自我维持的能源树与群落生境

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21米的高度、30米的长度，2020迪拜世博会入口处的大门像是一幅用密密麻麻的黑色细线，画在半空中的巨型画作。一个顶篷和两堵墙壁构成规整的门字造型，它足够宏大，从很远处就能看到，由于金属丝网材料的特质，又给人空灵的、不真实的感觉，像是沙漠中的海市蜃楼。

游客从21米高的大门进入网格顶篷下面，行走在两堵影壁之间，尽头有两扇10.5米宽的大门，通向种满树木的庭院。作为世博会场地内外的过渡标志，大门既是功能性的门户，每天都在打开和关闭，根据人流量固定在不同位置，又是一件具有象征意义的艺术装置。

那些线条交错的网格结构，英国建筑师阿西夫·可汗（Asif Khan）是从伊斯兰传统建筑元素Mashrabiya中获得借鉴，一种展示复杂几何图案的屏风，通常为外窗和阳台遮阳，有助于光线穿透以及风的循环。可汗以研发为主导的同名建筑工作室位于伦敦，以往完成过2017年阿斯塔纳世博会英国馆、2018年平昌冬奥会现代（Hyundai）馆等作品。

他将典型的阿拉伯屏风折叠起来，形成了长长的大门。“我想创建一种前所未有的Mashrabiya，无比庞大，又无比轻盈，只有一种材料能够做到，那就是碳纤维。大门的几何图案看似随机，实际上是由平衡阴影、气流和体量的复杂方程式决定的。”

在专业制造商和飞机工程师的帮助下，可汗工作室花费3年多的时间，开发出新型碳纤维技术。数以千计的超薄碳纤维组成条带，缠绕在旋转的芯轴上，3D编织成网格状的模块。超轻碳纤维的墙面与屋顶看似轻薄，却拥有出色的结构强度，在没有额外支撑的情况下，能够自我支撑起21米的高度和30米的长度。虽然每扇大门的面积超过200平方米，但一个人就能推开。

同样受阿拉伯传统图案启发，日本馆展示了更为复杂的3D网格立面。如日本纸般轻薄的立面材料被固定在多面立体外框上，像包装纸一样，保护展馆免受阳光直射。网格立面的造型类似阿拉伯式的藤蔓花纹，也让人联想到日本的折纸艺术，如日本建筑师永山祐子（Yuko Nagayama）所述：“我们的出发点是中东与日本传统图案的相似之处，3D网格立面既构成展馆的结构，又充当了环境的过滤器。”

以“创新意识：推动未来”作为主题，俄罗斯馆的主建筑师谢尔盖·卓班（Sergei Tchoban）用两个相互嵌套的穹顶——类似俄罗斯套娃——来象征整体性和普遍性。穹顶笼罩了三个主楼层和两个夹层，总面积超过3600平方米。

整个外立面被色彩斑斓的交织管线包裹，像是被放大的彩色电线。使用不同颜色的线条勾勒出建筑的形状，卓班解释这种方法呼应了俄罗斯先锋派艺术，还有苏联建构主义建筑师雅科夫·切尔尼霍夫（Yakov Chernikhov）创建的Exprimatic理论——使用自由的线条处理，产生新的形式。他说：“动态的流线代表不可阻挡的发展与进步，也包含当代世界的重要主题：各种能量与现象的和谐共存。”

从实现过程来说，彩线来自直径8厘米的铝管，被弯曲成一定的角度，从几个方向像发辫一样编成展馆的体量，它们的总长度超过46公里，总段数超过1000段。为了防止铝材料在阳光下燃烧，铝管表面涂上彩色聚合物，总共使用了6种颜色，多种色彩组合方式形成五彩斑斓的立面。

对于“运动与流动的象征性诠释”，西班牙建筑师兼工程师圣地亚哥·卡拉特拉瓦（Santiago Calatrava）将阿联酋馆设计成炫酷的“飞翔猎鹰”，由28个自动悬臂式机翼组成，他的概念灵感来自“阿联酋国鸟猎鹰的优雅和力量，象征阿联酋的开拓精神”。

总共4层楼的展馆面积超过15000平方米，它的屋顶结构本身就是一个混合系统，外壳、钢架与28个白色翼片融合在一起，使用了阿联酋本地生产的碳纤维。这些“翅膀”有的在半空中张开锐利的尖角，有的则朝着地面向下垂落。每个翼片围绕一个点，在110度到125度的范围内旋转打开，打开过程只需3分钟。

从机械原理来说，激活机翼旋转的是46个液压制动器，起到活塞的作用，液压油被推入这些制动器，扩大翼片的打开程度。卡拉特拉瓦还把阿联酋生产的光伏电池板集成到屋顶结构中，打开后收集阳光的能量，关闭时可以防止雨水和沙尘暴的侵袭。

