研究 | 中建西南院装配式建筑“正向创作”思考
“除了预制结构所带来的技术成就和经济效果之外，我认为很大的好处还是在于有预制结构所产生的丰富的艺术造型。预制结构是一个极为有用的工具，聪敏的设计师可以用它来取得富有变化的、统一和谐的效果，设计师必须懂得这些方法和其中的局限性，就如同一个音乐家必须知道各种乐器的能力和局限性一样，这样，他才能把灵感变成现实。”
——奈尔维
《建筑的艺术与技术》1965
01
思考
建筑历史上的形态演化，是对于材料和技艺革新的反应：建筑材料、建筑技艺与建造形态相互作用，互为因果，形成建构的逻辑线索，体现工具理性的价值观。新型装配式建筑作为一种新的建筑技艺，也必将影响着建筑外在形式的表达，形成具有工业化建造特色的建筑形态。
目前国内常见的装配式建筑多通过以下两种形式逻辑呈现，一是通过极限的标准化的方式一味追求建造的高效率，从而表现为简单的方盒子造型，对建筑艺术性的关照有所缺失；二是忽略了装配式建筑特有的建造逻辑，在现浇体系的惯性思维下开展设计，而后进行简单粗暴的“构件拆分”。以上两者都在设计上对装配式建筑标准化设计的理解存在着一定的误区，没有完全表现出符合装配式建筑技艺的形态特征。
02
不同视野下装配式建筑的标准化设计
对于装配式建筑的标准化设计，以满足社会化生产的视野来看，是指形成能够广泛应用于不同建筑的、通用的建筑构件，从而实现以工业化的方式“生产”建筑。在这种情况下，可以促进部品部件的工厂化生产、装配化施工，大幅降低成本，提高生产、安装和施工效率，方便维护管理。
从标准化程度的视角看，建筑由现浇体系向预制体系的转变，是从建筑的“定制化”向“通用的标准化”转变的过程。在这个转变的过程中，生产、安装和施工效率会逐步提升，相应的建筑的个性化程度则会逐步降低。也就是说，效率的提升会在一定程度上制约建筑审美的表达。建筑要在“千篇一律”中取得“千变万化”，就需要设计师从不同的视野重新审视装配式建筑的标准化设计。
当我们把视野从社会化生产聚焦到单栋建筑中，在一栋建筑内使用同一种预制构件，随着构件重复率的不断提升，模具边际成本会降至足够低的程度。这时无论是制造成本还是生产效率上，都满足建筑工业化发展的需求。因此，同样可以认为其实现了装配式建筑标准化设计。相较于社会化生产视野下的标准化，这种情况更多的表现出“定制的标准化”特色。“定制的标准化”，可以在“定制化”与“通用的标准化”之间取得平衡，是目前阶段兼顾标准化与个性化的有效解决方案。“定制的标准化”使得建筑师在进行建筑设计时，所受到的装配式建筑的标准化设计的桎梏降到极限低，进而充分发挥预制构件自身的特性进行创作，在标准化设计的前提下实现建筑的多样化设计，创作出具有美学意义的装配式建筑。
03
装配式建筑的审美思考
回到最开始思考的问题，装配式建筑要通过怎样的形式来呈现其特有的美学特征？
要寻找答案，我们不妨回归到建筑真正的评价标准，运用经典的建筑美学理论来回应这个问题。建筑美学最早由英国美学家罗杰·思克鲁顿提出，他运用美学理论，从审美的角度论述了建筑具有实用性、地区性、技术性、总效性、公共性等基本特征。与现浇体系对比，装配式建筑的特色在于其工厂化生产、装配化施工的方式，在技术性的层面上存在着明显的区别。这一特点使其区别于其他形式的建筑，呈现出独特的建筑美学，即装配式建筑美学：首先，装配式建筑的审美视角应该是在建筑美学构成要素范围之内，根据其建造的技术特征进行的演绎和转化；其次，装配式建筑作为一种技术体系，其技术特征的外显是建构逻辑的合理表达，也是体现装配式建筑的审美价值。因此，装配式建筑不应该是千篇一律的，应取得标准化建造与个性化审美需求之间的一个平衡。
04
基于装配式建造技术正向设计
装配式建筑是对建筑建构模式的一次革新，建筑必然会受其影响进而形成与之相适应的新的建筑形式。这就需要建筑师采用与其建构法则相契合的方法开展设计。
装配式建筑，其核心为“装配”，即通过装配式构件组合而成的建筑。设计具有装配式特色的建筑，需要在设计初期充分考虑材质及建构法则的特点，从装配的初级单位“构件”出发进行设计，可以将之称为“装配式建筑的正向设计”（后文简称正向设计）。
