轻钢轻板住宅与广泛适应型住宅理论

2.2.1　轻钢轻板住宅与广泛适应型住宅理论

（1）可变的适应性体系与住宅的广义适应性。轻钢轻板住宅设计中引入适应性的观念，目的在于运用整体协调与动态发展的观念，将轻钢轻板住宅设计成为适应社会发展要求、满足节约能源、保护环境并可调节反馈的开放式的建筑体系，以满足社会、经济、自然的可持续发展。适应是系统与环境相协调的行为，住宅作为一种复杂的人工物质系统，具有系统的各项特征，只有从整体出发，不断调整自身构成要素以适应客观外部条件的变化，才能实现建筑体系的可持续发展。轻钢轻板住宅的广义适应性不单单是在建筑空间形态等方面，而且要综合研究住宅与自然、社会、文化、经济等的关系，适应宏观世界大系统，实现持续发展的目标。

住宅适应性功能即住宅具有的能够满足居民居住和社会需求的属性，即适应属性。适应性住宅必须以居住的需求为基础，故应满足使用功能、可发展功能和生态功能。广义适应性住宅的使用功能主要是指能够满足人们生存和安全的基本要求和精神要求的属性，如满足人的睡眠、饮食、洗浴、御寒、避暑、躲避袭击等要求；为人们学习，娱乐，家庭成员之间、邻友之间交流情感提供空间。可发展功能是指能够满足居住者需求变化的属性。其具体包含可变化、可扩充两方面功能，即可以根据不同个性需求和需求变化进行调整，根据需求的增长进行修改、提高居住质量；生态功能指其不仅节约不可再生能源和利用可再生能源，还注重节约资源、注重材料的可降解和循环使用，发展产生最少废弃物的建筑技术。

上述三种功能，可归纳为适应性住宅的功能。我国许多优秀的传统民居具有以上基本特征（图2-1），具体体现在：一是适应使用者需求变化的巨大兼容力；二是自发的生态循环系统。按刘敦桢先生主编的《中国古代建筑史》中总结的木构架结构优点来看，可更进一步理解住宅适应性的意义：

图2-1　中国传统木构体系

（资料来源：张楠，当代建筑创作手法解析：多元+聚合[M]，中国建筑工业出版社，2003.9，124）

第一，承重与围护结构分工明确。这种分离，使建筑物具有灵活性，“既可以做成各种门窗大小不同的房屋，也可做成四面通风，有顶无墙的凉亭，还可做成密封的仓库。在房屋内部各柱之间，则用格扇、板壁等做成的轻便隔断物，可随需要装设或拆改。”这种灵活性，便于建筑功能的改变、建筑的再利用，节省材料。

第二，便于适应不同的气候条件，只需改变房屋的高度、墙壁与屋面的材料和厚薄、窗的位置和大小等方面，就可广泛地适应各类冷暖气候。

第三，材料供应比较方便。如果有计划的种、伐，木材的来源是可持续的，尽管其有易着火、易受腐蚀的严重缺点，但无疑取材较砖、石更方便，而且工期较短，节省人工。

李约瑟（Joseph Needham）曾指出：“在中国，忠实于人体比例的传统毫无疑问是与没有采用几何图形的桁架的木结构有一些关联，……全世界的建筑者都愈来愈欣赏中国式的有节制的人本主义。”虽然人性和人本主义的重视主要是源自文化和社会思想，但从以上分析中看出适应性在我国传统居住建筑中的得到充足体现。

（2）轻钢轻板住宅对住宅功能的变化的适应性。

a. 对功能适应性的重视：住宅设计要以人为本，而人的居住需求是多样的，居住需求也在不断变化。这就要求轻钢轻板住宅设计要充分提高住宅套型的适应性与可变性，满足多样和变化需求。

主体结构中有改变住宅内部空间的可能性，以适应各种不同的生活方式及其发展变化的技术。对住宅功能适应性的探索始于工业化之后的西方国家。钢铁和混凝土的应用，使墙体从承重的作用中解脱出来。许多建筑师都尝试由此带来的建筑可变性，其中包括墙体的可变性。

