整体可持续建筑设计探析
——以慕尼黑工业大学国际交流中心为例

姜利勇 李震 / JIANG Liyong, LI Zhen

整体可持续建筑设计探析
——以慕尼黑工业大学国际交流中心为例

姜利勇 李震 / JIANG Liyong, LI Zhen

运用整体性设计的理念和原则，分别从行为、系统、体验和文化视角深入分析慕尼黑工业大学国际交流中心，其中，前两种为客观方法，后两种为主观方法。以寻求其为达到整体可持续建筑的目标，如何挖掘建筑空间和形体特性、统筹材料、结构和设备设计，实现建筑形式与外部影响因素、生长过程之间的协调一致，探求建筑师实现整体可持续设计的具体方法和途径，指出整体性是可持续设计发展的必然趋势，为我国可持续建筑设计提供借鉴。

整体可持续设计 慕尼黑工业大学国际交流中心 行为视角 系统视角 体验视角 文化视角

1 整体可持续设计理念

可持续建筑设计技术的应用已成为建筑师的关注重点，但也存在仅仅依靠补丁式地运用昂贵的建筑技术或设备，来达到减少能源消耗的错误做法，致使可持续建筑设计出现贵族化或碎片化的现象。如何增强建筑设计的整体可持续性逐渐受到国内外学者的重视（滕军红，2002；Murphy et al.，2011），有学者借鉴于整体性的理论，从设计过程、设计内容，以及建筑与环境、文化、使用者之间的关系等不同视角入手，讨论整体可持续设计的理念与方法（Murphy et al.，2011；Dejan Mumovic et al.，2009；Paul Appleby，2015；7group et al.，2009；Azari Rahman et al.，2016；7group et al.，2011；王鑫 等，2012）。普遍观点认为可持续建筑设计不仅仅是绿色建筑设计，还要为使用者带来美好舒适的体验，使建筑更易达到最佳性能，使高质持久的材料发挥最大功效，同时，通过有意义的创新改变人们的行为。可持续设计注重的是技术与环境、经济与社会等多方面的平衡，其真正实现不仅需要应用科学技术，还需要传承人类社会的艺术文化，从客观与主观两种视角开展探索。

美国建筑师马可·迪凯（Mark Dekay）运用肯·韦伯（Ken Wilber）的整体性理论（Ken Willber，2007）重新审视了可持续设计，对人类的知识、经验和探究做出跨文化的比较，从多方面重新认识可持续设计。韦伯的整体性理论将问题变量组织在一个包含4象限的模型中（图1），这一模型运用客观和主观的知识，将个体和集体现象交融在一起，表达了体验、行为、文化和系统4种视角的考虑。4象限产生于个体和集体的内部与外部，凝练而简洁，是看待任何事物的4种基本视角。

马可·迪凯在重新审视设计、可持续和整体性概念的基础上，提出了整体可持续设计的4种视角。（1）行为：科学、机制和性能；客观个体方法。（2）系统：社会和自然生态与文脉；客观集体方法。（3）体验：个体和意识；主观个体方法。（4）文化：意义、世界观和象征等；主观集体方法（Mark DeKey，2011）。其中，前两种为客观方法，后两种为主观方法。

现有的绿色建筑评价体系多以行为视角为主，以系统视角为辅，即从客观方法出发，以科学、机制和性能为主，以社会和自然生态与文脉为辅地评价建筑的可持续性，忽略了体验和文化的视角，即设计带来的主观个体意识以及意义、世界观和象征。仅重视建筑的高效性能而忽略设计对美的体验、生态秩序的适应性以及设计与自然间丰富的象征关系，具有一定的局限性。只有综合运用上述4种视角，才能够使设计能效更高、更美观、更有意义、更加契合文脉、更加适合所有的生物，并与更加整体性的可持续设计相一致。

