设计灵感｜渴望与成就之间：极端环境下的设计探索

UniDesignLab 2022-04-21

The following article is from ImpactStudio Author Harley

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人类从来没有满足于原地不动，探索地球的角落和最遥远的地方直接影响了人类想要在一些极端地方定居的想法。这使得建筑被迫适应，以允许人类生活在如此极端的条件下，而技术的进步意味着人类生活和探索更加偏远和孤立环境的愿景越来越成为可能。极端的气候条件给建筑师带来了一个设计悖论——脆弱的环境条件需要敏锐的设计，以应对强风、大雪、干旱和严寒带来的不规则负载。本期的主题就是探索极端环境下的建筑，让我们一起来看看这些建造在渴望与成就之间的设计灵感~

在环境力量面临极端风险的情况下，在周围环境要求的系统内设计建筑是很重要的。应对环境条件不仅是一种保护措施，也有利于子孙后代：例如在急剧的气候变化中，住房设计关系到现有人口的直接生命安全问题。针对这些场地缺陷，极端环境下的设计需要按照自给自足和补充备用能源系统的理念来建造。一些特殊用途的建筑可以作为在极端气候条件下追寻可持续状态的设计参考，以挑战舒适的人居环境。其中南极洲的现代建筑可以作为一个如何适应和生活在如此极端条件下的先例。

“冰冷”的酷建筑

自1898年以来，比利时利用最新的结构通过尖端科学技术成立了世界上第一个“零排放”科学研究站。伊丽莎白公主南极研究站牢固地锚定在东南极洲海拔1382米的花岗岩山脊上，距离南极海岸约220公里。伊丽莎白公主采用分层设计，消除了对内部供暖的需求，实现了生活区的完美整合，最大限度地提高了热量分配和能源使用。通过利用环境的极端条件为电站提供动力，从而将挑战转化为机遇。阳光被太阳能电池板捕获，大风被用来为电站提供可再生能源。

伊丽莎白公主南极研究站，图片来源：https://blogs.dw.com/ice/?p=11247

英国南极考察队的哈雷六世是世界上第一个可移动的研究站，它有凸起的腿来抵抗积雪，并连接可以独立移动的模块。哈雷六世研究站建在威德尔海的浮冰架上，使科学家能够在最先进的实验室里研究紧迫的全球问题，如气候变化、海平面上升和臭氧空洞。哈雷六号被分成八个模块，每个模块都位于装有雪橇的液压支架上，这使得每个模块都可以被独立拖到一个新的位置。

哈雷六世研究站，图片来源：https://www.bbc.co.uk/programmes/p03z1rnw

建筑通常是很酷的，那些在冰天雪里中的建筑创新设计，突显了它们彻底“冰冷”的气质。除了使科学家们能在这种极端的极地环境中更舒适、更高效地生活和工作之外，这些新基地的建立也是非凡的设计宣言。

在过去的20年里，南极的建筑物和基站呈指数级增长。丹麦MAP Architects的冰山生活站（Iceberg living station）提案旨在设计一个可容纳100名游客的场所，同时将环境影响降至最低。

提案的目标是避免通过传统手段进行“建造”，这将意味着向该区域运送外来物质，这些物质永远不会再离开南极洲。取而代之的是，“建筑”被隐藏在一个超大的冰山中(大约2.5平方公里的面积)，它最终会在7到10年后融化。冰山是压实的雪，只有在25米的深度才会变成冰，正如冰屋几个世纪以来证明的那样，雪是一种非常有效的隔热材料。

传统上在南极用于移动和清除积雪的卡特彼勒挖掘机会切断冰山内部的空间。这些机器运动的几何逻辑，现在被用来“设计和切割”空间，创造出内部的曲线。

两个入口坡道(一个供行人使用，另一个供车辆使用)可通往大厅和食堂，以及厨房、医疗服务和厕所。从这个公共区域，生活站发展成一系列的通道，这些通道通向卧室，聚集在一个公共休息室周围的房间中。演讲厅/会议厅允许进行文化活动。集装箱可以运输食物，还可以用来储存垃圾和灰水残渣。整个生活站还可以重复使用太阳能电池和能源设备。

该案例图片来源：http://www.maparchitects.dk/portfolio/item/iceberg-living-station/

如果将建筑和高科技技术的集合，可能成为解决地球环境问题的一种替代方案。冰坝摩天大楼的设计目的是提出一个防止冰川融化的结构。项目位于格陵兰的大陆冰盖。冰川在与海洋相连的地方暴露在空气中，导致更快的融化，设计者希望通过提出一种结构来防止冰川的消失。

