建筑表皮是承担建筑外部围护界面的物质系统。从空间的视角看，它是形成空间的基本物质条件，担负着为人类过滤外界影响、营造舒适栖居之地的基本功能。表皮材质和构造的变化也会对空间产生细微而丰富的影响。同时，表皮也是建筑物内外空间转换的介质，在空间体验的转换过程中起到很大的作用。从视觉特征上来说，建筑表皮可以反映出特定时期的建筑美学、科学技术及地域文化。城市中建筑表皮的组合，形成了城市风貌的建筑特征，积淀着各个时期的历史文化，蕴含了人类文明的丰厚遗产。

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一、建筑表皮的演进

通常而言，建筑表皮包括屋顶与外墙。建筑产生之初，表皮仅担负着抵御风雨侵袭的基本功能。不久，人类就将装饰加于其上，使之与美学、神学相联系。从古埃及的壁刻到古希腊的浮雕，从哥特式教堂的彩窗到中国古建的木雕与彩画，古代建筑对表皮的处理方式虽不尽相同， 但都给予了极大的重视。

19世纪中叶，德国建筑师戈特佛里德·萨姆帕尔(Gottfried Semper)将建筑划分为承重结构(load—bearing)和围护结构（cladding）,即支撑与界面。这一认识对现代建筑产生了深远的影响，并延续至今。西方古典建筑中，建筑外墙同时承担着承重和围护功能，两者合二为一。勒·柯布西耶所提出的“新建筑五点”中，将支撑与界面相互分离、相对独立，空间设计得到很大的解放，逐渐成为现代建筑设计的基本特征。现代建筑法则认为表皮应反映内部功能与空间，并且摈弃任何装饰。因此，这一时期的建筑，不管是出于材料技术的限制还是对新建筑理念的追求，表皮本身比较单调，大多是作为限定空间的界面而存在。其后，“国际式”建筑风格的盛行，更使表皮变得千篇一律。20世纪60年代以后，针对缺乏人情味、非个性化的“国际式”建筑风格的单一垄断，建筑界相继出现了后现代主义、高科技风格及解构主义等思潮，它们赋予了建筑表皮新的内容，使之摆脱单调乏味，呈现丰富多姿的面貌。

随着现代科学技术的发展，技术手段愈加先进，材料更为多样，建筑的物质实体变得复杂起来，表皮也不例外。能源的日益短缺和环境污染的加重，使得表皮所担负的功能越发复杂和苛刻，并随着地域、使用者的需求变化而变化。面对这种情况，建筑师对建筑表皮本身进行了深入研究，将日益变化的功能需求与现代科技相结合，在追求文化内涵的同时，实现性能最优化。因此表皮呈现出前所未有的复杂性，原来的单层表皮发展为多层表皮，其自身规律也相应有了很大改变，并具有更多的自主性(图3)。从根本上讲，不论文化、美学、经济、建筑技术如何变化，建筑的基本功能依然是为人类创造舒适的“外壳”，而表皮正是建筑为居住者过滤外部环境影响、创造舒适内部环境的主要部分。这是表皮的本质精神。从这个角度来看，多层表皮具有积极的意义。以下以外墙为主，对多层表皮进行探讨。

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二、建筑表皮的分离

多层表皮与单层表皮相比，最根本的发展在于功能性增强。从古至今，表皮功能的发展变化一直极为微小，对表皮的探讨更多地集中在形式美学上。多层表皮的出现，更多的是源于现代社会对美学观的冲击，以及对表皮功能前所未有的关注和科技的发展。

多层表皮的形成是分离手法进一步运用的结果。分离是现代建筑的重要语言之一。现代建筑产生之初，分离手法在空间层次上的运用，使支撑与界面相对独立，对空间形态产生了革命性影响。而现在，这一语言在界面本身得到再次运用，将表皮各项功能分离，至少是将其中一些功能分离，目的是使建筑表皮各项功能最优化，满足日益变化的需求，创造良好的室内外环境(同时也有潜在的美学影响)，其形态也相应地变成多层表皮。

1、表皮功能的分离

表皮的基本功能包括：采光、通风、抗冷(热)、防风、防潮、防晒、防炫光、视觉阻隔(流通)、安全、防火、隔音等。根据建筑特定的功能要求、地域特点、环境特点，以及业主的要求，表皮还可能具有一些其他功能，或是特别强调某部分功能，例如教室对光线有较严格的要求，风景优美的环境则适宜视觉流通等等。

