1 研究背景

近年來隨著人們生活水平的提高，人們對于居住環(huán)境的要求也不斷提高。舒適的室內(nèi)環(huán)境逐漸成為人們熱衷于追求的目標(biāo)，一般的建筑表皮難以應(yīng)對復(fù)雜的氣候變化，為了達到舒適的室內(nèi)環(huán)境，造成了能源的浪費，不利于可持續(xù)發(fā)展，但動態(tài)表皮的出現(xiàn)很好地解決了這個問題。動態(tài)表皮一般由表皮動態(tài)構(gòu)件、微氣候感應(yīng)設(shè)備、自動調(diào)控系統(tǒng)等組成，是一個集合了數(shù)字技術(shù)和建筑技術(shù)的復(fù)合系統(tǒng)。動態(tài)表皮基于氣候適應(yīng)性特征，選擇性地引入了對室內(nèi)環(huán)境有利的風(fēng)、光、熱等自然因素，創(chuàng)造了舒適的室內(nèi)環(huán)境；針對受室外氣候影響不斷變化的室內(nèi)環(huán)境，可調(diào)控的動態(tài)建筑表皮，在氣候適應(yīng)性方面相比一般表皮顯得更有優(yōu)勢，能夠提高室內(nèi)的舒適度和建筑節(jié)能效率

?；诓煌脑O(shè)計方式，動態(tài)表皮可對一種或多種環(huán)境因素進行調(diào)控，如熱環(huán)境、光環(huán)境、風(fēng)環(huán)境等。文章主要從影響室內(nèi)舒適度的風(fēng)環(huán)境、光環(huán)境、熱環(huán)境入手，基于不同的案例分析如何將動態(tài)表皮應(yīng)用于建筑單體中，總結(jié)出適用于單體建筑的動態(tài)表皮設(shè)計方法。

2 國內(nèi)外動態(tài)表皮設(shè)計現(xiàn)狀

2.1 國外動態(tài)表皮設(shè)計現(xiàn)狀

國外對于動態(tài)表皮設(shè)計的研究已經(jīng)持續(xù)多年，早在20 世紀(jì)50 年代，美國建筑師約翰·弗里德曼就創(chuàng)建了動態(tài)表皮的研究團隊，到了80 年代，邁克爾提出了建筑皮膚的理念。隨著科技的進步，動態(tài)表皮的設(shè)計更加具有多樣性。通過多年的研究實踐，國外形成了諸多動態(tài)表皮的研究體系，如動態(tài)學(xué)意義上的表皮設(shè)計和氣候環(huán)境的適應(yīng)性表皮設(shè)計等。國外部分學(xué)者對動態(tài)表皮的相關(guān)研究內(nèi)容如下：

對于應(yīng)用型本科院校而言，教師專業(yè)化就是指根據(jù)社會對應(yīng)用型人才的需求，教師遵循應(yīng)用型特征的教育教學(xué)規(guī)律，特別注重專業(yè)實踐能力。教師專業(yè)化發(fā)展強調(diào)教師的終身學(xué)習(xí)和終身成長，包括職前培養(yǎng)、新任教師培養(yǎng)和在職培訓(xùn)，在教師的整個專業(yè)生涯中，通過學(xué)習(xí)和專業(yè)訓(xùn)練，提高專業(yè)素養(yǎng)、專業(yè)實踐能力和個人職業(yè)道德等，促進教師從新手到熟手，從熟手到專家。

瓦倫蒂娜等學(xué)者采用環(huán)境參數(shù)化的表皮設(shè)計方法，通過參數(shù)化設(shè)計方法進行動態(tài)表皮的設(shè)計嘗試，并通過實驗數(shù)據(jù)驗證其可行性。羅爾等學(xué)者梳理了現(xiàn)有的氣候適應(yīng)性建筑表皮數(shù)據(jù)，并進行了分類研究，分析了氣候適應(yīng)性的影響因素。

2.2 國內(nèi)動態(tài)表皮研究現(xiàn)狀

近年來，動態(tài)表皮技術(shù)逐漸在我國興起。國內(nèi)一些學(xué)者對于動態(tài)表皮提升室內(nèi)舒適度進行了相應(yīng)的研究。

部分學(xué)者從適應(yīng)性價值角度對建筑表皮進行了相應(yīng)的研究。李芃等學(xué)者梳理了建筑表皮對建筑形體、空間的塑造作用，提出了建筑表皮對于建筑本身的價值闡述。

