今天我们对建筑的认识，已达到“环境性建筑”的高度，即将建筑系统视为地球生态系统中各种不同能量和物质材料的临时组织形式。以此观点来审视建筑的表皮，需要从表皮的原初含意出发并加以系统的梳理，进而有效地揭示出表皮所蕴含的生态意a义。

一、从建筑的围护结构到建筑表皮

伴随着人类改造自然而进化的，是生物意义上个体对环境适应的退化。人类为了自己的生存与发展就必须创造出适宜的人工环境，而在物质层面上完成这一功能的主要是建筑的围护结构。数千年来，随着技术的进步、经济的繁荣及文化的交融，尽管建筑在功能上不断拓展，对形式的探索不断深入，但对这一本体目的的强调却一直贯穿始终：即遮蔽出舒适的人工环境并维持与自然气候之间的差异。这在现代建筑体系中是以高能耗的设备技术来完成的。在认识到地球资源有限的情况下，人们对这种舒适模式进行了反思。然而传统的建筑教育体系却使我们一直习惯于用非生命体的方法去思考建筑，更多地将重点放在设备、技术层面上。仿生学的多功能原则为解决此类问题提供了新思路：建筑的围护结构——屋顶以及外围护墙（包括门窗）——能否成为一个动态的多功能外壳（dynamic multi-function shelter）？

今天我们对建筑的认识，已达到“环境性建筑”的高度（图片来源：百度）

从建筑仿生学的视角来看，建筑的围护结构不应是“热水瓶”式的密闭装置，而应该是能对气候进行“过滤”的建筑表皮。也就是说，它不仅应该具有前者的一切功能特征（不变部分），还应具有类生命体的“可变化”部分，积极适应外界气候的变化。一般情况下，四季更替的室外气候与人类基本生理要求的热舒适条件之间，存在着不同程度的差异。外部的气候条件，主要由周期性季节变化的太阳辐射所决定；而人的基本热舒适指标则是相对稳定的，试图缩小或取消这种环境差异的调控手段便是“气候控制”。下述关系式表达了气候控制的本质：室外实际气候条件－热舒适环境要求＝需要的气候控制；需要的气候控制＝建筑围护结构的被动式调控＋设备的主动式调控，即为达到所需要的气候控制，设备主动式调控能耗的多少，取决于围护结构被动式调控能力的强弱。简而言之，表皮的气候适应性越强，建筑的能耗就越低，反之则越高。这也就是建筑表皮的原初意义（original notion）之所在。基于这一特性，对建筑表皮的深入探讨，就不再局限于传统意义上对“不变部分”从热工性能方面所进行的研究，而是以其“可变化”部分对气候适应、调节的能力作为研究的主线。

二、建筑表皮的气候适应性

在影响气候的众多要素中，最具决定性的因素是太阳的光热辐射。作为对气候进行被动式调节的建筑表皮，主要的调控重点也在于此。限于篇幅，对诸如通风、内表面温度等各种次要的相关因素，这里就不展开讨论。那么后续需要深入探讨的就是：表皮的可变化部分在所采用材质特性上的关注点是什么，这些材料是怎样组织起来的，以及它们是怎样以“可变化”来适应气候的？

建筑表皮对气候适应的能力（图片来源：百度）

1、建筑表皮的材质分类特性

从图1可知，建筑表皮对气候适应的能力，主要体现为自然采光、热量控制（夏季防热）及太阳能被动式利用（冬季取暖）三个重要方面。因而表皮对材质的关注点，在于光线通过的状态（热辐射的传播能力），按此标准可以将材质的特性划分为不透明、半透明、透明三类。

不透明的材料（如土石、竹木等原生材料；人工的砖石、钢筋混凝土及金属等）和具有透明特性的玻璃，作为建筑材料大家都非常熟悉。半透明的材质对光具有一定的通透性，如先民所使用的半透明兽皮、现代建筑中运用的高分子薄膜材料等均属此类，随着技术的进步，其应用也逐渐为大众所熟知（图2）。对于这些早已广泛运用在建筑之中的材料，建筑物理、材料科学在这方面已有较为深入的研究，在此不再赘述。

2、建筑表皮构造的复合特征

传统建筑实体围护体系的构造特征，一般是叠加式的，如在单层混凝土屋面板上添加保温层、防水层，各司其职地完成各项功能。但这种固定的构造难以提供动态调节的方式，因而不完全具备适应气候变化的能力。表皮的可变化部分就不再是各种材质的简单叠加，而是以其对光热辐射的调控为依据，将各种不同特性的材料以适应气候的方式进行优化组合，形成一个有机的系统。

