同济教授李麟学:减碳与数字技术前置,新时代建筑设计不止于艺术


                建筑设计要以人为本,不过度迷恋机械技术创造的环境,应注重设计追随能量的目标。


同济教授李麟学:减碳与数字技术前置,新时代建筑设计不止于艺术的图1

文|秦明
编辑|石亚琼

封面来源|采访供图

若要参透当下建筑业转型,必须对建筑师的角色转变予以瞩目。

长期以来,多数建筑师所在的大型设计院,由于建筑、结构、MEP设计等专业大都以单技术工种的形式存在,拥有较高的人员调度和工种协调优势。在此背景下,建筑师与工程师只要掌握相应的规范、标准,运用基本的专业知识,便可建造并成功交付建筑产品。

如今,建筑类型的多样化,包括技术发展、时代需求演进等因素,正打破各工种的职责边界,多专业交叉与协同成为一种常态。如何集约整合各类建筑要素,满足低碳经济发展,成为当前建筑设计领域的重要议题之一。

建筑设计过程已然成为一种社会合力,是多方博弈、协作、认可与平衡的结果。

其中,建筑师负责制的推进,也在改变传统“规划设计”与“施工总承包”两架并行马车的主导作用,开始转向为设计单位或建筑师牵头,综合统筹结构、水暖电、景观、室内、材料等各专业的工作,落地品质更优秀的建筑作品。

然而,这里面,建筑师仍面临着较多的窘境,包括技术与艺术的平衡、话语权的争取与多专业人员的协调,尤其是双碳背景下对新时代建筑设计的理解。那么建筑师群体具体面临着哪些变化,又增添了哪些社会责任,未来十年又有哪些可期的发展空间呢?

近期,36氪数字时氪与同济大学建筑与城市规划学院教授、博士生导师李麟学老师进行了深度访谈,聊到了新经济时代下的建筑设计方法;建筑师的角色转变、未来路径;什么是热力学建筑、建造文化、气候城市;建筑师如何理解数字化与双碳……

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李麟学教授团队

核心观点:

1、建筑师就像乐队指挥,需要通晓各个环节,关键在于整合不同的要素,考虑如何把纯技术的内容转化成系统化的集合,并赋予其文化与诗意。

2、建筑师的话语权也是需要不断去争取的,不是说一开始就赋予我们整个资源协调的特权,而是在这个博弈的过程中,行业多方慢慢达成共识并互相认可的结果。

3、建筑师在实现以人为本的建筑设计的同时,数字化应该是围绕创造力而产生的重要方法与工具。另外,碳排放分析并不是一个回溯性的验算概念,而是一个协同工作的全过程概念,这是促进设计变革的一个重要因素。

4、做低碳设计未必要以牺牲人的舒适为代价,应该最大化地去使用自然资源,警惕过度迷恋机械技术创造的环境。同时,建造技术不只是单纯技术的概念,它也可以转化成为一种文化的手段,将连贯的技术要素与设计逻辑融为一体,我们称之为“建造文化”。

5、热力学建筑注重设计追随能量的目标,主要是通过设计、捕获、引导、拦截、储存、促进以及调节建筑系统的整体能量流动与耗散,实现环境热力学与美学的转化融合。

6、对整个行业而言,特别需要不同维度或视角的推动,比如科技媒体对技术本身以及行业推动会非常大,这是纯技术人员很难有办法产生的。

7、如今中国的快速城市化阶段基本完成,接下来属于“高品质城市化与再城市化”的时代。未来10年,建筑师也需要考虑如何来修正快速城市化过程中造成的大量城市缺陷和空白,如何来提升空间的可感知性,以及建筑设计怎样与人的需求更接近等。

8、建筑师要回答所在时代的一些需求,尝试进行不同学科的交叉、不同技术领域的交叉、甚至是与生理学、医学观念的融合,过程中既要守住学科与专业的核心,也要不断开拓我们的知识边疆。

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杭州市民中心(李麟学教授主持项目)

同济教授李麟学:减碳与数字技术前置,新时代建筑设计不止于艺术的图4新时代建筑师:技术要素前置,协调资源并系统化创造

36氪:在低碳、数字化背景下,谈谈您对建筑设计的理解?

