郭英釗以永續方式還原建築應有樣貌

永續思潮在建築中最重要的呈現是綠建築。自然界中的生物如何建房子呢?所有的動物在築巢時都會選擇周圍的材料,順著周圍的條件,建造出簡單而有效率的房子。人類本來也是這樣建房子的,但在近200年的工業快速發展中,人們迷信科技,覺得技術無所不能,因此逐漸遺忘了建築的基本原則。

建築師郭英釗認為,永續的建築只是恢復原有的建築樣貌,因此他的作品都有一個共同的驅動力,即建立人造環境和自然環境之間的理想互動關係,並降低建設和營運所使用的能源和資源。

1997年,郭英釗和張清華建築師成立了合作事務所,1999年更名為九典聯合建築師事務所。當時,「全球暖化」和「溫室氣體」這些概念還不流行,但兩位建築師都喜歡在建築物中創造可以綠化的露台或陽台,喜歡讓自然光和風進入建築物內。後來,他們開始學習回收雨水、使用省水器具,並開始學習如何將太陽能版裝到建築物上,學習怎麼讓地表鋪面透水等等,愈學愈有趣,「綠化」的概念也逐漸擴大為「永續」。

九典聯合建築師事務所始終選擇以永續為主要發展方向

許多人說九典是蓋「綠建築」的,甚至有學生質疑,九典除了會設計綠建築還會設計什麼建築?事實上郭英釗和大部分的建築師事務所做的事並沒有什麼不同,只是對生物如何造牠們的巢穴很有興趣,也對電還沒被發明前人如何蓋房子感到好奇,想從當中學習這些自古以來生物造窩的本能所呈現出的一些基本原則。郭英釗相信所有的建築師都具備這樣的本能,只是在近代都市化、科技和經濟高速的發展中,人們很容易迷失,忘了這些基本原則。

建築設計本應回歸這個基本原則,在簡單的原則中尋找其所蘊藏的無窮可能性。攤開九典十年來的作品,其實有很清楚的脈絡可循。這個脈絡有縱、橫兩個軸,橫軸是基地布局策略的發展,縱軸是建築物結構體,外殼和設備系統的發展。建築物主體很像人體,有骨骼(結構系統)、皮膚肌肉毛髮(外殼系統)和內分泌和神經感知系統(設備系統)。這兩條軸上的發展,都有一個共同的驅動力,就是要建立人為環境和自然環境的理想互動關係,和降低營建和營運所使用的能源和資源。

很多人會將自然通風和節能畫上等號

以基地配置和空間布局而言,亞熱帶的濕熱氣候特徵無疑是最無所不在的影響因素,以一般的觀念,濕熱氣候理應最強調自然通風,來達到節能舒適的效果,實際上,也許因為都市熱島效應的關係,夏季都市的大部分時間的溫濕度,大都遠高於舒適範圍,將這樣的外氣引進室內效果適得其反。

反而,溫濕度大多在舒適範圍的春秋季和部分的冬季,自然通風可以創造最大的效益。所以風在基地內和建築物的對流路徑,在北投圖書館、花博未來生活館、工研院六甲二期宿舍、淡水藝術工坊和嘉創,都有很清楚的著墨。最近在進行中的那瑪夏八八風災校園重建和清華大學的育成中心,更進一步運用CFD的模擬技術去探討不同季節的風場做為設計最佳化的參考。

在基地條件許可下,中庭是調節微氣候最有效手法。

在基地條件許可下,中庭是調節微氣候最有效手法。它像是一個子宮,提供植物和昆蟲滋養的溫和環境;它像一個陰陽的圖騰,一面向陽、一面有蔭,早上和下午陰陽會交換一次,還會隨季節流轉。中庭裡加個水池,可以用水的蒸散作用產生環境降溫的效果,還可以增加魚類、兩棲類和鳥類,豐富小環境的生物多樣性。而建築物的主要空間則環繞著中庭,接受它的滋養。花博的未來生活館、六甲宿舍和嘉創的中庭,都有這樣的效果。

北投圖書館、花博新生三館不規則的建築物形狀顯得獨樹一格

在地狹人稠的台灣,基地的形狀和地上物常是基地配置的最主要線索。北投圖書館基地是直角三角形,建築物也只好是直角三角形,這三角形三邊的不對稱條件為:西北向+北投溪,東向+老樹,南向+噴泉古蹟,形成驅動內部空間配置和外殼設計的主要動力。北投圖書館雖然依九大指標條理清晰的舖陳,但是主設計的核心課題只有一個:如何將外部環境的能量整合為建築物內部空間能量。