因此，建筑表皮更多地表现出复合性的构造特征。不透明的实体围护部分，常常与半透明的材料相组合，典型有使热量“只进不出”的TWD墙——半透明外保温墙。在玻璃这种透明材料的运用上，就表现得更为明显。虽然玻璃的热阻较大，但由于一般尺寸较薄而热容小，往往是表皮的薄弱部分。行之有效的方法就是采用具有复合特征的构造方式，在玻璃之外增设一个带通风层的外表皮，形成双层玻璃幕墙（图4）。在双层皮之间通过“可变化”的构造，实现诸如组织通风、设置遮阳、引入阳光等一系列截然不同的目标。设计合理的系统，其功能大于所组成的诸元素之和。建筑表皮的这种复合构造特征，可以大大改善外围护结构的热工性能。

3、建筑表皮对光热辐射的调节

由于平衡自然采光、冬季温室效应以及防止夏季室内过热三者的关键在于控制建筑表皮透明部分（玻璃窗墙）的“透明”状况。而透明的玻璃作为表皮，存在着使用中的两难。作为适应气候的建筑表皮，需要根据具体的气候条件，来调节进入室内的太阳光热辐射量。调控的方法主要有两种：一是对阳光的“防”（构件遮阳），二是对阳光的“堵”（玻璃阻光）。

V·奥戈雅早年所提出的“变化遮阳”概念，在今天已成为现实。T·赫尔佐格设计的办公楼运用可调节的镰刀形遮阳构件，可以根据不同季节、不同时段对利用阳光和遮阳的要求，实现“阳光设计”和“防阳光设计”的整合。即使是普通的窗，也可以采用类似护窗板、卷帘及某些特制的百叶，使光热、风仅在有益时进入建筑。而且当今玻璃工业的技术进步，将这种应变的概念运用在材料本身上。各种光敏玻璃、热敏玻璃、液晶玻璃以及Oka-Lux玻璃，均可以如同生物般对环境变化做出相应的反应。总之，建筑表皮玻璃（透明）部分的气候适应性原则，是通过各种方法来调节“透明度”，使其在透明、半透明及不透明之间的组合变化中实现能耗的最小化。

三、生态视野下的建筑表皮

如前所述，建筑表皮的原初意义在于它适应气候的节能。然而在注重可持续发展的今天，对此还需要置于生态的视野下来加以审视。毕竟，节能只是生态众多内容中的一环。系统论的整体优先原则告诉我们：局部利益必须置于更高层次上的整体环境利益的框架内来考察，一时性利益必须服从于持续性利益。作为建筑子系统的表皮，在引入环境生态因子（ecological factor）后，就不能只考虑能耗节约这一个方面，而必须全面考量表皮在材料、构造及控制等方面所出现的诸多新问题。

1、可循环使用的建造材料

从生态学的角度来理解建筑系统的生命周期，其实就是环境物质和能量的一系列转换。广义上的建筑生命周期，不光是指从建成到最终完成使用的阶段，还包括下一个周期开始的准备阶段。为达到保护基地环境、避免生态系统退化的这一目的，应尽量在不破坏自然环境的基础上，首先提倡使用当地的天然原生材料，注重废弃物的循环再利用（recycle），真正地回到设计的本原。

采用木材建造的EXPO’2000瑞士展馆，将长达百年左右的建筑生命周期，浓缩为我们能看到的短短几个月展期。展览结束后，拆除的表皮材料可以马上被回收重新再利用。建筑表皮是以气候适应能力作为为评价标准的，那么采用原生的材料能否达到这一目的呢？答案是肯定的。由J·赫尔佐格设计的多米尼葡萄酒厂，采用当地的石头作为主要的表皮材料（图9），而摒弃了传统的人工砖石或混凝土结构形式。结合玻璃的厚重石墙，对传热周期起到了有效的延迟作用（白天吸热，晚上放热），这正好与沙漠干热气候的温度波幅变化相反。两者的叠加，降低了地域气候昼夜温差大而可能增加的建筑能耗。可以预见，在该建筑生命周期结束的那一天，用于表皮的石头材料能实现其循环再生，而建筑基址则纳入动植物再度生长于这块场地上的土地回归。