李麟学:建筑设计行业不止于造房子的艺术,它以物质实体为导向的,非常依赖于每个时代的新技术,属于典型的技术驱动型行业。时代不同,需求不一,如今建筑师的角色更加多元化,承载了协调建筑产业资源的重任,尤其在全球气候环境议题背景下,面临着如社会责任、环境责任等的设计需求与职业挑战。

一直以来,建筑师充当着调动技术与艺术的角色。建筑设计不单纯于技术集成的概念,一方面它具有很强的技术集成的任务,另一方面为了产生综合效能,又需要加入新的要素或角色,这里面不仅要考虑低碳设计、可持续理念,还有新的建筑体系与建造方式的选择,以及如何定义当代建筑的特点,如何汲取历史建筑的营养等等,均需要建筑师去思考。

36氪:新时代建筑师的身份会有哪些细微的变化?

李麟学:形象来说,建筑师就像乐队指挥一样,需要通晓各个环节,关键在于整合不同的要素,需要考虑如何把纯技术的内容转化成系统化的集合,并赋予其文化与诗意。当然技术很重要,不过单纯技术很难成为系统的主导,设计才具有系统化引领的作用。

实际项目中,建筑师也要配合工程师,包括工厂的团队,大家彼此是完全协同化的,并非单一技术效率的绝对概念。差异之处在于,建筑师需要把技术效率与设计美学,包括空间效能等综合起来,通过设计达到一个不断寻优的整体,才能促成一个系统性的创造,完成一件好的建筑作品。

如今,各类技术层出不穷,我们会发现从过去中国古代竹木建筑,到近现代混凝土建筑、钢结构建筑,在这些体系转变的过程中,也贯穿着各种数字化的技术以及创新的手段。对于建筑师而言,需要考虑将技术要素前置,促成整个系统的根本性转变。技术要素确实给建筑师提出了很多的挑战,但也带来了更多创造新形式的机会。

36氪:很多人评价建筑专业是“天坑”,您如何看待建筑师群体未来的发展呢?

李麟学:首先建筑专业绝没有转向没落,即使在欧美也是受瞩目的专业之一,是一个古老但特别有挑战性和成就感的领域。当然大家应该都能感受到整个行业或学科在转型,实际上未来建筑行业会更加多元化发展。

对于职业建筑师来讲,现在确实是一个非常大的痛苦期。从自己的团队角度看,我们做了非常多的超值服务,不是说业主要求你做,而是基于专业与职业素养,建筑师很多应是当仁不让的、不会妥协的要去做的。其次,建筑师的话语权也是需要自己去争取的,不是说一开始就赋予我们整个资源协调的特权,而是在这个博弈的过程中,行业多方慢慢达成共识并互相认可的结果。

最近我们在做河南省科技馆新馆,建筑形态非常复杂,涉及建筑一体化设计,从建筑、结构、MEP各方面到建筑景观、室内空间等全流程、全产业链、全方位的把握。这也是我们去建造更多高品质建筑特别需要的,我认为这是建筑师修炼的必经之路。

还有一点需要提到的是,对整个行业而言,也特别需要不同维度或视角的推动。典型的比如技术媒体对技术本身以及行业推动会非常大,我们称之为科技传播,这是纯技术人员很难推动的。

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热力学建筑:低碳能效、数字化与建造文化的整合

36氪:您一直在研究热力学建筑或能量建筑,可以介绍它的研究内涵吗?

李麟学:热力学建筑或能量建筑是我们团队研究的主要方向之一,其主要通过设计、捕获、引导、拦截、储存、促进以及调节建筑系统的整体能量流动与耗散。

专业角度看,一方面建筑形体追随环境效能,计算与实验借助基于建筑空间、结构、材料,以及声、光、热等物理效能等设计参数,生成热力学建筑形体;另一方面设计者则通过环境感知、协同设计、人工智能等数字方法提升设计过程,进而实现环境热力学与美学的转化融合。

36氪:在建筑设计过程中对于新技术的使用,咱们会有哪些考量点?