2 慕尼黑工业大学国际交流中心概况

慕尼黑工业大学（Technical University Munich，TUM）国际交流中心（Oskar von Miller Forum）由德国建筑师托马斯·赫尔佐格（Thomas Herzog）及其合伙人于2007年设计完成，位于慕尼黑马克思沃斯塔特（Maxvorstadt）街区，场地周边为大学和博物馆（图2）。设计目标是提升TUM的学术交流水平，并为国际访问学者及留学生提供居住、学习和交流的空间。

建筑以慕尼黑工业大学的知名校友奥斯卡·凡·米勒尔（Oskar von Miller）命名。建筑的3个部分围绕中央庭院形成U字形，地上局部8层，地下2层（图3～7）。建筑高约22m，局部最高约28m，用地面积1286m2，总建筑面积7541m2，包括为来访学者提供的大公寓，为短期停留的讲师提供的独立公寓，与厨房、起居和工作区域相联系的学生房间，并设置了底层展览与其他活动空间，以满足不同人群的交流需求（Thomas Herzog，2010）。

TUM国际交流中心的场地、功能、体量、体型、结构、外围护、供热、制冷、通风、采光等系统相互配合协调，沿袭地域文化，并为使用者和参观者创造了特色鲜明的建筑体验。建筑体现了赫尔佐格一贯追求和遵循的“功能实用、技术适宜和形式美观”的设计理念，反映了其从主客观多视角对建筑的全面理解。本文根据整体可持续设计的理念和原则，分别从行为、系统、体验和文化视角深入分析TUM国际交流中心，寻求其塑造建筑空间和形体，统筹材料、结构和设备设计，取得建筑形式与外部影响因素、生长过程之间的协调一致，实现整体可持续设计的具体方法和途径，以期为我国可持续建筑设计提供有益借鉴。

3 客观性方法

3.1 客观个体方法——行为视角分析

从行为视角出发是可持续设计的客观基础，也是当前绿色建筑评价的重点，其策略包括3个方面。（1）设计高效的建筑，即最大效率地使用水、能源和材料，同时将浪费和污染降到最少，减少生产总量，创造再循环。（2）使用当地的可再生资源，一个可持续的社会可以暂时依靠有限的传统资源。（3）创造安全、健康和具有长久价值的场所，消除设计对当代或未来世世代代带来的毒性（Mark DeKey，2011）。行为视角所强调的建筑的高能效是赫尔佐格关注的重点，其代表作品在外墙材料、形式的研发和可再生能源的有效利用方面表现尤为突出。

图1 整体性理论的4象限及其各自关注的重点与价值标准

图2 TUM国际交流中心区位

图3 TUM国际交流中心透视

图4 TUM国际交流中心剖面

3.1.1 外墙材料与形式研发的持续性

“材料研究”（即创造高效的建筑外墙材料）是赫尔佐格长期以来的工作重点之一。建筑的外立面是建筑抵抗恶劣气候的屏障，又是建筑形式的重要组成。赫尔佐格常在承重墙外侧使用陶板幕墙，其演变发展过程充分体现了他的团队致力于最大限度地开发材料特性，以适应多样需求的一贯特征。

赫尔佐格自1978年开始研究非承重形式的外墙构造，1984年在慕尼黑以北的洛恩霍夫的建材贸易大楼上首次采用陶板幕墙系统。系统最外层的空心陶板被固定在铝制的支撑结构上，通过陶板后部的空腔实现通风，陶板与外墙结构层之间是保温层。在进一步研究中，TUM国际交流中心将陶板体系用在了建筑、电梯等部分的外墙面，其质量得到了优化，厚度达到40mm，增加了立面尺度，强化了划分方式的整体性，调整了内部孔洞的形式，减小了孔洞尺寸，并减小了陶板与其后部保温层之间的空隙宽度。其色彩和立面划分方式则适应了路德维金街区的城市环境（图8）。