熱環(huán)境因素是對建筑室內(nèi)舒適度影響最大的，室內(nèi)外熱量傳遞的主要方式有：熱對流、熱輻射和熱傳導(dǎo)。常用的評價室內(nèi)熱環(huán)境的指標(biāo)有：黑球溫度WBGT、生理等效溫度PET 和熱舒適度指數(shù)PMV 等，其中最常用的是PMV，它充分考慮了室內(nèi)空氣溫度、空氣濕度、氣流狀況、平均輻射溫度等四個環(huán)境因素。

全新富氧煤粉側(cè)吹還原工藝處理紅土鎳礦工藝特點：①采用粉煤和煤，成本低；②煙氣利用余熱鍋爐回收余熱，特別是二次燃燒熱。得到的蒸汽可用作發(fā)電或其他生產(chǎn)用途；③鎳鐵品位控制靈活。

還有一些學(xué)者從室內(nèi)物理環(huán)境的角度對動態(tài)表皮開展了相應(yīng)的研究。馮剛等學(xué)者通過軟件模擬分析的方式，提出了動態(tài)表皮構(gòu)件提升室內(nèi)光環(huán)境的設(shè)計方法

。李保峰等學(xué)者提出了夏季雙層表皮提升室內(nèi)熱環(huán)境的設(shè)計策略，并通過實驗監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)驗證了雙層表皮的實際性能

。高金峰等學(xué)者通過文獻研究得出了動態(tài)表皮構(gòu)件的不同形式，強調(diào)了動態(tài)表皮對于室內(nèi)風(fēng)環(huán)境的調(diào)節(jié)作用

。

徐州市地處蘇魯豫皖四省交界處，素有“五省通衢”、“五通匯流”、“淮海商埠”之稱。2000 年起，隨著人居規(guī)模發(fā)展和城市規(guī)模的擴張以及古彭廣場的改造、中心商圈的崛起，徐州市的商業(yè)格局開始發(fā)生改變。商圈從“集中與分散相結(jié)合”到“中心商圈—商業(yè)綜合體”的布局不斷演化。2010年以前的徐州商業(yè)的業(yè)態(tài)格局主要以大型綜合商場、中型百貨商店、零售超市為主。2013年云龍萬達商業(yè)綜合體運營，直到最近三胞廣場開業(yè)，短短5年內(nèi)商業(yè)空間發(fā)生了巨大的轉(zhuǎn)變，商業(yè)綜合體發(fā)展迅速。如云龍萬達商業(yè)綜合體成為徐州東部地區(qū)的城市副中心；三胞廣場加速了南區(qū)商圈的形成；美的廣場填補了新城區(qū)的商業(yè)空白等（如表1所示）。

通過對既有的研究梳理可知，目前國外對于動態(tài)表皮的研究已趨于成熟，應(yīng)用廣泛。國內(nèi)學(xué)者對于動態(tài)表皮和室內(nèi)舒適度的研究較為零散，缺乏系統(tǒng)性。文章通過對國內(nèi)外既有案例的分析，系統(tǒng)梳理了動態(tài)表皮提升室內(nèi)舒適度的設(shè)計方法，以期對國內(nèi)動態(tài)表皮研究起到一定的參考作用。

3 影響室內(nèi)舒適度的環(huán)境因素

3.1 風(fēng)環(huán)境因素

過濾后的熱榨漢麻籽油外觀顏色為深墨綠色，油脂透明，有香濃油味；冷榨漢麻籽油外觀顏色為淺墨綠色，油脂透明，有清香的油味。從圖1漢麻籽油剛壓榨后過濾的照片看出，熱榨油比冷榨油顏色深，可能的原因是熱榨油壓榨條件溫度較高，油脂中含有較多的有色色素。同種榨油方式在不同儲存條件顏色不同，可能的原因是油脂中含有色素的物質(zhì)發(fā)生了變化。筆者將低溫避光作為其他儲存方式的對照，原因是低溫油脂較穩(wěn)定。

良好的自然通風(fēng)可以顯著提升室內(nèi)的舒適度，通過自然通風(fēng)強化室內(nèi)外的風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)，利用室外冷風(fēng)帶走室內(nèi)熱量，從而減少空調(diào)的使用，降低能源消耗。根據(jù)原理的不同，可以將通風(fēng)方式分為兩種：一種是機械通風(fēng)，主要利用機械設(shè)備，如新風(fēng)機等實現(xiàn)對室內(nèi)風(fēng)環(huán)境的控制；另一種是不需要利用機械設(shè)備的自然通風(fēng)，主要通過調(diào)整建筑朝向、開窗位置和功能布局等優(yōu)化室內(nèi)風(fēng)環(huán)境。