李麟学:拿团队在建的一个公共建筑项目举例,在设计过程中主要考虑三部分:一是建造系统的选择,比如是否采用装配式体系;二是如何响应环境的议题,进行低碳环保与节能设计;三是从本体的角度出发,如何设计一个让人群能积极参与的场所,激活周边城市环境。

从设计角度看,如同济嘉定校区大学生活动中心项目由底部扁平的体量和12层高的竖向体量组成。由于考虑要集约化利用校园土地,便采用“垂直校园”的概念,即学生可以从底楼进去,接着如登山一样一级一级走到建筑最顶部的花园中。同济大活项目作为一种公共建筑,采用装配式混凝土建筑结构本身是有相当难度,不过此类体系比较省材料,少工人,满足低碳建造模式。

同济教授李麟学:减碳与数字技术前置,新时代建筑设计不止于艺术的图6

同济大学嘉定校区学生活动中心

在实施过程中,若按照传统现浇设计方式,预制构件尺寸会比较大,装配式综合优势发挥不出来。因此,在结构工程师的协作下,项目采用了减隔震技术,用以降低构件的截面、用材等;同时使用热力学烟囱技术,它的设计能够部分替代空调制冷系统,在过渡季节,实现有效被动式制冷,有利于降低运营碳排放。

在我看来,建造技术不只是单纯技术的概念,它也可以转化成为一种文化的手段,我们称之为“建造文化”。比如,在结构安全稳定的前提下,改变结构柱网,对柱子灵活布置,使其不止于结构承重,还可以和遮阳设施联系起来,包括与夏季的主导风向适应起来,实现光线与通风的调节,由此便形成了连贯的技术与设计逻辑。

36氪:您提到的热力学烟囱、减隔震技术、装配式技术在碳减排这块的效能如何,会有数据支撑吗?

李麟学:可以先聊聊这块的思路。首先热力学烟囱设计是利用热空气上升的原理,在建筑上部设排风口可将污浊热空气从室内排出,并将室外新鲜冷空气从建筑底部吸入。此设计措施的碳减排效果一般需要获取运营实测值后再进行评估,将在后续进一步分析。

减隔震技术可以这样形象化解释,它就像我们用一只手拖着托盘,托盘上放鸡蛋一样的。由于手的作用类似于弹簧,可以缓解托盘与鸡蛋之间的振动,从而保证了整体稳定性。对于建筑而言,减隔震技术通过在地下底部结构或层间变形较大的位置设置耗能装置,如阻尼器、减震层等耗散地震能量,当满足规范特定条件后,可实现上部结构的降度设计,从而显著降低钢材、水泥的用量。

关于碳排放数据披露工作,我们与上海续翼建筑科技发展有限公司已有过数次合作,他们深耕在建筑碳中和领域,具备数据云计算高维算法自主研发能力。此次特邀续翼对本项目的建筑全生命周期温室气体排放量与碳减排量进行了细颗粒度的数字化碳排放模拟与量化分析工作,横跨了四大阶段数据边界,覆盖了隐含碳与运营碳、综合设计值与实测值等方面。

从目前初步的碳量化结果看来,本项目对比基准情况至少可以降低7.1% ,该结果尚未将建筑交付运营后每年因热力学设计产生的减碳叠加效应纳入考量,大约相当于种植25万棵树增加的碳汇。

绝对值角度看,该项目近万吨的减排量在目前的碳交易市场上约等于近百万元的实际收益,随着碳市场的飞速发展、碳价的稳步上升,该项目的逐年叠加减排量或可为项目带来每年度约数十万元的额外收入,从可持续发展的角度来说,是十分可观的。

36氪:从建筑师角度,您是如何理解建筑碳排放以及数字化这件事情呢?

李麟学:在建筑全生命周期中,建材与运营阶段碳排放比例占据95%以上。一方面材料的变革会很重要,其次在运营层面,也需要专业的团队做后期运营的评估,尤其是按照低碳理念设计的建筑,在真正投入使用后有没有起到效果,是我们的关注点。

当然,我们认为碳排放分析并不是一个回溯性的验算概念,而是一个协同工作的全过程概念,这是促进设计变革的一个重要因素。我们一直在研究热力学建筑或能量建筑,注重设计追随能量的目标,并从环境、社会、人等要素综合考虑怎样去节能和创造舒适性。

低碳建筑设计是一种定制的,可以根据活动的场景、不同的季节来智能动态响应的,其中结合数字化要素是关注的重要方面。建筑师在实现以人为本的建筑设计的同时,数字化应该是围绕创造力而产生的重要方法与工具。

36氪:您能举个例子,便于解释低碳设计与数字化结合会产生一定的效能?

