|
本文主要介紹了世界著名建筑師福斯特在德國帝國大廈改建工作中對玻璃穹頂的設計思考及在能源再生利用方面的獨特設計。
把德國議會由波恩遷到柏林，回到帝國大廈原址的決定一出，就圍繞著這個決定組織了設計競賽。把原帝國大廈改建為新議會大廈的設計工作必須實現以下四項目標：體現新德國議會作為世界上最大的民主論壇之一的特殊意義；使政府決策程序更加容易接近，感覺就像是在自己身邊一樣；理解歷史造就了建筑，也造就了民族的生命；是對未來建筑所不可缺少的低能耗、親環(huán)境原則實施的承諾。
1992年在將帝國國會大廈作為德意志聯邦議會的新地址而實施的設計競賽中，福斯特設計事務所是德國以外指名參賽中的14組建筑師及事務所之一。1993年經過第2次篩選，最終決定由福斯特設計事務所擔當設計，并于1995年7月，由法國藝術家用布將整個大廈罩住后便開始了再建工作。
 圖1.帝國大廈夜景，直到1989年，柏林墻就立在該建筑的旁邊
 圖2.夜晚，內部光線由玻璃圓頂溢出。福斯特將其比喻為“燈塔”。
 圖3.圓頂高23.5m，直徑40m，使用鋼材700噸。玻璃為內夾乙烯樹脂的雙層強化玻璃。
始建于19世紀的帝國大廈受戰(zhàn)爭的破壞和不斷翻建，穹頂已于50年代中被拆毀，各立面飾面是60年代修復的，在修復過程中很多裝飾部分丟失了。一些具有重要歷史意義的房間雖然沒有被破壞，但被貼滿了石膏板和有毒的石綿板，已經完全改變了面貌，必須拆除。
首先是將歷史積層一層層剝去，終于，舊帝國大廈的骨架顯露出來，逝去的時光清晰地印在上面。19世紀風格的線條裝飾斷片、石工做的標記、60年代以后修繕裂縫的痕跡、戰(zhàn)爭的爪痕、1945年蘇軍攻克柏林時的蘇聯軍隊士兵用粉筆在上面的胡亂涂寫，都一一呈現在眼前。它使我們知道了歷史的回響，過去的記憶被原樣保存下來。舊帝國大廈成了德國歷史的活生生的博物館。經過這一系列的工作使我們明確地意識到我們所創(chuàng)建的新的室內空間應與從過去的空間諧調，所有的工作都應服從這個精神。其結果，在建筑表現上我們采取了將以前老的部分與新部分連接，并且使經過修復的場所一目了然的手法，使建筑所經歷的歷史滄桑就像是一本可以拿到手中閱讀的書一樣。
改建后的議事堂恢復了將門窗細致地排列在一根軸上的做法，這是從一直因襲下來的條理中得到的啟示。但是在其它方面卻大膽地離開了原型，將自然光引進整座建筑，并使大廈的遠眺效果更好。改建設計中還大量使用了玻璃，雖處于石結構的巨大殼體之中，舊議事堂中的透明的新建部分可以使外界清楚地看見那里面所進行的一切活動。
 圖4.能源圖
 圖5.圓錐體貫穿會場吊頂部分的直徑為2.5m，最上部直徑為16m。
 圖6.圓頂的正下方。2層的標高是聯邦議會會場。由圓頂射進的自然光被反射到整個會場。
 圖7.由新聞大廳也可以俯視議會會場
更易接近一般市民，開放政治程序這二點是建筑師在設計中時刻不忘的。因此，進入議事堂時，市民也好，政治家也好，所有人通過同一通道，具有特別的意義。另外，將建筑物西側石階之上封閉的原入口打開，從這里一進入建筑物，聯邦議會議長及首相的席位立刻就飛入眼簾。
在接下來的平面布置上，作為主要部分的主會議場在具有歷史色彩的2層部分重現——這里是建筑物的真正中心空間，3層由總統及聯邦參議院使用，4層為政黨會議室及新聞大廳。即使是在議會閉會期間，4層也是人來人往充滿了活力，避免使建筑物回復到死一般的寂靜。
除了這些發(fā)揮議會功能的樓層，一上到屋頂平臺就是任何人都可以使用的公共空間，穿過該平臺就是供參觀者使用的餐廳及穹頂。穹窿內部有一對螺旋樓梯通向了望臺，可以了望全市景色。而螺旋樓梯象征性地表示普通人正上升到自己的政治代表之上。夜幕下垂，主會場的燈光照射在覆蓋在它上面的穹窿頂部的玻璃圓盤上，光芒四射，整座建筑物就像是一座燈塔，使人們感覺到德國民主主義的前進路程充滿了自信和活力。