图2-2　weissenhof住宅

（资料来源：www.groenewald.nl）

图2-3　Domino住宅

（资料来源：www.arch.columbia.edu）

现代建筑的许多早期人物，如莱特（Frank Lloy Wrignt）和路斯（Loos）都曾在自己的设计中尝试过可变性，其中最典型的是密斯（Mies Van der Rohe）1927年在斯图加特住宅展览会的作品（weissenhof）（图2-2）和勒·柯布西埃的多米诺（Domino）住宅（图2-3）。“多米诺”结构体系是一个板柱体系，没有任何的梁，所有的墙都不承重，因此可以布置在平面任一位置上，通过拆除或移动一堵墙很容易改变功能。因此，“多米诺”结构具有承重墙体系不具备的灵活性和适应性。

随着二次大战后房荒问题的逐步解决，住宅可变性开始受到重视。欧洲各国对此进行了实践（图2-4）。这时对可变性的理解已不像早期那样仅仅基于对新技术、新材料的考虑，而是在可变理论中，其中颇具影响的是荷兰人瑞根（John Nicholas Habraken）的支撑体住宅。他于1961年出版了《支撑体——大量性住宅的选择》一书，1964年组织成立了SAR小组，继续发展其理论，称之为SAR理论，其理论基础是发挥住户在住宅建设中的作用。与柯布西耶的理论有所不同的是，SAR理论中的支撑体（support）与可变体（infix）划分基础是人的控制范围，而不是结构的承重关系。支撑体是永久的，其包括公共设施与服务设备在内的结构体，可变体是组合元件，如外墙、浴室、厨房、内墙等，由住户掌握。

图2-4　瑞典Gothanburg住宅平面及套型平面

（资料来源：斯文·蒂伯尔伊 主编，瑞典住宅研究与设计[M]，张珑等译，北京：中国建筑工业出版社，1993.11）

我国对可变性住宅的研究，最早始于1956年彭一刚、屈浩然的外廊式小面积住宅设计方案，是可变性住宅的较早的一次尝试，它通过拆除厨房隔断墙，或拆除厕所、增加贮藏室等方式在使用过程中调整住宅面积。1984年，鲍家声等人设计完成了著名的无锡支撑体住宅试验工程（图2-5）。它的可变性也是依靠现有技术条件（并加以改进）获得的。住宅结构是普通的砖混结构，横墙承重，局部用混凝土梁和预制楼板。

图2-5　无锡支撑体住宅平面示意

大规模的研究是在20世纪90年代后，建筑工业化水平的提高，预应力技术的推广使用和新型轻质高强的分隔材料的出现，为住宅适应功能增强提供了载体。显然，轻钢轻板住宅体系在住宅适应功能变化的探索中显示出更大的优势。

b. 轻钢轻板住宅调整功能适应性的优势与方法。

首先，轻钢轻板住宅结构上由于是框架承重，结构上分为承重部分和非承重部分，为室内空间灵活划分提供可能性。在平面布置时，尚须注意：

Ⅰ 用尽可能少的承重体（柱）支撑起最大的空间。

Ⅱ 室内灵活隔墙应有一定的隔音和隔视质量。

其次，轻钢轻板住宅空间性质划分和设备安装应为可变性创造条件。

Ⅰ 由于可变性程度受到一定条件的制约，所以轻钢轻板住宅厨房和卫生间尽可能放在住宅外围，使住宅有集中的较大范围的可变空间。平面上，柯布西耶的马赛公寓和日本传统住宅都可作为较好的借鉴。

Ⅱ 在轻钢轻板住宅设计阶段应该考虑基本空间和服务空间的关系。这种思想在瑞典的柯曼（Jean Carmen）设计的奥明格（Orminge）住宅得到体现。另外，服务空间和设备集中布置，如黑川纪章的“新陈代谢”住宅把服务空间和居住空间在结构上分开，便于服务空间的整体拆装，这同样可为轻钢轻板住宅体系所参照。

Ⅲ 轻钢轻板住宅中功能性极强的家具和设备应避免与结构体系联系得过于牢固。有些空间的性质是中性的、功能模糊的，这样便于房间的灵活使用。中国传统住宅中，家具和墙、柱一般是分开的，为平面布置带来较大的方便。