3.1.2 可再生能源利用的有效性

在赫尔佐格一贯的理念中，建筑是否以太阳能等可再生能源为主，不仅仅取决于建筑的表皮结构和系统能否对抗温度变化、风雨、噪音和环境污染的影响，还取决于建筑的朝向、暴露程度和形式等多种因素。TUM国际交流中心的设计将建筑的朝向、体量和建筑表皮的处理紧密结合，充分发挥自然通风、采光的作用，并利用了太阳能等可再生能源。

图5 底层平面

TUM国际交流中心顺应场地原有肌理，除交通核心部分以外的外墙均采用透光玻璃，主要功能房间的布置结合基地主导风向，并精心设计了玻璃和实墙面开窗的方式。新风从庭院内部进入公寓，而后进入公寓南侧内外表皮之间的空腔。空腔的上下两端设开口，废气利用烟囱效应上升至屋顶，从出风口排出（图9）。这一设计源于赫尔佐格曾经进行的夏季通风仿真实验：若在表皮上开窗，进入的风将干扰通风和排烟，而通过双层表皮形成空腔的上下端通风效果最佳。建筑立面和屋顶还设置了太阳能集热器，直接利用太阳能提供热水和制热、制冷。建筑中自然制冷和太阳能制热或制冷占总能耗的45%，大大降低了对传统能源的依赖。

图6 标准层平面

图7 屋顶层平面

3.2 客观集体方法——系统视角分析

基于系统视角的可持续设计以生态系统作为范本，与当地的生态系统组成了一个“活”的系统。其核心思想是将“自然”作为设计模式，鼓励设计者去发现现状、外力、过程和形式之间的关系。要达到这一目标，设计应具有网络状、回馈环境、自我调节和自我组织的特性。其策略包括：（1）设计3个层次相互作用的系统，生态设计者在多尺度嵌套的网络中思考；（2）运用生态模式设计“活”的系统，再循环是地方性的，资源是本土性的；（3）设计结果适应独特的场所，被认为是在地的，甚至是周边较大范围和区域的（Mark DeKey，2011）。赫尔佐格的生态建筑设计以系统视角为统领，其代表作品在双层幕墙设计的多样适应性和建筑结构及构造组件多重能效统一性方面充分反映了这一特征。

图8 TUM国际交流中心剖面大样及陶板立面

图9 TUM国际交流中心幕墙通风方式示意

3.2.1 双层幕墙设计的多样适应性

由于对自然采光的重视，赫尔佐格在建筑主要功能空间的外侧多采用玻璃幕墙，双层幕墙则是控制阳光照射强度及建筑通风、制热、制冷效果的重要手段，根据建筑具体的场地、功能和体量，设计多样化的双层幕墙系统，以满足不同的建筑需求。

TUM国际交流中心的幕墙立面由3个层次构成（图10）。幕墙最内层为双层绝热玻璃，设有可开启的窗户，第2层为可开启的水平倾斜木质百叶遮板，可以避免日晒和眩光，并形成视觉屏障。最内层与第2层之间形成宽约1.2m的外廊，各层外廊的底板采用水平金属格栅支撑步行者的重量，同时便于维护和清洁。水平格栅形成遮光棚，并允许废气通过其上的孔洞向上排出。最外层由若干组互相垂直地装在金属框中的玻璃表皮构成，由屋顶钢架悬吊下来的钢索吊撑。构成直角的两面材料特性不同，长边为透明单层玻璃，短边为半透明单层玻璃，与第2层木质百叶立面共同构成调节光线和视线的屏幕。

在采光方面，原本直接暴露在光线下的最内层立面，被木质百叶和半透明玻璃保护起来，几何形状的百叶允许部分日光直接进入或产生反射，照亮内部空间。在视线方面，水平倾斜的百叶和半透明玻璃也起到了很好的调节作用。双层幕墙的设计满足了公寓对私密性的特定需求，反映了独特位置和需求相适应的系统性特征。