重用外國建筑師建造一個集中了國家立法部門的建筑物，顧問也來自世界各地，大家團結合作實現這個設想，這無疑是進步、開放社會的證明。
能源概念：
今日德國以環(huán)境立法完善和鼓勵能源再生利用的積極、負責態(tài)度，走在世界前例。因此，改建計劃從一開始就定下了目標，在這座表現德國民主政治頂點的建筑物各個方面都應向世人證明，這是一座完全符合環(huán)保要求，無污染的建筑。為此，由福斯特設計事務所、Kaiser Bautechnik及Kühn Bauer事務所組成了設計隊伍。并且，德國聯邦政府也以合同形式，就實現高效率能源建筑歸納了概要。此外，歐洲委員會也表明了一如既往的強大支持，決定在財政方面對修建更具環(huán)保性的典型建筑做出了貢獻。
在改建帝國大廈的設計中，廣泛使用了將自然采光及通風聯合發(fā)電及熱回收組合起來的系統，由此可用最少量的能量、最低的運轉費用取得最大效果。由于新議會大廈本身所需要的能量較少，因此，還可以作為地區(qū)的發(fā)電裝置，在政府機關集中的新街區(qū)向鄰近建筑供電。
在議會大廈上新加的圓頂，瞬間就成為柏林的標志。在其內部設有2條螺旋狀的通路，來訪的一般市民可以由此上到設在主會場正上方頂上的了望臺。該圓頂既與能量生成有關，又有獨自開發(fā)的照明，是節(jié)能的關鍵所在。而且，對外又可以傳達該設計所突出的明亮性、透明性、透過性及公眾通路這些主題。貫穿其中心的是稱為光雕塑的類似圓錐體的結構，其凹面不僅有分散光線如燈塔那樣的作用，而且，表面帶有角度的鏡面可以將水平方向的自然光反射到主會場內。與此配合，可動式遮陽板由于可以隨著太陽的變動而移動，避免了直射陽光的熱度及晃眼的光線對室內的影響。在冬季及夏季的早上和傍晚，當太陽的位置較低時，遮陽板就被隱蔽起來，于是，柔和的陽光射進室內，在地面上畫出斑駁的花紋。到了夜晚，議事堂人工照明的光線反射到外面，整個穹頂光芒四射，給人以深刻印象。這樣，柏林市民馬上就能知道聯邦議會什么時候在開會。
圓錐體在議會大廈的自然通風系統中發(fā)揮著重要作用。從這里將滯留在室內高處的暖空氣排出去，同時，軸流風機及熱交換器啟動，從排出的空氣中回收能量。室外的新鮮空氣由建筑物西側的門廊送入，以低速氣流在議事堂內擴散，慢慢地到達各個角落，然后靜靜地上升，采用這種方式，使人在室內感覺比較舒適，不會感到氣流通過，也聽不到氣流聲。議會大廈的排風系統及穹頂內的遮光裝置的驅動動力是由100片裝有光電池的太陽能板產生的。太陽能板裝在屋頂，可以提供最大輸出約40kW的電力。窗子既可以自動開關，又可以手動，大部分房間都可以自然通風。這些雙層窗是由可以保溫的內側玻璃窗及在按保護意義加工成薄片的玻璃板上裝配上通風縫的外側層構成的；二層之間形成空隙，內藏太陽光遮蔽系統，有了這樣的雙層建筑外表，再根據天氣情況，按2～5次/小時進行通風。這種雙層建筑外表在警備方面也可以保證高度的安全。內側的窗子任何時候都可以打開，以利于夜間室溫下降。
另外，還可以用靈活的方法保存能量。將建筑物本身固有的熱量作為能量積蓄起來，以保持舒適的標準室溫，并根據需要開動采暖或空調。這樣，熱負荷的最大值與通常的做法相比，約低30％。
60年代，議會大廈以石油等石化燃料作為動力，每年以7,000噸這一驚人的數量排出二氧化碳。現在若按同樣方法對議事堂進行采暖的話，以1年為單位進行計算，則消費的能量可供5000個一般家庭住宅采暖。柏林的夏季酷熱、冬季極冷，但是，由于該建筑物的熱量很大，所以氣溫變化反應緩慢。因此，用被動系統就可以控制室溫。
作為整個能源戰(zhàn)略，設計上提出了先進的新方法，即使用植物油這種可完全再生的植物燃料。以精制植物油——海棗、油菜、向日葵種子做原料，由于植物可以儲蓄太陽能，所以，可以把這認為是一種太陽能。使用這種可再生的天然能源，能夠長期大幅度減少二氧化碳的排出。植物可以完全吸收在植物燃燒時所產生的二氧化碳。燃燒這樣的油脂，與以前的能源相比，不僅非常清潔，而且效率也高。使用這種方法，整個議會大廈設備的二氧化碳排出量可以削減94％。經過估算，采暖、空調一年所產生的二氧化碳量只有440噸左右。