獸醫(yī)臨床上,隨著抗生素的大量使用,細(xì)菌耐藥性問題逐漸凸顯。與抗生素相比,溶葡萄球菌酶專一降解細(xì)菌細(xì)胞壁肽聚糖成分中的甘氨酸肽鍵,使細(xì)菌因細(xì)胞壁溶解而死亡。因為獨特的殺菌機制和純生物特性,使其不易產(chǎn)生耐藥性和毒副作用。加上溶菌酶的復(fù)配,不僅擴大了殺菌譜,還增強了溶葡萄球菌酶的殺菌效率[10]。

3.2 光環(huán)境因素

不同的室內(nèi)環(huán)境因素所需要的動態(tài)表皮形式也不盡相同，此次將對室內(nèi)風(fēng)、光、熱等環(huán)境因素的動態(tài)表皮設(shè)計進行分類研究。

黃玲說這個傷疤是她曾經(jīng)的丈夫給她的，現(xiàn)在，他在監(jiān)獄。他們是在2010年8月經(jīng)人介紹相親認(rèn)識的，9月就結(jié)了婚。結(jié)婚之后剛開始兩人相處得還不錯，很快，黃玲就懷上了孩子，原本以為幸福的生活會這樣延續(xù)下去。沒想到后來她的丈夫就開始酗酒，每次喝完酒就會打她，眼角的傷疤，就是有一次他的丈夫用啤酒瓶打傷的，而那一次，她也失去了孩子。

3.3 熱環(huán)境因素

其次，從動態(tài)層面來看，嚴(yán)格限制農(nóng)用地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，對建設(shè)用地實行總量控制和對耕地實行特殊保護乃是土地用途管制權(quán)概念的動態(tài)化表達。我國1998年《土地管理法》修訂時，所確立的土地用途管制法律制度，就是針對在當(dāng)時耕地資源大量銳減，土地利用失控的背景下，為有效保護耕地資源而實行的一項非常嚴(yán)格的土地管理制度。這一制度的確立借助于建設(shè)用地的總量控制和耕地資源的特殊保護兩項配套制度來實現(xiàn)其有效運行的目標(biāo)。

熱環(huán)境在夏季和冬季對室內(nèi)的影響最為顯著。夏季室外熱量傳入室內(nèi)，冬季室內(nèi)熱量傳入室外。熱量的傳遞破壞了室內(nèi)的熱平衡，造成人體的不舒適，需要通過機械設(shè)備維持室內(nèi)的熱舒適，這就造成了能源的嚴(yán)重浪費。室內(nèi)外熱量主要是通過建筑表皮進行傳遞，因此國內(nèi)外許多建筑通過靈活可變的動態(tài)表皮來應(yīng)對夏季和冬季的極端氣候。

4 基于環(huán)境因素變化的動態(tài)表皮系統(tǒng)設(shè)計

動態(tài)表皮集合了建筑、結(jié)構(gòu)、自動化等多學(xué)科專業(yè)技術(shù)，對于室內(nèi)舒適度的調(diào)控主要是通過感應(yīng)器對室內(nèi)外環(huán)境進行感應(yīng)，并通過設(shè)備控制表皮單元的大小和方向，控制室內(nèi)外風(fēng)、光和熱等自然因素的交換，維持室內(nèi)熱舒適平衡，進而降低建筑能耗

。

室內(nèi)良好的天然采光可以有效地提升室內(nèi)的舒適度，減少人工照明，降低能耗。但不同的建筑對于光的需求也不盡相同，如展覽一類的建筑需要相對暗一些的環(huán)境，醫(yī)療建筑則需要均勻的光照等；而針對同一建筑一天內(nèi)的不同時段，光環(huán)境的變化也會對舒適度產(chǎn)生一定的影響，如早晚相對較暗需要更多的自然光，而正午光線較強會產(chǎn)生眩光，因此需要降低光照強度，提高采光均勻度。

光在提高室內(nèi)亮度的同時還會帶來太陽輻射熱，因此建筑表皮設(shè)計需要分不同時段綜合考慮兩種因素。夏季氣溫較高需要降低進入室內(nèi)的太陽輻射熱，冬季氣溫較低需要提高進入室內(nèi)的太陽輻射熱。

4.1 通風(fēng)設(shè)計

自然通風(fēng)可以促進身體與周圍空氣的熱交換保持人體舒適，并降低機械通風(fēng)設(shè)備的運行能耗

。利用動態(tài)表皮實現(xiàn)對風(fēng)速和風(fēng)向的有效控制，為室內(nèi)提供舒適的風(fēng)環(huán)境。例如海南省?？诖髲B就是室內(nèi)風(fēng)環(huán)境和動態(tài)表皮設(shè)計的代表性案例。?？诖髲B地處海南省屬于夏熱冬暖氣候區(qū)，需要考慮夏季防熱，因此建筑通風(fēng)尤為重要。?？诖髲B2 號樓的平面類似于卵形，建筑布局朝向和平面空間的設(shè)計都是為了更好地順應(yīng)自然風(fēng)，在外界風(fēng)環(huán)境的作用下，室內(nèi)形成正壓區(qū)，在外部空間形成負(fù)壓區(qū)，內(nèi)外風(fēng)壓差強化了建筑的整體通風(fēng)效果。