3.2.2 建筑结构及构造组件多重能效的统一性

赫尔佐格的建筑作品结构清晰而简洁，其近期的公共建筑作品多以钢筋混凝土框架与剪力墙结构为主，并综合运用钢结构。结构及构造组件在满足建筑稳定性要求的同时，直接呼应了建筑的热工、声学及消防设计需求。这反映了设计者对建筑结构与构造组件形式与建筑所受的外力、建筑的功能和建造及使用过程的系统性思考。

TUM国际交流中心沿袭了2000年汉诺威世博会德国贸易有限公司大楼项目中被称为“激活建筑组件”的做法，在楼板的砂浆层内铺设装满水的管道以及其他制热和制冷系统设施，使楼板整体成为储热构件。取消常用的隔声层后，楼板上下都具有了“热活性”，由此大大减少了楼板和房间的温度差。使用这一系统后，夏天的室温比未设置制冷系统的房间低3℃，冬天的室温则不会低于20℃。同时，这一设计还将室内的人、家具和灯具所产生的热量考虑在内，确保了室温的舒适度。

4 主观性方法

4.1 主观个体方法——体验视角

体验视角认为人类的感觉是反映设计质量的可靠晴雨表，并将体验与空间的模式联系起来。这一方法总结了多种关于设计人类自然体验的经验，提出了一系列新的可持续设计的美学观点。其主要原则是：（1）设计意义深远的美学体验，设计接触自然过程和逼真世界的多样感受，提升人类整体的认知和体验并带来启示；（2）设计人们多层次接触场所的心理联系，通过再次将自然引入住区，创造治愈当代精神疾病的机会；（3）设计集中性的场所，引导人们将自我意识转变为高水平的自然意识（Mark DeKey，2011）。

体验视角的设计同样为赫尔佐格所关注，其代表作品的形态设计带来真实而深远的美学体验，空间组织创造出集中而丰富的场所意识。

4.1.1 形态设计带来真实而深远的美学体验

赫尔佐格是德国巴伐利亚州艺术家协会和柏林艺术家协会的成员，这两个协会都致力于探讨如何用技术来表达艺术。赫尔佐格认为，“‘绿色建筑师’只注意节能而忽视了形式则不行，任何民族都爱美。没人喜欢丑陋的东西。形式对建筑师来说意味着机会，要给予重视。……技术精美到了一定程度便升华为艺术”（弗朗西斯卡·萨尔托戈，2007；李保峰，2001）。他始终坚信建筑学与工程学的任务之一就是艺术地表达技术和建造的形式，赋予形式以适宜的功能和设计，并与现代技术标准一致的场所以及材料、部件和产品（Thomas Herzog，2010；张彤，2003）。

TUM国际交流中心体量规整，立面虚实对比鲜明，细节设计精致而丰富。东立面面对主要街道，以虚为主；南立面则以实为主。南侧两端的楼梯间均采用玻璃幕墙，但处理方式不同：东侧楼梯间南面外挂太阳能采集板，形成横向线条；休息平台及入口外立面用玻璃幕墙，外侧设计竖向可折叠的百叶遮阳，起到控制光线强度和防止眩光的作用。南侧立面中部为由屋顶上的钢臂和钢索悬挂的锯齿状玻璃幕墙，形成建筑最为独特的表面效果。在西侧立面，可以透过玻璃看到带有斜向支柱的加强支撑，是建筑结构不可或缺的剪力墙的变体（图11、12）。

图10 TUM国际交流中心双层表皮

图11 剪力墙布置示意

面向内庭院的南、北两个立面由3层玻璃、用于船舶的夹板材料及其内部的木质真空绝缘风管构成，采光、隔热性能良好。竖向以层高为界，横向以约4m为单元进行组织，周边悬挑出半透明玻璃遮阳，红色夹板与灰白色的玻璃形成了对比（图13）。