發(fā)電裝置運轉時產生的余熱被運到建筑物地下300m處的天然含水層儲備起來，一點也不影響地上的自然環(huán)境。冬季，將儲備的熱水吸上來加熱建筑物。熱水還可以用來運轉生產冷水的吸收式冷卻裝置——如冷藏庫。然后，再把所生產的冷水保存到地下，待氣溫上升時再用泵抽回建筑物內，冷卻吊頂降低室溫。
經過如此改造的議會大廈通過毫無浪費的、回收利用寶貴的天然資源，創(chuàng)造出四季舒適的環(huán)境。與其消費能量，不如供給能量，讓公共建筑自身恢復環(huán)境平衡這一設想，表現了議會大廈所具有的樂觀主義。成為以可持續(xù)發(fā)展為目的的生動一例。
該建筑基本數據：
造價：600,000,000德國馬克總面積：61.166平方米
長度：137.4米寬度：93.9米
高度：47米層數：6層＋穹窿
光雕塑(錐體)：
重300噸，基部2.5米，上部擴致16米，外覆360塊高反射玻璃鏡，計算機控制日光跟蹤可移動光板，由光電電池驅動。
穹窿：
高23.5米，直徑40米，重1200噸，3000平方米多層安全玻璃，采用中間夾乙烯基箔片雙層玻璃。玻璃板最大尺寸5.1米×1.80米凈寬1.6米的螺旋坡道對穹頂起到加固作用，一體化的錐體和穹頂構成一個精巧的結構。所有部分都懸掛在外部結構上。了望臺高度40.7米。
生態(tài)特性：
會議廳中采用自然通風，新鮮空氣在煙囪效應的作用下，經錐體送下。熱交換機可再生由穹頂排出的熱量。“智能窗”，分內外兩層，內層手動，外層可通過通風縫引入新鮮空氣。發(fā)電機燃燒植物性燃料，產出清潔電能，每年減少二氧化碳排放94％。過多的熱量存儲在自然蓄熱體中，可用于提供供暖熱水。冷水存儲在地下，在炎熱季節(jié)，通過制冷天花板進行降溫。南側屋面上安裝300平方米光電電池
其它：
約750個席位，每位議員都有座位，按黨派劃分安排，屋頂設餐廳，供議員、新聞人員和公眾使用，會議廳的拱腹周圍的回廊中設新聞室和酒吧，由此可以看到會議的進程。
(本文譯自1999.8《建筑與都市》和1999 8-9《日經建筑》)
生態(tài)建筑的一個嘗試
張福貴 畢巧巍
摘 要：作者利用所研制出的一種既節(jié)約能源，又能降低工程造價的裝配式輕型磚，設計出了(并即將進行施工)能保護環(huán)境變廢為寶、且具有目前國內外墻體孔洞率最大(80%)的試驗性房屋，從而對生態(tài)建筑進行了嘗試。
關鍵詞：裝配式輕型磚 環(huán)境 生態(tài)建筑
最大限度地少耗能源，避免破壞環(huán)境，同時盡可能地變廢為寶，這是當今建筑工作者應當遵循的原則。即將用裝配式輕型磚砌筑的墻體孔洞率為80%的試驗性房屋，就是朝著這樣的生態(tài)建筑方向努力的一個嘗試。
眾所周知，墻體在房屋建筑中，無論在使用材料的數量上，還是在工程造價上，都占有相當大的比重。墻體孔洞率的增大，墻體自重則減輕，這不僅可以降低墻體自身的造價，還可以使整個建筑物起承載作用的梁、柱及基礎截面減小，因此可以降低整個工程造價。
筆者經過4年多的努力，研制出了一種既節(jié)約能源又施工方便的裝配式輕型磚，用它可以砌筑成具有足夠強度且孔洞率為80%以上的墻體，而用目前世界上最大孔洞率的磚(即孔洞率為60%～70%的法國、意大利等國生產的12孔薄壁磚)所砌筑的墻體的孔洞率僅為60%左右。本裝配式輕型磚的孔洞率為80%(或以上)意味著，用一塊普通粘土磚的材料制成的裝配式輕型磚，可起到5塊(或以上)普通粘土磚的作用，這主要是由于此法將有限的材料，合理地放置在墻體內外側的受拉、受壓區(qū)及加強墻體橫向剛度的連接上。
