吳文慧

南京市建筑設計研究院有限責任公司 江蘇 南京 210000

引言

自從人類學會從礦石中冶煉金屬，各種金屬就陸續(xù)開始進入人們的生活。在建筑學領域，19世紀倫敦水晶宮及巴黎埃菲爾鐵塔都是早期應用金屬作為結構構件的典型作品，同時期世界上第一座鋼筋混凝土的建筑在美國落成。伴隨著科學技術的不斷發(fā)展，金屬材料不僅作為承重結構的重要材料之一，也是各類建筑構件如扶手欄桿、窗框立挺等的重要構成成分。一代代的建筑設計師們將金屬材料由局部的裝飾構件逐漸發(fā)展成為可以大面積應用于建筑外立面上的一種新時代立面材料。

1 金屬表皮的基本特征

常見的金屬表皮材料包含鋼、銅、鋁、鈦、鋅等，其擁有較好的強度、韌性、延展性、可加工性，適合工業(yè)化生產制作各種尺寸精度的型材、板材、線材等。同時，金屬是電與熱的良導體，具有良好的光反射和吸收能力；金屬的光澤感、色彩、紋理和質感與其傳遞給人們的美感息息相關[2]。與木材溫暖柔和、玻璃清冷通透、石材厚重典雅的質感不同，金屬表皮常給人一種簡約剛毅之感。

金屬表皮的缺點也是很顯著的：第一，金屬幕墻如果想要達到較高的方案造型完成度，對施工工藝要求較高。施工精度不高會導致幕墻單元間接縫參差不齊，板面不平等問題，會使金屬幕墻建筑有“可遠觀不可近察”之感。第二，金屬幕墻的建筑隨著時間推移，容易受溫度、環(huán)境等外界影響而產生變形、變色、脫色、起鼓等，耐久性較差[1]。

2 金屬表皮在公共建筑外立面中表現形式

近年來金屬表皮在公共建筑外立面中表現形式主要分為以下幾類。

2.1 金屬板材幕墻

金屬板材作為建筑外表皮使用時，既可采用平面金屬板也可生產如翼緣折起的異形金屬板。板材間通過焊接或栓接相連，并通過角碼方鋼等固定于承重構件上，與石材、玻璃等材質區(qū)分塑造出立面的體塊關系，傳遞建筑造型的獨特魅力。目前金屬板材幕墻的材料除常見的鋁板、不銹鋼板外，還可根據設計師對造型風格的需要，加工出如鍍鉻銅板、銹鋼板、拉絲不銹鋼板、烤漆不銹鋼板、水波紋不銹鋼板等不同顏色、不同紋理的板材。

2.2 金屬穿孔板

穿孔板簡單來說即為打了孔的金屬板，一般是將鋁板等金屬板經過沖壓床或銑床加工，形成指定的孔洞直徑及密度。穿孔板擁有金屬表皮自帶的工業(yè)化前衛(wèi)氣息，可以打造時尚現代的美感。目前穿孔板的孔洞都可以根據設計加工成不同大小、密度、形狀，形成各不相同的半透明視覺效果。且孔型不斷增加，包括矩形孔、方孔、菱形孔、圓孔、橢圓孔、六角形孔、三角孔、十字孔、魚鱗孔、八字孔、梅花孔、不規(guī)則孔等。穿孔板材料多為不銹鋼板、鋁板、鐵板、銅板等，目前實踐中大多采用穿孔鋁板，其重量輕、化學穩(wěn)定性好、加工性能好、造型美觀、色澤優(yōu)雅且組裝方便。

穿孔板的多孔性使得金屬表皮兩側空間互相滲透，模糊了原有的內外界限，從形式上創(chuàng)造一個半開放的空間[3]。同時，穿孔板在陽光或燈光的照射下，能夠產生豐富的光影效果與層次感。近年來大量建筑師運用穿孔板工藝結合計算機參數化設計可以生成特定圖案及效果的建筑表皮，使建筑擁有更加獨特的外立面特征及氣質。例如圖1為加拿大考斯頓設計的“興．舍”，通過穿孔的大小及密度變化形成“森林”表皮圖案。

圖1 “興．舍”立面中“森林”表皮

2.3 金屬格柵板

金屬格柵板根據生產加工工藝不同可分為壓焊式與壓制式兩種。目前金屬格柵板在公共建筑外立面中主要有兩種運用方式。其一可兼為設備機房百葉設計，多為水平方向格柵，且格柵單元葉片傾斜角度及排布密度均需統(tǒng)籌考慮設備通風散熱與外立面造型要求。其二多為建筑造型或裝飾，可為水平或垂直方向格柵，格柵單元可為片狀或管狀等靈活形態(tài)，片狀厚度或管狀直徑大小均可根據立面整體效果需要進行設計調整，進而指導工廠加工。例如，武漢華為研發(fā)區(qū)內部分玻璃幕墻外懸掛豎向金屬格柵，實現朦朧的優(yōu)雅美感。