新生三館的基地雖然比北投圖書館開闊,但是樹木的分布更為複雜,建築物的空間需求也大得多,為了強化展覽的整體意念,九典安排讓樹在整體配置上扮演更積極的角色。雖然在設計過程中都是在閃躲樹,但是完成後從天空看下來,建築物像是和樹一起從土地上長出來的,未來生活館為了保留南面整片原有的第倫桃林,像縮小腹般地凹了進去,形成入口;第倫桃林則成為入口廣的大遮陽棚,遊客在此排隊入館,還可欣賞樹林的光影。迷失梁柱系統這麼多年,終於清醒過來實在很興奮。

九典的設計常可以看到採用混和式的結構系統

鋼筋混凝土結構的建築物,營建工料的碳排,超過一半是由混凝土所貢獻,所以在適當的狀況選擇木構、鋼構或複合式構造對碳排的影響是最大的。如前面所提到的,建築物主體可以分成結構系統、外殼系統和設備系統三個層次來看。九典這十幾年來的作品的發展,其實就是對於這三個系統各自和交互關係的理解的發展。雖然對業主和社會大眾而言,建築是一體的呈現和體驗,但是在設計過程必須和不同的專業協同工作和鑽研,才能洞察各系統進一步發展的空間。

舉例而言,九典一直習於用梁柱結構系統做為所有建築類形的結構方案,差別只是RC的或鋼骨的,或是木材的,或是混合的梁柱系統。在一次台鐵太魯閣站的競圖,在和結構技師討論屋頂結構系統時發現,屋頂用殼的結構行為,可以同時滿足造形、空間和結構的要求,使用結構材料的重量,也可以減少許多。雖然競圖失利,但這是讓郭英釗非常興奮的一個體悟,雖然這些在大學時代就學過,迷失梁柱系統這麼多年,終於清醒過來實在很興奮。用外殼的概念來整合外牆和屋頂,主要是從建築物的舒適和節能性能出發。

外殼系統設計最重要概念

外殼的部分主要是屋頂和外牆,大概是建築物在美感和節能上最重要的部分。傳統的建築設計用立面(Facade)的觀念在看外牆,所以立面的設計基本上是一種圖像式的視覺設計、構造、材料,開口全憑主觀喜好。建築物外牆,連同屋頂,是建築室內空間和外部環境的主要介面,用外殼的概念來整合外牆和屋頂,主要是從建築物的舒適和節能性能出發。所以建築物美感的主要決定因素,就是性能的優越和簡潔。設計外殼的過程就是一個發展美麗同時又高效率的系統的一個過程。

外殼系統化的想法大概是從北投圖書館開始的,因為業主要求外牆門窗要用木造,所以九典當時必須深入去了解不同木材的特性,價格和木門窗的細部。當時眼睛還沒老花,門窗細部一個一個用鉛筆手繪也十分樂在其中。這些基本細部發展完再開始發展門窗系統和結構體,RC牆面和屋頂交會點的細部,然後再發展簷口的細部,再來是內裝的細部,所以這棟六百五十坪的圖書館細部設計到施工圖就畫了將近一年。

外殼系統設計通則及變化

淡水藝術工坊的正面大帷幕牆,延續了北投圖書館的木帷幕系統,再整合阻擋西曬的電動帆布和BIPV及木百葉門扇。在日照充足的午後,BIPV和黃色的帆布遮陽棚產生的光影,相互交織十分燦爛。花博新生三館的木門窗系統,也是繼承北投的系統加以改良,因為尺度變大,加入了鋼骨背撐和智慧開閉系統的元素,另也發展了折疊門扇的細部,增加大空間自然通風的氣流量。

六甲二期宿舍面對西晒和嘉南平原的美景課題,和淡水藝術工坊很接近,但因為兩者的公共性完全不同,解決方案也完全不同。相對於淡水藝術工坊的視覺穿透性,六甲二期宿舍以實牆為主,每個房間的陽台開一個1.5m×2.1m的落地窗,每個陽台前線有一塊很大面的「盾牌」,也是擋太陽的。屋頂則加了一層鋼構屋頂,像撐一把大陽傘,除了幫頂樓的人隔熱,也增加了活動和觀景空間。牆面材料只是很簡單的隔熱漆,原理是對太陽輻射的高反射率,將穿透表層並蓄留在RC牆的熱降到最低。面對熱輻射最無助的玻璃落地窗,也有鋁百葉折門的協助。這幾個元素構成六甲二期宿舍簡潔又有效率的外殼。