當然，本裝配式輕型磚除了采用普通粘土磚的粘土材料外，也可以采用工業(yè)廢料，像粉煤灰、爐渣等。還可以作成非燒結的裝配式輕型磚。
由本裝配式輕型磚的諸部件(內、外橫板；側板；頂板)組成標準單元磚，由若干塊標準單元磚組成磚鏈，由若干層磚鏈組成本裝配式輕型磚的墻體。
為了變廢為寶，避免或減少對環(huán)境的污染，所以應盡可能地利用工業(yè)廢料。本次用裝配式輕型磚砌筑的試驗性房屋墻體的保溫隔熱材料，就是利用了電器產品包裝用的廢棄物——白色泡沫，將其簡單切成片狀，置于墻板中間，再在泡沫與內外墻板之間加入或不加入爐渣等材料。除了此法以外，也可以將白色泡沫廢棄物，經過簡單處理，加工成帶有企口的保溫隔熱材料板，隨著本裝配式輕型磚墻體的砌筑，也將其逐漸裝配成功。還可以采用珍珠巖或工業(yè)廢料，像粉煤灰、爐渣等，將它們作為保溫隔熱材料，直接用在墻體的孔洞內。
筆者本次之所以利用白色泡沫這一廢棄物，目的在于想摸索出一條變白色污染為房屋的保溫隔熱材料的新途徑。
本裝配式輕型磚用于框架結構的填充墻時，可以省略框架結構的鋼筋混凝土梁及柱的模板支護工序。這是由于在鋼筋混凝土梁及柱所在的位置上，可以利用本裝配式輕型磚墻體內的孔洞直接綁扎鋼筋，然后澆注混凝土。因此既節(jié)約模板，又可加快施工進度。
又由于本裝配式輕型磚的諸部件皆較薄，因此制坯時要質地密實，燒結后的強度要較高，耐久性自然也好，故可將其裸露于外界，作為裝飾磚直接砌筑成清水墻體，這可以大大降低墻體部分的工程造價。圖5是用本裝配式輕型磚砌筑的又一種清水墻體式樣。
圖1 內、外橫板的連接(中間帶掛鉤者為內橫板)
 圖2 側板與橫板的連接
 圖3直角墻體部分內、外橫板與側板的連接(側板分為整側板與半側板)
 圖4 用本裝配式輕型磚砌躲藏的墻體構造
 圖5 用本裝置式輕型磚砌筑
即將施工的本裝配式輕型磚試驗性房屋的設計方案中，也盡可能地利用了自然光線：設計了簡單可行的隨四季變化的采光天窗、天井；在頂層又考慮了利用太陽光線的植物棚架；在植物棚架內又設計了可利用太陽光使水增溫的小型游泳池(其內又可養(yǎng)魚)。在一層帶有天井的方廳下方設計有人造小山，并且有水、有草、有魚。
圖6是即將用本裝配式輕型磚砌筑的試驗性房屋的設計方案正立面圖。
 圖6 試驗性房屋的正立面(方案)
綜上所述，筆者就以下方面對生態(tài)建筑進行了嘗試：
1.研制了可以使砌筑的墻體孔洞率達到80%以上的裝配式輕型磚，既減輕墻體的自重，降低整個工程造價，又節(jié)約能源，同時也減少了對環(huán)境的污染。
2.利用電器產品包裝用的廢棄物——白色泡沫或其它工業(yè)廢料作墻體保溫隔熱材料，也節(jié)約能源，減少對環(huán)境的污染。
3.本裝配式輕型磚作為裝飾磚，直接砌成清水墻體，節(jié)省了墻體外表面的粉飾材料，在節(jié)約了能源的同時，也大大降低了墻體部分的工程造價。
4.本裝配式輕型磚用于架結構的填充墻時，可以省略框架結構的鋼筋混凝土梁及柱的模板的支柱工序，這既節(jié)約模板，減少對環(huán)境的破壞，又可加快施工進度。
5.盡量創(chuàng)造一個人同動物、植物、陽光、空氣和水相融合的環(huán)境，使人們的重要的棲息場所——家，達到活生生的狀態(tài)。
本裝配式輕型磚的有關技術已申請了國家專利。目前筆者正在有關單位的支持下，努力將本裝配式輕型磚盡快推向市場。若在不久的將來，在我國的建材市場上，本裝配式輕型磚作為一種新型的綠色建筑材料出現，將是筆者最大的欣慰。
參考文獻：
［1］張福貴、張曉光，裝配式輕型磚的研制，《中國建材》，1996.2
［2］張福貴、金利權，裝配式輕型磚的孔洞率及同其它類型磚的比較，《中國建材》，1996，4
［3］張福貴、金利權，裝配式輕型磚的承載力，《中國建材》，1996.5
作者
張福貴（大連鐵道學院交通運輸工程學院）
畢巧巍（大連鐵道學院交通運輸工程學院）
|