展馆中心是一个多面的球形空间，内置带有升降平台的礼堂。淡蓝色的圆形奥克卢斯（Oculus）天窗占据着中央位置，置于28米的高度，一圈圈从小到大依次递增的圆环造型呼应着世博会的Logo标志——一枚2002年在迪拜马蒙地区Saruq Al Hadid遗址出土、具有4000年历史的金戒指。除了为球形空间提供自然光线以外，天窗周围还设有格栅，发生意外火灾时可以打开。

从今年10月初持续到明年3月末的2020迪拜世博会以“连接思想，创造未来”为主题，划分为机遇、移动和可持续发展三个主题区，每个主题区各有一座旗舰展馆。出自英国福斯特建筑公司（Foster + Partners）的移动主题馆是一个独特的三叶草形状，被闪亮的不锈钢翼片包裹。三片巨型花瓣从底部向外伸出，每片花瓣内部容纳一个展览大厅。

唤起运动感的是一条条横向的、曲线形的格栅，环绕着整个外立面，让人联想到赛车、飞机机翼等移动工具。翼片反射着周围的运动和光线，完成从白天到黑夜的转换。

“为了捕捉运动的概念，我们参考了风洞图像和航空元素。水平条带充当建筑的围护结构，加大宽度让光线进入内部。”福斯特建筑公司的合伙人建筑师杰拉德·埃文登（Gerard Evenden）说，“选择不锈钢而不是铝材料，是因为前者更易于制作出复杂的几何形状。”

花瓣之间的格栅被抬高之后，形成三个入口檐篷，游客从那里进入展馆，前往一座圆形的客梯。世博会组织者称之为“世界上最大的电梯”，一次可运送160多人，还有一道部分地下、部分露天的330米轨道环绕着展馆。

移动主题馆以阿拉伯文的第一个字母Alif命名，象征着“进步与新视野的开端”。移动性是人员、资本、数据、商品和服务、思想和文化的流动，既涉及物理的运输，也包括真实以及虚拟的连接。

馆内的沉浸式展览展示移动如何成为人类发展的驱动力，让观众了解如何通过人工智能、大数据、机器人技术、机器学习和自动交通等手段创建智慧城市，了解世界范围内运输货物的复杂过程，以及未来以人为本的城市中，流动性如何演变。

可持续发展区域内，主题馆Terra出自另一家英国建筑事务所格里姆肖（Grimshaw Architects）之手。作为能源效率、发电和水资源管理的创新手段，一棵跨度超过135米的太阳能电池板“能源树”，能够自己产生所有的水和能量。

受沙漠中的耐旱牧豆树Ghaf启发，格里姆肖事务所把主题馆设计成一个倾斜的、椭圆形的树冠，由97%的回收钢材制作，盛开在中央柱子上，跨度超过了135米。总共1055件太阳能电池板铺设在主树冠上，18棵较小的可旋转能源树围绕着它，上面同样安装了光伏装置，合在一起每年能产生4千兆瓦的电力。

除了光伏发电，清洁水来自回收的废水、冷凝水和微咸的地表水。主树冠同时充当雨水和露水的收集区，较小的树也能收集更多的水。如工作室所述，“我们的关键设计方法是开发基于地点的潜力位列矩阵，结合能源效率优化、现场能源生产和被动设计策略，水的再利用也是优先考虑事项”。

Terra展馆的建筑面积17000平方米，6000平方米的展览空间大部分置于嵌入地面的混凝土结构中，外墙是填充哈杰尔山脉石头的石笼墙。世博会结束后，这里将变成永久性的可持续发展博物馆。

像土地有限的新加坡一样，新加坡馆坐落在可持续展馆对面，占据世博会最小的地块之一，一座郁郁葱葱的三维花园，由多层次绿色空间构成自给自足的生态系统。在押韵的“自然、滋养和未来”英文标题下，新加坡WOHA建筑公司希望提供一份“自然之城”的样本，利用植物减少建筑对气候的有害影响。

世界碳排放量中近40%来自建筑和施工，WOHA将种植更多树木、创建更多绿色空间视为帮助恢复气候稳定的有效方式。他们曾在新加坡设计过一座老年人居住的绿色社区，混合住宅、社交空间和医疗设施等不同功能，阶梯形的屋顶上栽满了绿植，在2018年世界建筑节上被评选为“年度世界建筑”。

展馆中心是三个大型的圆锥体，从空中花园到垂直绿墙，被170多种来自新加坡不同栖息地的植物完全覆盖。游客沿着向上延伸的人行坡道，穿过热带雨林、红树林区和坡道两侧的小池塘，进入中心区。新加坡初创公司Oceania Robotics开发的三个攀爬机器人照料着这座立体温室，穿越绿墙、检查植物的状况并收集相应的环境数据。