嘉創的空間需求則複雜得多,有實驗工廠、實驗室、辦公室、教室、會議室、展覽空間、宿舍。九典將需求依樓高、載重、性質分門別類,分為三棟,以便有各自的結構形式和外殼。過去由建築設計先行決定一切,再由機電、空調來配合的時代將要過去。

建築外殼系統與設備的整合

青年公園圖書館提供九典對外殼和設備的整合一個更深入思考的機會。青年公園圖書館是由已故的茂迪創辦人鄭福田先生捐贈的建築物,由台北市政府提供土地的案子。替鄭福田先生執行本案的是長年旅居德國,現任茂暘太陽能執行長的胡湘玲博士和她的丈夫韋仁正先生。他們對本案最基本的想法是:用最環保的材料做最節能的建築。做法是用回收再製或天然的材料建構一個最嚴密的外殼,將室內外的溫濕度差異完全隔熱。這是一個先進,高價能源政策的溫帶國家,如德國對付酷寒的基本策略。九典一再討論亞熱帶的台灣和溫帶的德國,環控的手法是不是應該不一樣?結論是將熱阻擋在外(台灣)和將熱保存在內(德國)用的原理是一樣的,只是方向不同而已。

台灣較德國不同的則是濕度的課題。以自然通風做為濕熱氣候的主要節能手段並不全然正確,因為把過於濕熱的空氣通進室內對舒適度不但沒幫助,還助長黴菌的滋長,有害健康,所以台灣的除濕機、空氣清淨機才這麼風行,但這都要耗費能源,是自然通風的代價。青年公園圖書館的做法是將建築物內外徹底阻絕,首先用25公分厚的屋頂隔熱層和10公分厚的外牆隔熱層,還有複層Low-E玻璃將內外的熱隔絕,再將引進的外氣先作除濕過濾處理,再進入空調系統。所以在本案,引進的外氣量(新鮮空氣)的控制和外殼的氣密和隔熱性能才是左右(空調)耗能的關鍵,才是蓋節能房子最核心的課題。

外殼的設計策略和空調設計是密不可分的,而九典最近的衛生署大樓更是由空調、照明節能的高標準設定,來反推外殼材料,空調系統和照明燈具的選擇。過去先由建築設計先行決定一切,再由機電、空調來配合的時代將要過去。機電空調專業在設計過程導入的時間點將愈來愈提前,角色也愈來愈重要。

九典認為環境與人對於建築的重要姓

在對外界分享九典的作品時,郭英釗常視情況分別使用兩個不同的角度:一個角度是「第四隻小豬的建築」,這個角度的基礎是全球氣候變遷及極端化─冬天更冷,夏天更熱,風更強,雨更急─也就是升級版的大野狼。所以讓第三隻小豬安居樂業了許久的房子,不再能抵擋大野狼的侵襲,於是產生了第四隻小豬的建築概念。台灣是個熱帶的國家,氣候溫和,熱不死人,也凍不死人,只有地震對生命財產的威脅最大,所以建築特別注意結構安全,其它的方面則相對地「散漫」,尤其在外殼和設備節能這兩方面。

若以2010年冬天和夏天平地最低和最高溫差超過攝氏30度的擺盪振輻來看,假設這個振輻因全球氣候異常的趨勢持續加大,在大台北都會區發生零度以下或40度以上的低高溫就不是那麼不可能。大家也許會想:那下雪很好啊!可以堆雪人、打雪仗和溜雪橇,還可以推出各種新創意、新商品促進經濟發展。

唯一的問題是水在結冰後體積會膨脹,把供水管路撐爆,所以幾百萬人的大都會的供水系統會癱瘓,天氣回暖後,街道和家裡則到處漫水。結冰時,滲進去九典建築物防水層,外牆的積水也會把牆體、屋頂撐破,造成很大的困擾。另外,因為九典的牆體大都是只有15公分的RC貼磁磚,玻璃大都是十公釐以下的單層玻璃,家家戶戶只好大量採購電暖氣,加深對能源的需求,由於再生能源緩不濟急,只好將無核家園的理想再擱到一旁。