所以该结构可以使融化的冰川的冰密度再次变得坚硬，建造过程也与冰川的结构特征相协调。项目提出了“冰球”的结构模块的想法，这是一种加强冰川冻结并形成建筑结构和空间的构造元素。当它被插入冰川时，它可以通过在冰中挖掘创造空间和安装来膨胀。冰球结构板本身采用桁架的形式，让内部的冰承担压力，可以形成坚固的复合结构。此外，冰球桁架的材料被用来通过使用在低温下变得更强的铝合金来提高其结构性能。

该案例图片来源：evolo 2019 Skyscraper Competition

另外这个再生极地冰盖的概念设计旨在保护的北极地区的冰层，防止冰架变薄、断裂并融化到海洋中。通过海水淡化和电力设施，这座北极摩天大楼成为一座漂浮的大都市，并配备了国家海洋局与大气管理局的研究实验室、可再生发电站、宿舍式住宅单元、生态旅游景点和野生动物的生态栖息地。

盐水被用来通过建筑核心内的渗透(盐度梯度动力)发电设施生产可再生能源。此外，该建筑巨大的天篷允许在收集太阳能的同时减少北极表面的热量。伞状的隔热层拥有一系列模块，这些模块由一个泵和聚乙烯管道系统组成。

该案例图片来源：evolo 2013 Skyscraper Competition

事实上，在极地设想的建筑有一天可能会被开发出来，可以供人类生存在比极地更陌生的环境中。这些用于在地球上最偏远和最不适宜居住的地区创建生活和研究中心的建筑和技术显示了人类对极端环境的适应能力。它们也有更广泛的应用，因为这些设计和想法可以应用到受极端天气影响的其他地区中。例如小编接下来要介绍的沙漠地区。

精致的沙漠架构

由X建筑事务所在沙特阿拉伯的空旷地带设计的沙漠隐居度假村，基于沙漠景观，在建筑和景观之间创造了一种强烈的相互关系。鲁卜哈利沙漠是世界上最大的沙海，位于阿拉伯半岛的鲁卜哈利，覆盖着250米高的沙丘和被称为Sabkhas的白色盐沼。而度假村的设计也直接受到周围环境的启发。

为了加强游客在特定环境下的体验，X-Architects设想了这种在广阔地形上战略布局的建筑群方案。利用现有的地形，设置了沙丘形状的单元，可以提供sabkhas的景观。此外，其他的元素放置在基地的最高点，垂直生长，就像沙漠中的花肉苁蓉，可以提供面向星星的景观。

“我们去沙漠与大自然融为一体，体验孤独，思考创造。”

——X-Architects

精致的本土植物造型优美，能保护自己不受极端环境的影响。花卉别墅的灵感来自沙漠玫瑰，产生了一个封闭的结构。聚合物纤维网包裹着结构，以减少沙尘暴的侵袭，并为本地花园收集水。沙丘单元，遵循现有的地形纹理，尽量减少干预对土地的影响。垂直花园通过水和植被的再利用来创建一个生态系统，并通过无缝嵌入现有沙丘来增强。

该案例图片来源：https://round-city.com/dubais-x-architects-design-desert-resort-in-saudi-arabia/

沙漠内的建筑往往追寻一种适应策略去创造一个气候意识，使得建筑能够应对世界的极端环境。比如下面这个项目将沙丘网络有机地粘合成可居住的屏障，从而阻止沙漠扩散。

该项目具有很高的投机性，但可以建设，其目的是寻找创新的解决方案来对抗非洲萨赫勒地区的沙漠化，那里的沙丘目前正以惊人的速度向南移动，破坏了土地，使该地区的居民无法谋生，甚至无法住在自己的家里。

建筑对这个问题的回应将不仅仅是种植一个缓和的防护林带。居住空间可以在接近树木的地方创建。通过切割沙丘，向下挖掘寻找水和阴影，一个人工绿洲可以在地下形成，并可以用巴氏杆菌这种微生物将沙子凝固成砂岩。

用沙漠本身来建造抗沙漠化的结构，用沙子做防沙装置，这看上去是一个诗意的建议，同时也是可持续的，因为设计使用当地的材料和资产，并寻找一种结果质量高但应用和施工低技术的解决方案。

该案例图片来源：© magnus larsson

特殊的极端设计

多年来，我们一直在开发不可持续的模式，年复一年地利用更多的自然景观和资源来满足增长的需要。然而可利用的自然条件越来越少，或者保存在一些难以接近的极端地貌之下，例如悬崖、峡谷这些地球狭缝之中。如果在这些地方建造未来的城市建筑——摩天大楼，会是什么样子的呢？