不仅如此，这是能够在严酷沙漠环境中自我维持的绿洲，不需要使用主电源或水源，在世博会期间实现零能耗。平板形式的大屋顶上，517块太阳能板提供161兆瓦时的电力，海水淡化系统每天处理约40立方米的海水用于灌溉植物，并利用植物的蒸腾作用帮助冷却环境。

“除了自然和人造系统之外，我们还采用了被动策略，例如用于遮阳的屋顶飞檐、用于交叉通风的开放平面以及大量的自然采光。”WOHA设计总监潘鸿伟（Phua Hong Wei）这样说，“我们希望它作为与自然共生的建筑，具有扩展到城市环境的可适应性。”

同样位于可持续区域，同样是自我维持的微型世界，毗邻新加坡馆的荷兰馆创建了总建筑面积3727平方米的“群落生境”（Biotope），一个可以收集能源、制造雨水和生产食物的自循环系统，尝试作为水资源和粮食短缺、能源转型等问题的实验性解决方案。

展馆内，一座18米高、表面覆盖着可食用植物的锥体形垂直农场是主要的展览元素，烟囱状的结构本身有助于调节它的温度和湿度。锥体内的凉爽空间中，每天可以生长和收获数十公斤蘑菇，锥体外侧长满了芦笋、罗勒、薄荷等可食用植物。从空气湿度中提取的水用于植物灌溉，并净化成饮用水。

荷兰SunGlacier公司提供了这一集水系统，其工作原理是依靠金属板上的冷凝过程，一旦温度足够低，空气中的湿气就会凝结在金属板上，让水滴滚落下来。冷凝发生在锥体内部4米深的幽暗坑底，每天大约能收集800升水。

SunGlacier公司创始人艾普·范赫根（Ap Verheggen）解释：“炎热的沙漠看似干燥，空气中仍然含有大量水分，比荷兰多5倍。主要原因是持续高温不下雨，相对湿度比较低，但绝对湿度可能非常高。”

集水系统的电力来自太阳能，半透明的、类似彩色玻璃的光伏电池安装在展馆的屋顶上，夹在两块玻璃板中间，具有为食物和水系统供电、让阳光进入室内空间的双重作用。这些光伏电池同样经过了荷兰设计师玛丽安·范奥贝尔（Marjan van Aubel）的设计，面板以粉红和蓝色呈现出波纹效果，颜色允许波长在400～700纳米之间的光线透过，也就是植物进行光合作用所需的波长。色彩缤纷的光线投射到馆内，在一天的不同时间点，光线、色彩和颜色会发生变化，像是中世纪教堂里的彩色玻璃窗户效果。

过去几年，范奥贝尔的工作都是与太阳能电池有关，将它们集成到家具、灯具、窗户等物品中。她希望除了提供可再生能源外，太阳能电池也可以是一种美丽的艺术形式，并在生产过程中使用更可持续的材料。“标准的太阳能电池使用有毒性、高污染的多晶硅，这一次我们采用了第三代有机薄膜技术，工作原理与技术标准都迥异于单晶或多晶电池。”

这些彩色有机光伏电池是德国制造商Armour Asca的产品，吸光有机染料覆盖在二氧化钛纳米材料的微小颗粒上，将阳光转化为电能，再印刷在PET薄膜上。与传统的晶体太阳能电池不同，有机太阳能薄膜柔韧透明，可以做成蓝色、绿色、灰色、红色等，在形状、长度和尺寸方面也没有限制。

“群落生境”由鹿特丹V8建筑事务所设计，旨在提供“沙漠中的希望”，即使在干旱的条件下，也能依赖技术过上可持续的生活方式。V8的合伙人建筑师大卫·斯皮林斯（David Spierings）说：“我们的关注点在于向观众展示如何将水、食物和能源结合在一起的专业知识，了解这三个元素之间可持续的内在联系方式。展馆不是以视觉奇观存在，而是为了支持它作为‘收获机器’的功能。”

V8的另一个原则是不留痕迹，作为临时展馆，确保所有的建筑材料都可以重复使用或者回归土地。钢板墙壁、钢管屋顶是从当地公司租用的钢材，使用后返还当地承包商，地基避免使用混凝土。

意大利工作室Mogu提供了蘑菇菌丝体基底材料的地板和墙壁，可生物降解的顶篷和分隔空间的玉米聚合物幕帘是阿姆斯特丹Buro Beléns工作室的研究成果，帮助过滤掉导致晒伤的紫外线。世博会结束后，荷兰馆就可以按照原样归还地块，除了留在现场的沙子之外，似乎什么都不曾存在过。

展馆设计世博会建筑