图13 内庭院南北立面效果

建筑东北侧为讲师公寓，透过立面的玻璃能够俯瞰外部的瀑布景观，玻璃外侧横向粘贴了纤细的水平金属条，阻止夏日早晨多余的热量，丰富了建筑的细部（图14）。

图14 东北侧讲师公寓窗户

最为重要的是，赫尔佐格的作品无论是简洁挺拔抑或丰富细腻，其体量、形态、虚实、色彩和细部都是建筑功能、技术和自然环境等多种因素作用的真实体现，给人以真实、深远而独特的美学体验。

4.1.2 空间组织创造集中而丰富的场所意识

集中性交往空间的创造一向为赫尔佐格所重视，尤其在公共建筑的设计中，他充分利用框架结构的优点，采用灵活的隔断划分空间，从而创造了集中而丰富的场所意识。

TUM国际交流中心的建设目的之一是为来访的学者和学生提供居住及交流的场所，因此，对公共空间交流特性的重视贯穿建筑设计始终。通过精心组织平面，底层、建筑前的开放空间和内部庭院被联系起来，并因此获得了城市规划的认可。

为满足多种活动空间的功能要求，建筑师为底层的多功能厅设计了可动墙体系。这一体系由高于门的多重半透明膜状结构组成，表面明亮光滑，允许日光或人工照明光线透过，从而避免了封闭空间带来的压抑感。如果需要，这些墙可以全部收折起来，使建筑底层成为一处完整的大空间（图15）。

图15 TUM国际交流中心底层多功能厅灵活隔断

带有小型图书馆的“俱乐部聚会室”为人们提供了安静放松的场所，建筑底层的小酒馆则是公共交流区域，为使用者提供了正式或非正式的会面场所。

这一设计容纳了跨学科交流、讨论等活动，使人们认识到建筑工程负责人活动领域的广泛性，开阔了建筑师和工程师的视角。来访者的整体性思考，跨学科理解，教育观点，广泛的、综合性的洞察及交流能力都将有所提升；学生得以领略建筑、科学、文化及政治领域的前沿思想，重要社会团体间的非正式会面也将在这里发生，人们能够在此获得集中而丰富的场所意识。

4.2 主观集体方法——文化视角

文化视角意味着通过使用表达可持续意义的、具有象征性的设计语言，以文化的方式实现生态价值，涵盖了一种新的可持续设计的道德准则体系。这一体系部分建立在巢状的网络秩序和自然与文化的定义上。从文化视角看，可持续设计可以使人们考虑自然的意义、观念和隐喻。文化视角设计的主要原则有：（1）设计基于高级的能感知的环境伦理，人类和自然都在可再生的生态体系中繁荣发展；（2）设计通过将文化与生活体系的关联可视化，使人们能够与自然达成有意义的关联；（3）通过运用象征性的语言为文化的交流进行设计（李保峰，2001）。赫尔佐格近期的公共建筑作品多位于城市，其文化视角的设计主要体现在通过可视化或象征性的建筑语言表现环境的整体性和文化的延续性。

4.2.1 外部空间与景观表现环境的整体性

TUM国际交流中心位于慕尼黑中心地区，建筑基址所在的公共空间之前仅承担交通功能，未反映出城市空间的重要性。设计通过布局宽大的整体铺地将包括旁边的圣·马可教堂在内的区域连接起来，创造了一系列相互联系但个性鲜明的休闲空间，成为了著名的艺术之家美术馆画廊和古代艺术博物馆间的重要连接区域，也成为了艾玛莱森街和城市内部的联系载体。

米勒尔环路边种植了高大的树木形成屏障，前院宽大的条凳位于弯曲的紫杉树篱前，在喧闹的城市中创造出了一片小小的绿洲，大大提升了环境的吸引力（图16、17），人们可以在此举办多种活动，这一庭院设计使城市、院落和建筑空间成为整体并使之充满活力。