这些想法的主要思想是让人们居住在自然垂直的地理条件下。在技术的帮助下，零占用的垂直平面提供了征服不适宜居住的极端区域的可能性，以便为野生生物和自然环境保留绿色的水平平面，那么极端地区之一——悬崖就是一个值得探索的新处女地。

许多艺术家在其作品中探索浮雕的不同技术，因此可以用它作为一种建筑语言来设计 “悬浮”的建筑形态。而结果注重是如何高度适应这些自然空腔，使得建筑可以很容易地在各种尺度和形状内创造活动空间和构件循环等。

该案例图片来源：evolo 2012 Skyscraper Competition

另一方面，大峡谷悬浮塔项目也是一种看待建筑材料和建筑用地的新方式，它试图通过计算和机器人生产的方式使用先进的材料工艺，以改变建筑建造的可能性，并可以更好地塑造环境。

塔台结构系统是高性能设备，能够适应大峡谷的极端环境。自稳定电缆系统包括管子(骨骼)和电缆，它们将骨骼相互连接，并进入骨骼内部，到达塔的顶部。机器根据测量风向和压力的传感器的特定数据将骨骼拉起。这些机器从骨骼的特定一侧选择缆绳，逆风旋转建筑物以补偿旋转力矩。

该案例图片来源：evolo 2010 Skyscraper Competition

一般极端环境下项目的设计目的是希望通过一种从设计的基本原则出发的可持续建造方法，创造一个从场地和周围景观中衍生的结构。在突出这种方式的时候，一些设计者会选择条件更低端的地区来进行设计，比如火星。

潜在的场地选为火星,那么一开始就可以抛开延续的场地偏见,从而创建一个全新的结构。这个物理设计项目是基于火星上的第一个建筑，只使用火星本土的材料和来自地球的3d打印材料，以揭示火星可能存在的建筑语言。

最终，该项目质疑了我们今天在地球上建造建筑的方法，而不是当地和场地特定的技术，如就地资源的利用，并将以人为中心的设计理念作为未来所有建筑的重点。

该项目围绕着乡土设计的概念，清晰地反映了文脉和建筑历史。把从任何正常的环境中分离出来的想法与火星上的设计结合，解放了任何关于建筑语言或风格的讨论——这些经常决定着我们城市栖息地的未来发展方向。

这类设计就是旨在通过适应形式、功能、结构和弹性来应对新的挑战，在非常具体但完全不同的极端地区实现创新设计。即使位于火星上，该项目也探索了在地球上同样能体验到的极端环境下的建筑需求。

该案例图片来源：https://eam.uauim.ro/projects/2015/63/

更多的，一些特殊装备和小型建筑设计也为人们可以在极端环境自如的活动打开了新的大陆。下面这个便携式观测站是一个小型构架设计，原型为椅子，并超越仅仅从人体产生能量的功能，同时提供了一个封闭的空间，避免极端环境的影响。居住者可以坐在椅子上进行观察和测量，它们在周围环境中被自己独特的位置点亮。

该案例图片来源：http://cargocollective.com/robaron/filter/chair/Differential-Enclosure

Open Source Architecture将生态景观设计成一个典型的山间小屋，可根据极端天气条件进行调整。整个项目的设想是基于能源自给系统提供的原则。项目Ecoscape位于加州山区极端气候条件下，建筑形式对太阳能条件做出反应，开发出一个最大限度暴露的表面积来收集能量和热量。Ecoscape由一种跟踪太阳能定位的算法生成，以加强屋顶表面特定位置的吸收。表面由ETFE薄膜组成，集成了薄型光电电池来产生能量。

该案例图片来源：https://www.archiscene.net/location/usa/ecoscape-open-source-architecture/

地球上的极端环境有很多种，但我们不得不承认的是，仍有大部分生活可以在极端的天气和环境中活动自如，例如沙漠中的植物和冰冻环境中的北极熊。当人们也希望可以发展极端地区更多的用途的时候，建筑自然需要通过进化来适应这些极端环境。形态学这个本身用于形容生物的术语，描述了这种持续时间变化在长时间跨度上的进展。那么值得同学思考的是，建筑在环境的影响下能改变多远？为了适应不同的环境和天气应该如何进化呢？希望小编通过上文对不同类型极端环境下方案的介绍，可以帮助大家思考和研究一种新的“建筑物种”，它能适应外部变化，能够在满足居住要求的渴望下实现新的成就~

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