墙连接的类型化生产。在多种技术解决方案的实验中,最终选取了一种进行批量生产。尽管由于未做好有效的市场开发,而导致该产品未能实现成功的商业化运作,但该项技术的先进性是不可否认的(图5-23)。

图5-22 通用组装模块精致的封闭构造连接设计

资料来源:朱宁.在两个机械时代中面向工业化建筑的建筑师:从康拉德·瓦克斯曼到基尔南-廷伯莱克[J].建筑师,2014(4),作者编辑

图5-23 “通用面板系统”的标准构造连接设计以及流水线生产(www.daowen.com)

资料来源:朱宁.在两个机械时代中面向工业化建筑的建筑师:从康拉德·瓦克斯曼到基尔南·廷伯莱克[J].建筑师,2014(4),作者编辑

图5-24 大跨度空间网架设计以及细部构造节点

资料来源:朱宁.在两个机械时代中面向工业化建筑的建筑师:从康拉德·瓦克斯曼到基尔南·廷伯莱克[J].建筑师,2014(4),作者编辑

不仅在面板系统领域,瓦克斯曼对大跨度空间结构的构造创新也有着重要贡献。在其为“亚特拉斯(Atlas)机场公司”设计的可移动机库(1944—1945)空间网架系统中,瓦克斯曼针对结构的临时性、经济性要求,整合了大跨度结构与设备的一体化安装技术,设计了可以预留管线安装的标准构件和连接节点,而系统化的研究也成为之后空间网架与设备管线整合的大跨度空间发展奠定了基础(图5-24)。虽然瓦克斯曼对材料技术与产品制造的专注使得其一度不被广大建筑师所认同,因为忽略了建筑作为人的行为、使用功能和审美对象的需求,但其对工业化生产技术的深入研究方法是值得我们学习的。瓦克斯曼的研究为20世纪末建筑师在人性化原则的指导下重新掌握先进的生产技术,实现有弹性的定制产品方法提供了诸多实用的参考价值。

和前两位建筑师一样,让·普鲁维作为20世纪中期为数不多的全身心投入工业化生产制造领域的建筑师,他坚定地认为,一个试图让自己远离工业化建造的人不应该称自己为“建筑师”,那些“不投身工业化”的建筑师将很快被时代甩开。同时,他将飞机、汽车、大坝等相关领域的建造者都称为“建筑师”。他认为,现代建筑所依赖的设备都和工业产品制造密切相关。因此,系统的设计——将所有的部分整合起来——既是机器生产的特征,也是建筑建造的方法[26]

但普鲁维并不赞同建筑工业化支持者所倡导的开放系统。他这样说道:“无论如何,我也不能认同……基于开放系统的生产制造。开放系统只在个体元素嵌入整体设计和引入一种要素的多样性的时候有用……让我们以一种封闭的方法开始设计——在我看来是一种更健全的概念。”[27]普鲁维进而解释道:“机器很少是用从各处挑选的部件拼装的,它们是总体设计出来的。”[28]普鲁维认识到,产品为了追求效率最大化,其各组成部分必须以最接近需求的整体性能标准的方式整合起来,这一点正是建筑工业化支持者所忽略的。

普鲁维对与平面媒体(graphic media)的设计方法完全不感兴趣,他通常采用全尺寸的没有间断的模型研究,对此,他说:“我相信你必须先建立一个基本的符合想法的样板,测试它,更正它,从而获得可靠的意见,然后,如果它是有价值的,你才会在精确的绘图中确定所有的细节。”[29]得益于在金属加工车间受过的训练,普鲁维完全可以完成自己的设计以及设计的模型,他建立了自己的实验室。在实验室中,他建立了“工人参与”(worker participation)制度,在这个制度中,合作者既不是管理人员,也不是在工人之上发号施令的“设计者”。所有参与工程的人员都共享最终的利益,不论是专业上的还是经济上的。对此普鲁维这样说道:“在实践之外的独立研究是应当避免甚至是被禁止的。那些不相干的研究将会对建造毫无帮助以致浪费大量的时间。建造者需要在现场做出判断,而设计者也需要及时发现并找出自己的问题。因此,设计者与建造者必须形成一个共同的工作团队以保证互相之间连贯的交流。”[30]