第三，住宅的外墙和分户墙应具有部分调整的可能性。

Ⅰ 用轻质高强的材料做非承重外墙可获较大的可变性。

Ⅱ 注意分户墙的灵活设计，使户与户之间的空间可调整。

（3）轻钢轻板住宅应适应节约资源和保护环境的要求。轻钢轻板住宅体系应将节约能源和保护环境这两大课题结合起来，也就是要关注生态上的适应性，其不仅需要节约不可再生能源和利用可再生能源，还应该注重节约资源、注重材料的可降解和循环使用，力求消耗最少的资源和能源，发展产生最少废弃物的建筑技术。

20世纪80年代以来，关注生态上的适应性为住宅的发展注入了新的活力。如罗吉德设计的瑞士比尔市生态公寓，通过布置在住宅南面的阳光温室，充分利用太阳能改善和调节室内温度，增加新鲜空气。香港新怡花园以“可持续住宅设计”为起点，在高层住宅中引入解决能源、材料和水资源保护等一系列问题的可持续设计策略，并取得成功。

富勒（R．B．Fuller）用“Ephemeralization”表达类似思想，这种使用较少的物质和能量，追求更加出色表现的思想，在建筑设计中代表作品是可以灵活组装、独立运作的Dymaxion住宅^[1]。“Dymaxion”概念是指“动态主义加效率”。富勒认为一般的住宅建筑模式早已经过时，欧洲自从中世纪以来，建筑设计并没有本质的发展。富勒寻求一种永远比“砖盒子”优越的住宅。

图2-6　Dymaxion住宅

（资料来源：http://www.yale.edu/amst401a/historical/designs/if000000.htm）

Dymaxion住宅具有轻钢轻板住宅的一些特点（图2-6）：①可大量建造，费用较为低廉，采用工厂制造的方式建造，所有必需的服务设施都布置在位于中央的一根空心八角桅杆中，就像汽车和飞机一样，可以出租和出售，出售的价格相当于一辆豪华汽车；②灵活性，可以利用直升机或飞艇空运到世界的任何地点，所有的水电系统都在工厂预装，如果需要，住宅自身可以利用电池和太阳能实现能量自给；③符合模数，可以互相装配在一起，构成社区；④高效率，完全采用自动控制，具有保持住宅自身清洁的功能，居住者个人的特殊要求，可以通过工厂订货的方式，将相关的设备预先装配好；⑤舒适，室内可以依据使用者的不同风格，方便地重新布置平面，只要调整放射状隔墙的位置，就可以控制房间的数量和大小。

（4）轻钢轻板住宅生态适应性的设计方法。不断发展的建筑技术为轻钢轻板住宅提供了更为广阔自由的空间，同其他住宅体系相比，轻钢轻板住宅更关注利用技术含量高的适宜技术，充分发挥技术的精确性和先进性，强调系统的整体性，注重提高对能源和资源的利用效益（表2-1）。事实上，适应性技术的应用并不都是昂贵的、高代价的，对技术的科学分析和理性应用才是住宅建筑技术选择的基本原则，这也符合住宅技术科学与理性的本质特征。轻钢轻板住宅在对技术的理解和运用上更有针对性，也更加合乎科学理性，节能、灵活、高效、持久才是其立足点。目前，从总体特点讲，我国有关生态适应性理论与实践的发展处于初级阶段。理论方面多停留在引介国外发展趋势和研究成果，结合对中国国情的理论探索之后建构自己的可持续建筑（含生态建筑、绿色建筑）理论框架。这反映了我国建筑师对生态、发展的敏感性，从事建筑设计者所提理论体系较为宏观、原则，从事建筑技术研究者所提理论体系则更为实在、具体，更注重技术细节。

理论上，历经数十年的实践，建筑界对生态适应性逐渐形成了一些重要的设计思想、原则、方法，如健康原则、环境原则、人文原则等。其中最重要的原则是节约原则——著名的3R原则——Reduce（ 质与能量的消耗及效率的高低）、Reuse（重复使用）、Recycle（循环使用及重复使用）。在这些原则的指导下，设计上强调节约能源，如设计中使能源使用集约化，运用建筑热工原理节约能源，结合气候进行设计，充分利用自然通风，合理利用气候、阳光等自然能源因素等。