4.2.2 建筑细部和装饰承载文化的延续性

TUM的土木工程及建筑学相关专业具有光辉而悠久的历史，国际交流中心的建筑细部和装饰充分传承了其文化特征。

建筑一层西侧靠近主入口的楼梯间墙面上，镌刻着米勒尔的一段名言，这段名言以“对系统的选择是决策”为主题，强调“系统要依据当地的情况进行改变，决定主要采用何种系统之前必须对每一种情况进行准确的调查”。他认为技术进步必须使每个人受益，而不能仅仅是梦想。准确、细心的观察与评价很重要。人们在上下楼时能够逐行看到这些文字，它们如同行行闪光的线，留存在记忆之中，给在这座新建筑中工作学习的人们以启示，激励他们寻求新思路和新想法。

东侧楼梯间和庭院的墙面上的雕塑以“工作轨迹”为主题。点凿、石匠的锤子、木锤、磨石和研磨切片被置于墙上，由这些工具形成的工作痕迹布满墙面。这些线有着不同的平面和剖面，短暂且相互交叉，赋予墙面以粗糙的性格，与建筑整体清晰的性格形成了对比，强调了建筑工作实际操作的特性（图18）。

西侧入口空间和朝北的裸露混凝土墙面以里奥纳多·达·芬奇为表现主题，传递了达 · 芬奇在《论绘画》（Trattato della Pittura）中关于“强化与激励导向不同发现的思维方式”的内涵。这段被镌刻在入口墙面上的话，充分诠释并强调了观察自然现象对艺术创作的重要性，承载了TUM的优秀文化传统。

图16 内庭景观

图17 庭院平面位置示意

图18 墙面装饰

5 结语

TUM国际交流中心堪称整体可持续建筑设计的代表，它建立在建筑技术的研究与应用之上，从行为视角来看，实现了建筑的高效能。建筑师有力地将建筑形式与建筑的生成过程有机统一，综合分析环境的自然和人文特征，统筹考虑建筑空间、形体、结构、构造、材料以及建筑外部景观和内部家具、装饰；从系统、体验和文化的视角来看，实现了建筑结构及构造组件多重能效的统一、双层幕墙的多样适应性、形态设计真实而深远的美学体验、空间组织集中而丰富的场所意识、外部空间与景观环境的整体性、建筑细部和装饰承载文化的延续性。

此外，与之前的作品相比，本项目对建筑技术系统化、研究型的运用更加重视，但后者明显强调了建筑体验的独特性和文化的传承性，反映了建筑师对体验视角和文化视角的关注。

作为可持续建筑设计的代表人物之一，赫尔佐格的建筑研究与创作始终遵循着“艺术级地表达建筑技术”的理念，其建筑作品与整体可持续设计的理念与方法的契合绝非偶然，印证了更加注重可持续设计的整体性是建筑研究与发展的必然趋势，这一趋势逐渐引起了我国当代建筑界的关注。随着相关研究的不断开展，整体可持续设计的理念与方法必将更加完善，其在建筑设计中的体现方式也必将更加广泛和深入。

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[14]张彤. 整体地区建筑[M]. 南京：东南大学出版社, 2003.

ANALYSIS OF INTEGRAL SUSTAINABLE ARCHITECTURE DESIGN:A CASE STUDY ON OSKAR VON MILLER FORUM OF THE TECHNICAL UNIVERSITY MUNICH

Using theories and principles of integral design, this paper analyzes Oskar von Miller Forum of the Technical University Munich from behaviors perspective, systems perspective, experiences perspective and cultures perspective, the first two perspectives are belonged to subject and the last two belonged object to seek how the architects exert the properties of space and shape, overall designing material, structure and services of the building to reach coordination among the form he growth of the forum and external influencing factors. The purpose of this paper is the specific ways and methods of integral sustainable architecture design and points out that it would be the inevitable trend so as to provide reference for sustainable architecture design in our country.

Integral Sustainable Design, Oskar von Miller Forum of the Technical University Munich, Behaviors Perspective, Systems Perspective,Experiences Perspective, Cultures Perspective

姜利勇，博士，解放军陆军勤务学院军事设施系副教授李震，博士，解放军陆军勤务学院军事设施系副教授

2017-01-01