福特主义中流行的,并被阿尔伯特·康等价应用到设计中的层级系统完全被普鲁维抛弃了。受过相同训练以及被委以同等重要任务的个体不分主次,为着统一的目标协同工作,他们设计了众多对建筑的未来发展有益的原型产品、结构框架,其中最显著的是建筑面板系统。大多数来自普鲁维工作室的建筑产品构件多为复合型的,即结构框架与表皮并不可以剥离,整体性可见一斑。普鲁维对建筑面板系统的研究投入了大量的精力,并显示了其在这一方面卓越的发明创造才能,他是第一个在建筑中使用折叠金属板的建筑师。在其1963年为圣·埃格雷夫设计的一座学校金属面板系统中,普鲁维的设计完美地诠释了他的格言和工作方法。透明的玻璃、不透明的金属面板和可调节的百叶组成了一个整体的立面维护系统,所有的构件都经过精确的设计,而不是现成可用的产品(图5-25)。显然,普鲁维从汽车和飞机制造技术中得到了不少灵感,并用于建筑的构造设计中,这一点在其面板元素的设计与制造中有显著体现。

图5-25 圣·埃格雷夫的一座学校的金属面板系统,普鲁维,1965

资料来源:Chris Abel:Architecture and Identity:Responses to Cultural and Technological Change[M].2nd ed.New York:Architectural Press,2000:7

在法国克里西的公众之家(Maison du Peuple,1939)设计中,普鲁维为建筑精心设计一套铝合金面板,使得建筑的整体形象和品质完全通过工业化产品本身来表现,而不是依靠传统的比例均衡,也非工业化之前的手工艺表现,对于传统来说这甚至不可以用“立面”来形容的来自实验室与工厂的产物被戴维·莱瑟巴罗教授称为是一种革命性的进步:“如果这个建筑是有‘图像’的,那么这个‘图像’就是产品本身……这些由普鲁维的样板中发展起来的面板产品不仅是新颖的还是特定的:这些面板是为满足建筑需求而不断优化的结果。为了提高建造效率,这些面板轻质、自承重并且便于装配。”[31]在构造细部中,我们可以清楚地看到为了整体性能而进行的独特设计:双层空心的面板内覆有石棉保温层,外层金属面板在端头进行了浅浅的折弯处理,并在端头加弹簧以加强面板强度,防止金属面板产生曲翘变形;折弯的部分在背面进行了90°的反相折弯,用以固定沥青防水带。在内层板的空隙处则通过铝制扣板盖紧,在这个精巧的面板系统中所有的设计都是针对明确的功能需求,而铝板端头的折弯所产生的建筑立面形式上的韵律变化只是附带的工艺美学效果(图5-26)。

图5-26 法国克里西的公众之家特殊的铝合金幕墙构造

资料来源:David Leatherbarrow,Mohsen Mostafavi.Surface Architecture[M].Cambridge,Mass achusetts:MIT Press,c2002:162;Edward R Ford.The Details of Modern Architecture[M].Cambridge,Mass achusetts:MIT Press,1990:259,作者编辑

现在,这个相似的幕墙制造工艺已经得到了普及,并且种类还丰富了许多,但对于当时大部分建筑师而言,普鲁维做到了他们梦想过但却没有能力办到的事——工业化设计。从理查德·诺伊特拉、康拉德·瓦克斯曼到让·普鲁维的工业化生产技术的研究与应用来看,他们的作品并未像其他现代主义建筑师所展现的那样“标新立异”,但他们的工作方法以及在工业化设计领域前沿探索的价值随着制造业以及信息化技术的发展得到了越来越重要的体现。

从20世纪后半期开始,随着预制装配技术的成熟、信息交互技术和学科交叉领域的持续发展,闭环的流程整合由局部领域向更大范围的建筑产业渗透的物质条件开始成熟。随着客户要求的提高、建筑业竞争激烈程度的加剧,在越来越复杂的大型公共建筑项目中,普鲁维的工作方法或者说“协同工作”的机制得到了应用和扩展,建筑师开始主动转变自身的角色,寻求更大范围的合作以寻求解决复杂建造问题的最佳方式。

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