這樣的場景會不會發生?可能會,也可能不會,日本人從來也不曾想過海嘯和核災會同時發生在自己的國土上。所以整個社會是有必要撥出一部分的資源,去對這樣的最壞情形作損害預估和對策的研擬。

所以「第四隻小豬」的建築基本策略就是強化建築物的性能,一方面讓人可以更健康舒適地安居樂業,一方面可以逐步降低對石化能源的依賴,減緩氣候異常的趨勢,降低對核能的依賴和核災發生的機率,同時則為再生能源發展成為主要的能源,爭取更多的時間。這樣的基調非常的實用,也非常貼近九典整個社會關注的核心議題,所以總能引起大家的共鳴。

和第四隻小豬的建築有點不一樣的另一個角度,則是「生態建築」,也就是九典英文名字Bio-architecture所指向的。這個指向和對可能發生的災難的測度和回應沒有關係,純粹是對建築願景的想像。這個想像以聲、光、熱、氣、水和生態系的運作機制的基本常識為基礎,以對多樣的生物世界的熱愛為動力,試著將人為的構造物融入大自然的機制中。由於所謂的「基本常識」並沒有明確的界限,而且科學家對於大自然也不時有新發現,也因此實踐這個願景的旅程並沒有明確的路徑和終點。

在九典的工作中,這兩個角度是同時存在的。「第四隻小豬的建築」講究的是「有效地對付升級版的大野狼」。在和大野狼對抗的過程中,建築物節能和使用資源的效率就是第四隻小豬的競爭力之一。在生態圈內,很類似地,效率也是物種生存的競爭力之一,但是大自然獲致效率的方法並不是透過邏輯來篩選,而是在時間的長河中漫漫淘洗,結果大致不違背邏輯,但更富含深意。「生態建築」的願景,就是透過不斷地實踐去洞察這種深意。就是這種對抗大野狼的快節奏,和在大自然的迷宮裡慢慢摸索的慢節奏並存,讓九典的工作充滿挑戰,同時又能樂趣無窮。

如何回饋老樹?

北投圖書館建成後,東面為當時台灣最高的木玻璃帷幕牆(現已被花博新生三館取代),大帷幕將三棵大榕樹、鳳凰木變成室內的風景,還可以梳理早上的溫和陽光。樹的姿態淺淺地映在綠色的色板玻璃,和室內的燈光、家具、讀者的身影疊在一起。「這裡建築物和樹的互動,郭英釗個人認為是北投圖書館最美的地方。」郭英釗說,「只是,這純粹是從郭英釗的角度看,九典從老樹獲益良多,但九典給了老樹什麼?」

日前北投公園一帶許多樹感染了褐根病,病菌在土壤間蔓延,後來這三棵老樹也得了病,病情不斷惡化,枝葉日漸稀疏,公園處為阻止病情擴大,決定終結它們的生命。「人若過度疲勞或體質弱,易受傳染病菌之侵襲而染病,樹木何嘗不是如此?三棵老樹也許經歷新建、拆除、重建的折騰,體質變弱,因而無法抵擋褐根菌的侵襲。褐根病事件讓郭英釗們在北投圖書館得到很多讚美的同時,感到很深的遺憾,也自覺必須反省。郭英釗們不能把老樹的存在視為理所當然。」郭英釗說。由於北投圖書館老樹的經驗,在花博新生三館施工期間,事務所嚴格要求施工單位不得把保留的老樹或樹群當成「停車棚」,以避免輪胎不斷地滾壓,破壞土壤的活性和樹木根系的活力。「郭英釗們還體悟到建築物可以幫樹木分散強勁的東北風、颱風的壓力,還有減少直接日照的時數,提高缺水期的存活率。」

人們不免會想,也許對自然生態最好的是最好不要蓋房子,但蓋房子在動物界裡本來就是很普遍的求生行為:河狸築壩、飛鳥築巢、蜜蜂築窩、蜘蛛結網、白蟻築土塔,還有許多爬蟲類、哺乳類動物掘穴而居。人類是數量多達六十億(且在增加中)的大型哺乳動物,若要回復到過去原始人巢居、穴居或伐木、採石造屋,燃薪煮食的方式,對生態環境之破壞恐更甚於目前。

建築專業之首要責任,乃在於精明算計人類建築行為對地球生態環境的影響,用創意和科技達到永續的境界。