采用木材建造的EXPO’2000瑞士展馆（图片来源：百度）

然而，对提倡利用地域性可再生材料、降低对高能耗和不可循环利用建材依赖的这个生态原则，目前不少人还缺乏紧迫感。其实我们已经面临着巨大的建筑垃圾问题，据统计，工业固体废弃物中约30％～50％是建筑垃圾，我国目前年排放量甚至已愈6亿t。如果不从现在做起，后人所面临的环境问题将会更加严峻！

2、结合绿化的复合表皮

生态的表皮设计，不应仅局限于建筑的本体这一个方面，而更应该借鉴相关学科（如植物学）的研究成果。绿化是大自然提供给我们的天然遮阳方式。据统计，照射在植物叶子上的太阳能约有60%消耗于水分蒸发，约30%透过植物体，2%用于光合作用，其余8%由叶表反射回去。事实上人们早就栽种植物运用于建筑的遮阳之中。

对表皮而言，绿化遮阳不同于构件遮阳之处还在于它的能量流向。建筑遮阳构件在吸收太阳能后温度会明显升高，其中一部分热量还会通过各种方式向室内传递。而植被通过光合作用将太阳能转化为生物能，叶片温度并未改变多少。这是普通遮阳构件所无法具备的优点。因此，屋顶的绿化在夏季能有效地阻止外表面温度升高，从而降低屋顶下的室内温度（图10）。而且传统上沿墙面栽种攀缘植物遮阳的方法，在表皮的概念下也得到了更新。由日本建筑师隈研吾改造设计的上海某多层建筑“Z58”，就是将滴灌盆栽植物与玻璃表皮有机地结合起来。在这个复合绿化表皮中，遮阳植物盆栽在构架上，构架与墙面之间形成了良好的通风间层。这种方式既避免了常见的爬墙遮阳植物对墙体产生不利影响的弊端，还能有效地控制植物的生长周期。

总而言之，复合绿化表皮上栽种的植物，四季的枯荣正好与建筑对光热的不同需求相吻合。这不仅充满了生态的自然特性，还让人领略到岁月的流转。所有这些，都为建筑表皮提供了以最少能耗实现最佳热舒适性的可能。

3、具有可普及性的适宜技术

建筑表皮的气候适应性，还反映在表皮对光热辐射通过的调控能力上。这就涉及到相关技术的采用。技术的可能性和经济发展的现实性之间会存在一定的矛盾，不同国家的工业技术基础条件决定了技术层次的选择。对发达国家的建筑师来说，高技术是符合经济技术条件的。J·努维尔设计的阿拉伯研究中心，则完全模拟动物瞳孔的功能，采用电控液压技术来调节光圈式的金属叶片，以此精确地控制进入室内的光热辐射量。尽管这的确实现了对气候的积极适应，但其高昂的造价却让人望而却步，对发展中国家而言，就显得技术复杂、成本过高，难以实现。

生态建筑要想有效地达到节约资源和改善环境的目的，必须大量地加以建造。这需要结合具体的社会技术经济条件，采用“适宜的技术”，而非脱离实际、仅具有实验探索性质的高新技术。“所谓适宜技术，简言之即能够适应本国、本地条件，发挥最大效益的多种技术。就我国情况而言，适宜技术应当理解为既包括先进技术，也包括‘中间’技术（intermediate technology），以及稍加改进的传统技术”。

适宜技术的理念对表皮的设计同样具有指导意义，使生态表皮更具备营建的现实可行性。相对于某些功能复杂、造价昂贵的高技术，往往普通的遮阳方式也能达到类似的效果。传统的方式是在窗户之外增设一道旋转百叶或者滑动、折叠隔扇，其开启、闭合便可以实现建筑室内夏季的防热和冬季引入阳光这两种截然不同的舒适要求。由于适宜技术是从经济技术选择的合理性角度出发，因而具有良好的可普及性。

在采用生态的原则后，实现表皮气候适应性的技术可能并不深奥复杂和难以达到。这表明生态的建筑表皮设计更主要是体现在设计观念的更新上。然而我们却遗憾地看到，由于对表皮原初意义的理解不够透彻，中国不少建筑的“表皮”，其实只是借用了表皮概念的一般意义上的立面而已。当我们面对因关注节能而受到普遍重视的建筑表皮时，还需要深入地去发掘其中的生态意义，这样才能真正地迈向可持续发展之路。