除了利用整體布局設(shè)計加強建筑通風(fēng)外，還運用了動態(tài)表皮設(shè)計進一步強化了建筑的通風(fēng)效果。通過設(shè)計一種可人工開啟的“鰭”，根據(jù)室內(nèi)的溫度自行控制“鰭”的開關(guān)。當(dāng)室內(nèi)溫度較高時，通過控制開關(guān)把“鰭”打開，利用自然風(fēng)帶走室內(nèi)的熱量；當(dāng)室內(nèi)溫度較低時，把“鰭”關(guān)閉，維持室內(nèi)溫度。

4.2 采光設(shè)計

動態(tài)表皮對于光的控制較為簡單，能夠通過轉(zhuǎn)動、折疊、滑動等方式改變光照面積。此外結(jié)合材料的反射能力，還能改變光照的方向。如果與照度監(jiān)測設(shè)備相結(jié)合，還可以通過計算機的自動化控制系統(tǒng)最大限度地利用自然采光，滿足室內(nèi)光照需求。

同時，動態(tài)立面的變化也使室內(nèi)形成了一種神秘的光影變化。這種類似于相機光圈的變化，使得室內(nèi)的光斑具有韻律和幾何的美感

。如巴黎阿拉伯世界研究中心就是室內(nèi)光環(huán)境動態(tài)表皮設(shè)計的代表性案例，阿拉伯世界研究中心的建筑表皮是由一個個可旋轉(zhuǎn)的正六邊形單元構(gòu)件組成，如圖1 所示。通過單元構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)進入室內(nèi)的光線，當(dāng)室內(nèi)較亮?xí)r，構(gòu)件旋轉(zhuǎn)到與光線垂直，減少光線進入室內(nèi)的量；當(dāng)室內(nèi)較暗時，構(gòu)件旋轉(zhuǎn)到與光線平行，增大光線進入室內(nèi)的量。

4.3 遮陽設(shè)計

傳統(tǒng)遮陽構(gòu)件形式單一，無法滿足不同季節(jié)人們對于太陽輻射熱的需求。因此為了更好地應(yīng)對不斷變化的室外氣候，提升室內(nèi)舒適度，需要靈活可變的動態(tài)遮陽構(gòu)件

。根據(jù)原理的不同，動態(tài)遮陽分為兩種：一種是不利用機械設(shè)備的被動式遮陽；另一種則是通過設(shè)備控制遮陽系統(tǒng)的主動式遮陽。

4.3.1 被動式遮陽

基于動態(tài)表皮的主動式遮陽設(shè)計可以結(jié)合陽光房、中庭等空間綜合利用太陽輻射熱，如圖3 所示。在不同時間或不同季節(jié)，對陽光房、中庭的熱量需求也有所不同，夏季溫度較高，通過構(gòu)建旋轉(zhuǎn)展開遮陽板，減少進入陽光房等房間的太陽輻射熱；冬季溫度較低，通過構(gòu)建旋轉(zhuǎn)收縮遮陽板，增加進入陽光房等房間的太陽輻射熱提高室內(nèi)熱舒適度，實現(xiàn)全季節(jié)的動態(tài)調(diào)控

。同時利用主動式遮陽的可調(diào)節(jié)性結(jié)合監(jiān)控和計算機自動化控制裝置，將白天多余的熱量存儲在中庭、陽光房等房間內(nèi)，晚上溫度下降，再將白天存儲的熱量釋放進入室內(nèi)，維持室內(nèi)的熱舒適平衡，實現(xiàn)全天候的動態(tài)調(diào)控。

4.3.2 主動式遮陽

主動式遮陽通過引入機械設(shè)備調(diào)控，操作起來更加靈活多變，涵蓋了折疊、位移、多維旋轉(zhuǎn)、充氣等多種形式。主動式遮陽系統(tǒng)可以根據(jù)使用者的喜好自由的調(diào)節(jié)，真正意義上實現(xiàn)了全季節(jié)、全天候、全方位的動態(tài)調(diào)控。