目前国内常见的装配式建筑设计方式还是按照现浇模式进行设计，在设计后期再将建筑拆分为装配式构件。这种设计方法，本质上与装配式建筑的建造模式相左，可以将之称为“装配式建筑的逆向设计” （后文简称逆向设计）。
正向设计从设计方法上看，是在设计阶段对装配建造的过程进行模拟、预演，充分尊重装配式建筑的建构逻辑，并以其为设计的重要出发点进行建筑创作。这种方式才是真正适用于装配式建筑的设计方法。以下结合笔者近年来的设计实践经历，从装配式建筑的外围护系统的角度阐述——基于装配式建造技术的正向设计。
4.1 模具思维——单体构件的设计
在某种意义上讲，对预制混凝土构件的设计首先表现为模具设计。当以模具思维来进行混凝土构件的设计时，可以充分发挥模具的优势，提高构件对建筑的表现力，从而形成具有高度装配化特征的建筑立面。
模具思维是装配式构件设计的基础，也是正向设计很基本的出发点。模具思维要求建筑师充分理解用于生产装配式构件的模具以下三方面的特性。
4.1.1 模具的可塑性
由于混凝土在凝固前具有良好的流动性，所以混凝土构件能够完整的反映出模具的特点，我们可以称之为模具的可塑性。利用模具的可塑性，预制混凝土构件具备十分优越的造型能力。
• 复杂造型与精细尺度的预制构件
得益于混凝土材料良好的造型能力，可以利用模具，形成造型复杂的预制构件，实现对预制构件精细尺度的控制。
复杂造型的预制构件：西南院作品——成都城投远大生产基地办公楼，利用模具制造的三维异形外挂板构件。
精细尺度的预制构件：西南院作品——天科广场，通过模具对装配式构件的细部进行设计。
• 特殊肌理的预制构件
当模具对构件尺度控制的精细程度提升到非常高的时候，就表现为通过模具生成构件肌理。在预制混凝土生产中使用硅胶模等工艺，就可以在构件上形成特殊的肌理效果，成为装配式建筑表皮设计的有力手段。
特殊肌理的预制构件：国外优秀装配式建筑作品——由Speech设计的建筑图纸博物馆，利用硅胶模具形成外立面装配式构件精细的图案肌理。
• 曲面造型的预制构件
在现场施工中，曲面往往是实施过程中的难点，尤其是在现浇混凝土部分，凭借现场作业，很难完成尺寸准确、外表平滑的曲面。而在预制混凝土构件中，由于工厂生产的模具对尺寸控制方面的优势，可以轻松的形成曲面造型的预制混凝土构件。
曲面造型的预制构件：西南院作品——成都城投城建科技有限公司办公楼，利用模具制造的曲面外挂板构件。
• 超大尺度的预制构件
由于混凝土自身的力学性能，单个预制混凝土构件的尺寸远大于常规的单块幕墙尺寸。在构成立面时，采用超大尺度的预制构件所需要的板块数量远小于幕墙，因此立面分隔缝相应更少，立面平整度更高，从而有助于形成更简洁的立面分隔方式，获得更好的建筑表现力。
超大尺度的预制构件：国外优秀装配式建筑作品——由Rudy Ricciotti设计的吉博恩茵(鲍茵)体育场，采用2.4m宽，9m长的预制UHPC板块组合形成建筑的外表皮。
4.1.2 模具的可复制性
借助同一组模具，可以对同种构件进行大量重复性的生产，我们可以称之为模具的可复制性。当重复构件的数量增大时，其单个构件的平均模具制造成本会随之降低，从而降低单个构件的成本。
模具的可复制性：西南院作品——成都建工工业化预制生产基地办公楼，通过模具批量化生产的装配式花槽构件。
4.1.3 模具的稳定性
在利用模具对构件进行重复性的生产时，由于模具始终可以保持尺寸的稳定，因而生产出的构件也保持着极佳的外观尺寸的统一性，我们可以称之为模具的稳定性。
以上三方面特性集中表现出装配式建筑区别于现浇体系建筑的主要的特征，灵活运用以上特性，是正向设计不可或缺的重要前提。
4.2 构件的重复衍生
——群体构件的设计
在工厂化生产的过程中，由于生产效率方面的考量，预制构件常常以方形平板或方块的形式出现。在使用以上预制构件组成建筑时，如果以机械垒放的固有思维进行设计，很容易将建筑局限在千篇一律的方块体量中。
如果我们跳出思维定式，把装配式建筑塑形的过程看作一次搭建积木的游戏，就可以轻松地打破装配式建筑方盒子一般的呆板形象，形成生动多变的整体造型。通过构件灵活多变的重复衍生方式，就可以形成不一样的建筑造型，打破装配式建筑呆板的固有形象。