表2-1　钢结构与钢筋混凝土结构生态条件比较

（资料来源：张维恭 胡志敏，台湾钢结构建筑及H型钢之使用[J]，建筑钢结构进展，2002，4（1）：26）

住宅生态适应性的技术核心是环境控制系统。目前，适用于我国大多数轻钢轻板住宅的形式可分为两种：①被动式系统（从建筑的构形及其与周围自然环模的关系人手）；②主动式系统（即建筑的机电设备系统）。从系统的观点来看，被动式系统、主动式系统都属于环境控制系统的子系统。在轻钢轻板住宅中，这两个方面都不可忽视，应立足于被动式系统优先，主动式辅助技术运用模式。因为被动式系统本身不消耗能源，只是对环境进行有选择的吸纳和排斥，保证建筑在低能耗的状态下运行。

主动式系统和被动式系统并不互相排斥，而是互为补充的。在高技术生态建筑的成功案例中，大都是将两者混合使用来满足环境控制的要求，赫尔佐格（Thomas Herzog）在德国慕尼黑住宅联合体设计中将光电板、采热器、百叶和遮阳织物布置于斜面钢架体系上，以达到可调节地利用太阳能的目的。冬季，由于引入日照辐射，可减少取暖能量。夏季，为避免过热，安装了白色织物组成的遮阳物件，能够自由调节遮挡的面积和位置。另有三个400升的水箱可贮存太阳能热水器收集的热量和空调机排出的热能，可提供23%的日用热水。此外，还安装了面积60平方米的太阳能发电设备，产生的电流可供住宅使用或储存在电池中。

在实践上，我国传统建筑有关适应性的理论与实践（尤其是实践）的基本特点之一，就是从实践情况出发的务实态度，即从我国基本的社会现状、经济情况出发，进行务实的研究和实践。目前，笔者认为，适用的轻钢轻板住宅生态适应性技术主要反应在以下三个方面：

一是应用减小环境负荷的建筑节能技术，创造舒适、健康的建筑室内环境。在结合当前国情的基础上，我国在使用经济、实用的节能技术取得了一定的效果。在利用清洁能源、替代能源方面也取得了一定的成果。目前，节能建筑技术作为我国可持续建筑技术最主要、运用最大量性的一部分，在轻钢轻板住宅中如果与其他可持续建筑手段相结合，将最具发展前途。轻钢轻板住宅应注意以下设计措施：

（1）体型应考虑建筑热耗少及住宅体量尽可能大^[2]。住宅加大幢深，增加集热墙（南向墙）面积。

（2）住宅热环境的合理分区。由于人们对各种房间的使用要求和在房间内的活动状况不同，对房间室内热环境的需求各异，在设计中应尽量将好的朝向与区域布置居室，利用太阳辐射保持室内较高的温度，同时减少供热能耗，对热环境质量要求较低的房间，如卫生间、储藏室、走道等处于温度较低的区域内。另外，温度要求较高的居住空间和温度低的室外空间之间，设置温度阻尼区（如封闭阳台），其作用就如一道热闸，使外墙热损失和冷风渗透减少。

二是节地。通过选择用地、集约化用地及一些建筑措施（如加大进深、底层架空等）节约用地。户型面积应根据我国的具体情况不宜做的过大。我国土地资源短缺，过大的户型面积也势必占有大量的土地。同时，住宅设计所追求的目标和标准主要看空间是否满足了居住的要求而非由面积的大小决定。

三是保持建筑废弃物的循环再生，节约资源。如利用中水与雨水来灌溉植物、冲洗厕所、清洁路面^[3]（图2-7）；采用可渗透有缝隙的生态铺地，户内采用节水型马桶与水龙头，采用以秸秆为原材料的轻质墙板，安装的太阳能集热器等，这在我国已在进行实践和推广。

如果把以上技术手段进行归纳，轻钢轻板住宅应该把以下四个方面作为设计和技术发展的重点：

（1）应争取合理的体量和朝向。

（2）具备宜人的窗户尺度及遮阳设施，可控制的自然通风体系。

（3）注重外围护结构的复合功能。

（4）废水、废气的无害处理；节能节水措施的运用。

图2-7　中水处理使用过程示意

（资料来源：清华大学建筑设计研究院编，建筑设计的生态策略[M]，北京：中国计划出版社，2001.9：104）