一方面随着社会的发展，人类对生活的要求越来越高，对“舒适的室内环境”的定义也更为广泛和苛刻，对温度、湿度、通风、光环境等有了更确切的要求，甚至有具体的数值范围限定，这对建筑表皮提出了挑战。另一方面，能源危机意识的增加，使人类更加注重于能源的有效利用。从空调使用以来，建筑表皮便成为保存能量的关键，因而逐渐受到重视。尽量减少室内能量的流失，抑或是更充分地利用自然可再生能源，如风、光、太阳能等，尽量减少不可再生能源的使用，是表皮越来越重要的功能。在此，建筑表皮不再只是建筑师所关心的问题，还需要得到其他工程师的辅助。例如：奥地利因斯布鲁克的点式街区(图4)。该街区住宅设计的一个主要概念就是在保持室内环境高舒适度的同时，达到能源最低限度的流失。该住宅机械设备的创新在于太阳能收集器和可控制的通风系统。建筑的屋顶上附加了太阳能收集器，将收集到的太阳能传到安装在地下车库角落里的太阳能储蓄系统。通风系统由热交换器和小型热泵组成，每一户所进的风都先经过太阳能预热再进入室内。这样既充分利用了可再生能源，又减少了通风过程中能源的消耗。地板上还装有一种传统的散热器，以提供额外的热能。为了减少能源损失，该建筑外墙材料具有极高的保温性能，能够保存内部的诸多热源(人体、机械、灯光等)释放的能量。当所有的加热系统都停止工作时，室内温度也不会低于15°C。同时，在阳台处，还有另一层表皮：可滑动折叠的预制窗板。它的开启、关闭可由用户根据需要用手调节。这一层表皮担负起调节日晒、通风和其他一些外界要素的功能，并提供一定程度的私密性，也呈现出无限变化的形态。由该例子可以看到，机械设备与建筑表皮(尤其是屋顶)有着相辅相成的关系，为创造舒适的室内环境和节约能源共同起作用。

根据以上基本功能，建筑表皮大体可分为几大功能系统：保温隔热、通风、采光、遮阳、隔音及其他功能系统。总体说来，表现为光线、热能、视觉等方面的“通”与“隔”这对矛盾。

在多层表皮中，保温隔热系统是最基本的功能系统，将其他功能系统从保温隔热系统中剥离开，其目的是优化各项功能，或是获取一定的视觉与空间价值。这就表现为由原来的单层表皮转变为多层构件系统的组合。由于表皮功能较复杂且相互关联，这一层次的分离通常不像支撑与界面的分离那样彻底，其分离存在多种可能性：被分离出来的几项功能可能合而为一，由单一的系统构件来承担，或是一项功能由多个构件系统同时完成。值得注意的是，表皮层次的多少，并不是评判表皮设计好坏的标准和目的，归根结底是为了使表皮性能最优化，创造良好的室内环境，体现其文化与美学价值。

2、与功能对应的构件系统形态

由功能演化出表皮的具体形态的过程中，与功能效应的构件系统同时还受到技术、美学、文脉等因素的共同影响。为了方便论述，我们根据功能系统来分别论述其相应的构件形态。

 (1)保温隔热系统构件与通风系统构件。保温隔热系统构件与通风系统构件相对应，前者需围合，后者需开启。前者是表皮的基本构件系统，其性能主要决定于材料。后者与开启的大小、位置有关，而且在开启的同时，要尽量减少能源流失，并保证保温隔热系统功能的正常发挥。现在的多层表皮中通风系统构件通常与保温隔热系统构件分离得并不彻底，更多的是由双层或多层构件共同担负这一功能。保温隔热功能本身，也常由多层构件系统来承担。例如：威斯巴登管理大楼(图5)。该建筑表皮可分为三层：外层为遮阳系统；中间层为主要的保温隔热构件系统，其形态为均布的玻璃窗，在梁柱位置为有色的铝制构件。玻璃窗由三层玻璃组成，以增强保温隔热性能；内两层构件系统共同承担通风功能。玻璃窗上方的木质叶片可手动翻转。整体叶片可调节。并由中心控制，自然风进来后通过内两层构件所形成的对流器进行预热，再进入室内。这个系统使得在窗户关闭时，也能保证良好的通风，同时减少能量的流失。

(2)采光系统构件与遮阳系统构件：采光系统构件与遮阳系统构件是另一对相对的系统，前者需通，后者需隔。前者同时担负着与外界视觉流通的功能，需要开启或采用透明、半透明的材料。后者是对前者的辅助与补充，一方面能够减少建筑能源的消耗，另一方面则使光线柔和，创造舒适的视觉环境。两者相辅相成，关系极为紧密。

遮阳系统构件有固定与活动之分。固定的系统不能够随季节、太阳位置的改变而改变，因而适应性较差。而活动的系统则可以由使用者根据具体情况来控制，因而能更好地利用阳光。遮阳系统可安装在采光系统的室内或室外一侧，各有利弊。前者由于有保温隔热系统和采光系统的庇护而易于建造和安装。其缺点是由于安装在室内，遮阳系统本身会吸收或释放热能，导致能量效率不高。后者则与其相反，虽然有助于节约能源，但对材料、建造与安装有更高要求。选择哪种安装方式须视实际情况而定。