李麟学:比如同样在同济大活项目中团队综合考虑了所在地区的季风、环境与空间,可以使得每年大概有三、四个月的时间,在将底楼大厅窗户、门打开后,这时大厅不需要空调,实现自然通风节能。然而具体门窗位置、洞口的尺寸细节设计的确定,需要提前用数字化技术进行模拟,来满足此理念下的设计效能。

我们与环境学院的老师们配合,采用数字技术来模拟气流的方向,比如在空气难以通过建筑内部空间的时候,我们又通过空间设计,增加了两个热力学烟囱来加强空气的流动,使得建筑的呼吸性变得更强。在这个过程中,使用数字化技术便成功解决了一系列设计难题。

36氪:您认为在建筑碳中和实现过程中,有哪些关键问题需要解决?

李麟学:隐含碳排放是很关键的一环。不同于木头与竹子本身的负碳性,工程中使用的玻璃、钢材等的生产过程是要付出很高的植入能量。一般而言,越是高精确加工的材料,它的隐含碳排放是越高的。从整个社会与环境的角度来说,我觉得要充分考量未来材料的选择与革新。

其次,人的要素是很难测算的。做低碳未必要以牺牲人的舒适为代价。建筑设计应该最大化地去使用自然资源,其实,疫情期间很大的一个经验就是让我们更加认识到自然是何等重要!需要警惕过度迷恋机械技术创造的环境。

同济教授李麟学:减碳与数字技术前置,新时代建筑设计不止于艺术的图7未来设计空间:从建筑、街区到城市尺度的拓展

36氪:当前国内建筑设计领域的环境,以及可能的发展空间在何处?

李麟学:如今很多优秀的建筑师都在高校做老师,尤其在西班牙,通过学术研究同时拥有自己的事务所,既可以保持一份学术理想,又能在市场中保持一份独特性。美国的建筑事务所则更多倾向于体系化,它会在某些专业领域非常强,具有较强的技术支撑与专长。国内市场比较大,这两种形态同时存在,一方面设计集团类似于专业类型的集中、有非常强的技术支撑,另一方面也需要非常个性化的研究性或实验性的小型机构。

从未来的发展空间看,如今中国的快速城市化阶段基本完成,接下来属于“高品质城市化与再城市化”的时代。未来10年,我们需要考虑如何来修正快速城市化过程中造成的大量城市缺陷和空白,如何来提升空间的可感知性,以及建筑设计怎样与人的需求更接近等,这时会有很多新的议题冒出来,需要我们建筑师要有一个积极主动的姿态去寻找自己的空间与新机遇。

36氪:我们注意到您建立了自己的建筑工作室,未来想要解决哪些问题呢?

李麟学:可以大致概括为三块。第一块是对重要公共建筑的探索。我们团队的优势在于对复杂大型城市综合系统的处理,包括系统建筑技术与艺术的整合,同时又有同济平台提供很多的技术支撑与研发。

第二块是建筑原型的创新设计。在此层面我们不会去关注建筑项目的大小,更关注在该项目中的创新,并尝试启发未来新的实验与技术,进而推广到大型建筑中,形成一种良性的原型互动。

举个例子,我们最近在进行杨浦滨江一个小型水质站的改造与转化项目,目标是要将水站底部废弃的储水池改造成水文化博物馆。在这个过程中,首先我们会考虑怎样计算原有的工业设施与新加元素的碳排放,如何进行碳排放值的核定;第二个我们考虑如何通过一些新的技术手段实现零碳建筑,比如在周边给它加了一圈围廊,也在顶部通过太阳能来发电,还在内部加很多空腔,形成一种热力学烟囱式的能量建筑,使得地下室博物馆空间实现自然通风与采光。

第三块是进行城市层面的开拓。我们会从城市的尺度去考虑怎样运用气候、环境、能量要素。比如在城市的尺度上去考虑风廊的问题、热岛的问题、雾霾的问题、城市街区的问题;在北方怎么来保温?在南方怎么来促进通风?这些问题是单纯的从建筑尺度上是无法实现的,是“气候城市”的建构。

36氪:您对于青年建筑设计从业者有哪些寄语呢?

李麟学:库哈斯曾说过,建筑设计是一只脚踩在上个世纪,另一只脚迈向未来。我们一边要从过去汲取丰富的营养,与历史对话,另一边我们要回答所在时代的一些需求,尝试进行不同学科的交叉、不同技术领域的交叉、甚至是与生理学、医学观念的融合,这是未来建筑师特别需要的一种特质。我们需要守住我们学科与专业的核心,也要不断开拓我们的知识边疆。


文章来源:36氪

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