被動式遮陽是一種結(jié)合自然生態(tài)系統(tǒng)的遮陽方式，常見的形式是在建筑外部構(gòu)建垂直綠化系統(tǒng)，如圖2 所示。利用植物的生長規(guī)律，夏季茂盛的植物正好形成了一道天然的遮陽屏障；冬季植物葉片凋零，增加了太陽輻射熱的入射量，可以提高室內(nèi)溫度。垂直綠化系統(tǒng)可以說是動態(tài)表皮最簡單、最有效的利用方式。這種方式不僅可以提升室內(nèi)熱舒適，還具有很好的裝飾效果。

(2)從旅游區(qū)位熵來看，黃山市、池州市、安慶市、宣城市、合肥市、蕪湖市、六安市為旅游發(fā)展優(yōu)勢區(qū)域，其他城市旅游發(fā)展?fàn)顩r一般，為一般旅游區(qū)域．

元數(shù)據(jù)是地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫建設(shè)的基礎(chǔ)，是一種對城市各類數(shù)據(jù)的描述性數(shù)據(jù)信息，具有數(shù)據(jù)共享的特征。隨著數(shù)字化城市建設(shè)進程的加快，導(dǎo)致社會各行各業(yè)對準(zhǔn)確的、詳實的多源數(shù)據(jù)的需求日益增加，加之各類數(shù)據(jù)庫的逐步普及，不同用戶對數(shù)據(jù)需求的差異，促進不同結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)化、更新、檢索，甚至是數(shù)據(jù)集成等都離不開元數(shù)據(jù)。元數(shù)據(jù)有利于空間數(shù)據(jù)的生產(chǎn)和相互轉(zhuǎn)化利用，使得元數(shù)據(jù)成為建設(shè)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的重要橋梁。

5 基于環(huán)境因素變化的動態(tài)表皮構(gòu)件設(shè)計

5.1 動態(tài)表皮構(gòu)建單元形式設(shè)計

動態(tài)表皮單元形式分為規(guī)則和不規(guī)則兩種，常見的外形有三角形、矩形、六邊形、弧形、扇形等。表皮單元通過鋼結(jié)構(gòu)骨架附著在建筑外側(cè)，呈現(xiàn)出密集且有規(guī)律性的排布。排布形式需要根據(jù)建筑功能、結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等方面共同決定。

5.2 動態(tài)表皮構(gòu)件單元尺寸設(shè)計

動態(tài)表皮單元尺寸的設(shè)計應(yīng)與建筑整體相協(xié)調(diào)，特別是層與層之間需要考慮構(gòu)建的銜接問題。較大的單元構(gòu)件不僅安裝、運輸成本較高，對于結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能要求更高，轉(zhuǎn)動所消耗的能量更多。

較小的單元構(gòu)件會增加設(shè)備故障的概率，維護成本較高。根據(jù)建筑高度，合理地設(shè)計動態(tài)單元組件，可以有效地提高運行效率，降低維護費用。

5.3 動態(tài)表皮構(gòu)件單元運動方式設(shè)計

動態(tài)表皮構(gòu)件的運動方式有轉(zhuǎn)動、縮放、移動、折疊、扭轉(zhuǎn)等幾類，更多的是將幾種方式結(jié)合起來的復(fù)合運動方式。但過于復(fù)雜的構(gòu)件轉(zhuǎn)動方式會提升構(gòu)件損壞的概率，降低構(gòu)建的使用壽命，增加維護成本，因此在構(gòu)建運動方式的設(shè)計上應(yīng)盡量采用簡單的復(fù)合運動方式。

5.4 動態(tài)表皮構(gòu)件單元材料設(shè)計

動態(tài)表皮位于建筑最外部需要承受極端氣候的侵蝕，所以材料的選擇十分重要，一般多采用高強度、輕質(zhì)、堅韌的材料。材料的選擇不僅限于金屬材料，還可以選擇與光伏等多晶硅構(gòu)件結(jié)合，節(jié)能的同時向外界輸送電能?；蛘哌x擇與綠植等生態(tài)表皮結(jié)合，形成垂直綠化景觀。

6 結(jié)語

創(chuàng)造一個舒適的居住環(huán)境是建筑師不懈追求的目標(biāo)，無論是對既有項目的改造亦或是新建項目，動態(tài)表皮在建筑的節(jié)能和提高室內(nèi)舒適度等方面都發(fā)揮著巨大的作用。文章采用案例分析的方法，針對影響室內(nèi)舒適度的風(fēng)、光、熱等環(huán)境因素進行分析，從宏觀到微觀分層次提出基于環(huán)境因素變化的動態(tài)表皮設(shè)計方法。以期為今后的動態(tài)表皮設(shè)計提供一定借鑒。

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