在威斯巴登管理大楼中，外层构件能够根据不同的光线条件而变化：光线强烈时，它具有遮阳功能，令光线在进入室内时形成漫反射，使室内光线柔和；光线较弱时．则利用光线的折射，承担部分间接采光功能，增强室内光线。此外，它还是建筑外立面主要美学组成要素，而内两层构件系统则在更细微的层次对外立面产生影响。

又如：多米尼斯酿酒厂。该建筑位于美国加州某葡萄园中。当地气候温差极大。为了尽量减少空调的使用，该建筑设计了双层表皮。内层构件系统为磨砂玻璃，担负着采光功能。外层构件系统担负着遮阳及保温隔热的多重功能，具体做法为在网格状的铁笼内装上当地玄武岩，以此为基本单元进行砌筑。根据不同的需要，石块排布有疏有密。这样不仅能保温隔热，而且产生了可变的透明度，形成了特殊的遮阳效果。光线通过石块之间的缝隙，还可产生更细微的变化。同时。外表皮的形态使建筑与当地自然环境相融合。此外，隔音、防火、防潮等功能通常依附于保温隔热系统构件，这多取决于材料本身的性能。还有其他一些特殊功能则须根据情况作相应的处理。

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三、建筑表皮的整合

从根本上来说，分离是为了更好的组合，整合是实质，分离只是现象。构件系统的层次越多，相互之间的连接组合就越显重要。表皮的整合通常需考虑诸多因素。

1、材料的位序

这是从功能上所提出的要求。多层表皮的每层系统构件形态都是由相应的材料形成的，表皮的整合必然涉及到多种材料的组合位序问题，即何种材料在内，何种在外。不同的材料具有各自不同的特性，材料的位序基本上取决于各材料本身的物理性能。
一般来说，保温隔热系统构件及其外面的构件材料，必须具有抗腐蚀、抗氧化、挡风等性能，位于其内的构件材料则对这些性能要求较低，更多的是关注于它的形态、触感是否令人舒适等。另外还应遵循热工、隔声、防潮等要求，例如当保温隔热系统由几层材料组成时，应将导热系数小的放在低温一侧，防止内部凝结等等。总而言之，材料的位序应使材料组合以后，充分利用各自的特性，更好地发挥所担负的功能。

2、构件的连接

表皮的整合过程需要由构件之间的连接来实现。不同材料之间、每层构件系统之间的连接都需要由一定的构造方式来完成。构件的连接方式不仅由材料本身的特性所决定，而且还受到经济、技术和美学文化的影响，反之，不同的连接方式也影响着表皮的形态和经济性。对连接方式的研究不断促进着建筑表皮的发展。同时，在当今建构文化影响下，构件、材料之间的连接方式经常被加以突出表现，丰富了人的空间与视觉体验。

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3、美学原则

建筑美学原则是建立在当时社会艺术的美学概念基础之上的。古典建筑离不开古典美学，现代美学的发展更促进了现代建筑的发展。

现代美学范畴由“一元转向多元”，受其影响建筑表皮的形态出现了多种变化，而不再是遵循单一的美学原则。在单层表皮中，对构图、比例等美学要素的推敲只存在于单纯的二维表面上，而多层表皮除此之外还要注重各层表皮之间的比例、构图关系．即在整体和空间之间建立辩证关系。但是不管表皮形态如何变化，其背后必有某一种现代美学及其相应的视觉设计概念的支持，表皮的组合也应遵循同一美学原则，才能体现出整体的秩序与美感。

多层表皮虽然在节约能源、创造舒适的室内环境方面有很大优点，但由于其造价通常远远高于单层表皮，并需要一定的技术支持，因而目前在我国应用较少。但是，从长远来看，在达到相同舒适度的情况下，具有多层表皮的建筑其能源消耗的费用却远小于单层表皮的费用。经济因素的评价应对建设费用和维护费用综合考虑，而不能简单判断。

对高性能、有一定适应性的表皮系统的持续需求，将使外表皮从静止的系统转变为具有操纵器的多层系统。减少建筑能耗等的各种控制功能都将加入到传统的建筑表皮的功能中。因此。可变的表皮将越来越成为研究的重点，能够自我调节、多价的表皮是未来发展的方向。由于新材料、设计手段、生产方式和现有材料与系统组合方式的迅速发展，以及对空间的不断探索，使得建筑表皮的发展呈现出多元甚至无限的发展可能性。未来建筑表皮的大量潜能将从结构、功能、美学、空间和生态中得以发掘。面对未来表皮的多元发展，设计者应该根据建筑的地域文化特点。综合考虑经济、功能、美学、技术等因素，对表皮的设计方向和方式善加选择，使之不仅满足发展变化的功能要求，而且适应于当时当地的经济与文化。