以正向设计的观点来看，构件重复衍生的过程，并不是单纯的垒放，而是一个建筑造型的过程，进而可以形成多样化的建筑造型。在构件的重复衍生中，传统建筑美学理论中的统一、均衡、比例、尺度、韵律、对比、主从、重点等美学法则同样适用。
利用构件对装配式建筑形体进行塑造：国外优秀装配式建筑作品——由越南武重义建筑事务所设计的FPT大学理工大楼。将单体构件组成一个标准盒子单元之后，形成具备室内空间、阳台空间以及树池等复合功能的组合单元。再通过组合单元对建筑整体形体进行塑造，形成了具有特色的建筑形体。
构件的重复衍生：西南院作品——天科广场，通过不同衍生方式，形成建筑形体的对比。
构件的重复衍生：西南院作品——成都建工工业化预制生产基地办公楼，通过构件正交排列的衍生模式，形成建筑立面的韵律感。
构件的重复衍生：西南院作品——天科广场，通过构件交错排列的衍生模式，形成建筑立面的韵律感。
4.3 可替换的模块
——标准化设计基础上的个性化设计
当采用同一类构件进行简单的堆叠时，难免会形成单一重复的建筑外立面。单一重复的建筑外立面固然可以使标准化程度极限化，从而大大提升生产、施工效率，但却会因过度标准化而丧失了建筑的个性。
早在上世纪60年代，中国现代建筑的奠基人梁思成大师就提出，要“在‘设计标准化，构件预制工厂化，施工机械化’的前提下圆满地处理建筑物的艺术效果的问题，在‘千篇一律’中取得千变万化”。这也是现今在装配式建筑发展中，建筑设计人员应该重点关注的问题。
在装配式建筑的外立面设计中，可以通过可替换的模块在标准化中实现个性化设计。
所谓可替换的模块，是指对标准化的模块构成的组群中，遵循一定的逻辑，对一定数量的标准化模块进行更替调换，改为个性化的模块，从而打破装配式建筑单一重复呆板的形象，形成具有丰富特色的建筑效果。
从模块的替换逻辑上，模块的替换可分为点状替换，线性替换，块面替换，间隔替换，轮替替换，随机替换等方式。
构件的块面替换：西南院作品——成都建工工业化预制生产基地办公楼，外挂板的块面替换。
构件的轮替替换：西南院作品——成都城投城建科技有限公司办公楼，外挂板的轮替替换。
构件的随机替换：西南院作品——中建科技成都绿色建筑产业园产业化研发中心，模块化外挂板的随机替换。
构件的随机替换：西南院作品——成都城投远大生产基地办公楼，外挂板与金属矩管的随机替换。
4.4 功能性构件的再设计
——外围护系统的集成一体化设计
早在20世纪初期，意大利建筑师奈尔维就意识到，“钢筋混凝土梁不再是木梁和金属的僵直的形状，垂直支撑构件不再是石柱的棱形特征……简而言之，所有钢筋混凝土结构构件在力学或者构造上都提供某些启示，可以转化为一种有表现力的艺术形式典型。”得益于混凝土的材料特性，建筑师可以对梁、柱等主体结构构件进行进一步的设计，以提升建筑的艺术表现力。对于建筑的围护结构而言亦是如此。
装配式建筑的形体及外立面表皮设计要求围护构件需要兼具多种功能，即实现装配式建筑围护系统的集成一体化设计这就需要以正向设计理念，从装配式构件入手进行设计。
功能性构件再设计的方式十分灵活。充分发挥装配式构件的特性，不仅可以集成围护和装饰等功能，而且可以与新型建筑材料相结合，集成保温防水等功能，甚至可以与其他功能性建筑构件相结合，进一步集成多种其他功能，真正实现装配式建筑无限的可能性。
功能性构件的再设计：国外优秀装配式建筑作品——由Sergi Godia设计的巴塞罗那某铁路段廊道项目，通过V字型预制混凝土柱形成的集成支撑及装饰功能的结构构件。
功能性构件的再设计：国外优秀装配式建筑作品——由Barkow Leibinger设计的都市生活住宅楼项目，通过保温混凝土构件形成的集成保温与围护功能的外墙。
功能性构件的再设计：西南院作品——成都万科中西部展示中心项目，通过预制花槽构件形成的集成保温采光绿化功能的种植外墙。
05
结语
西南院自2010年重新进入新型建筑工业化领域。基于装配式建造技术的正向设计，是多年实践积累和思考总结的产物，是连结建构手段与建筑形式之间的桥梁，是以装配式建筑基本特征为出发点的设计方法，为装配式建筑设计提供了新的解决思路。装配式的建构法则本身对建筑的设计手段不仅不是桎梏，反而是一种契机，可以引导建筑师以适于装配式建筑的设计方法，创造出别样的建筑形式，从而引领装配式建筑行业的发展。