2.4 雕花外殼

Rhino、Revit平臺下的參數化設計及三維打印雕刻技術的發(fā)展使得金屬雕花外殼成為近年來新的流行趨勢。與穿孔板運用孔徑大小及密度不同來創(chuàng)造圖案效果的原理所不同，雕花外殼的鏤空部分已不局限于某一種規(guī)則幾何形態(tài)，而是直接以某種圖案為原型，結合工廠激光雕刻工藝生產為單元構件，按編號順序通過龍骨及錨栓相互連接。例如阿格德角議會宮（圖2所示），2900㎡的白色金屬雕花外殼，以一種驚人的方式演繹了海底的主題。

圖2 “阿格德角議會宮”金屬雕花外殼

2.5 金屬編織網

金屬編織網是指用各種金屬絲或纜線通過一定編織方法而形成。金屬編織網的柔軟性、組裝的靈活性及拼接的無限性，可以創(chuàng)造更加復雜如雙曲或“非歐幾里得”的建筑形體的表皮。例如，為紐約事務所SO-IL設計的位于韓國漢城Kukje藝術展廊（圖3所示），建筑柔軟的外表皮將建筑與藝術和歷史的關系重置。內部幾何體積被網狀面紗表皮籠罩而得以弱化。這個金屬編織網是由510000個單獨的金屬環(huán)焊接而成，堅固而柔軟的網包裹在建筑外，賦予建筑一個模糊的可解讀為多種意義的身份。同時，金屬編織網隨著視線、光線角度的變化而產生豐富的視覺效果。另一方面，金屬編織網相比較于穿孔板，其構成元素多為金屬絲，尺度小而細膩，減少了大面積使用金屬網板帶來的工業(yè)感及粗獷感。

圖3 Kukje藝術展廊

2.6 風動幕墻

風動幕墻是近年來開始廣泛運用于一些偏文藝示范類建筑（如景區(qū)接待中心、住宅示范區(qū)、圖書館、展覽館等）外立面中的幕墻形式，亦可稱其為風鈴幕墻，其原理可以簡單歸納為利用動力學的風力來模仿風吹的效果。結構較為簡單，通常用不銹鋼拉索把金屬風動片串聯起來，固定住風動片的單邊，限制僅在一個方向移動。由此讓墻面在空中隨風飄舞、輕盈靈動、自然流暢。

風動幕墻根據飄動方向不同可分為水平式與旋轉式，也可根據風動片的排列組合方式不同亦可分為重疊式與不重疊式。而得益于金屬加工工藝不斷得精進發(fā)展，風動片的形狀從最初原始的矩形葉片，發(fā)展出了菱形、多邊形、圓形等多種不同的形狀。金屬極強的反光力和獨特的金屬光澤能更好地表達設計師對于立面“流動性”的設想[4]。

目前，實踐中較為常用的風動幕墻的金屬材料包含鋁板、不銹鋼、銅等。其中不銹鋼亮面材質偉目前風動幕墻的首選材質，其堅固耐久、簡約美觀、防污、抗腐蝕性能佳可以使風動幕墻效果持久長新。但不銹鋼材質風動幕墻也有密度高、重量大、造價高的缺點。鋁板凹凸材質也是風動幕墻較為常用的材料，主要其顏色質感獨特、鋁板可塑性強可加工成多種形狀，且性價比較高，并能與玻璃、石材幕墻等材料完美融合。然而鋁板疲勞性差，容易發(fā)生變形。銅材質在經過氧化后有其獨特的金色光澤吸引人們的眼球，可以達到一定的裝飾裝修效果，但其造價較高且易氧化。

風動幕墻雖然有較為獨特的視覺聽覺藝術呈現效果，但在實際應用中不可盲目使用。首先需明確“表皮”的存在是為了更好地服務于“內部功能”，不可舍本逐末。其次，風動幕墻由于造型的獨特性和安裝的特殊性是懸浮在空中的，固定支撐較少，需慎重考慮其運用的地區(qū)風力情況及其運用的建筑高度等條件。且為了達到最佳完成效果，需與內裝、景觀、照明等多專業(yè)交接配合。

3 結束語

材料科學與建筑科學的發(fā)展日新月異，金屬表皮材料與表現形式也不斷更新迭代，建筑設計師需要在造型藝術、空間效果、細節(jié)構造、成本造價等諸多方面加以思考、取舍、權衡，最終成就一棟優(yōu)秀的建筑作品。