鈦百葉窗的可能性

 
座談
嘉賓:知見徹摩(新日鐵住金股份公司)
清水寬史(日本鐵板股份公司)
上田智志(三和Tajima股份公司)
宮澤一彥(隈研吾建筑都市設計事務所)
主持人:中崎隆司
輕量、不生銹、高強度的鈦
中崎:一直以來建筑金屬材料大多使用鐵、鋁、銅。近年,與這些材料特性不同的鈦開始進入建筑用材料,據說還在替換現有建材。為了更進一步使用鈦建材,隈研吾*先生關照的鈦項目也正在進行當中。
    今天與一起參與這個項目的三家企業以及隈事務所的負責人宮澤一彥先生邊探討鈦的知識,邊探尋今后建筑用鈦的可能性。
知見:鈦是一種新的金屬。銅的使用已有6000年,鐵有4000年,鋁有近200年的歷史,而鈦工業生產只有70年的時間。雖然鈦礦發現的時間比這更久遠一些,但如同被命名為希臘神話中被封入地底的泰坦(巨人)一樣,費了好一番功夫才提取到鈦金屬。而它被用于建筑僅有45年的歷史。
    鈦作為金屬,具有輕量、不生銹、強度高三個特征,主要用于飛機、機械設備、換熱器等。
    輕量關乎安全性和抗震性,能夠減輕加工及施工時的負擔。不生銹的特征可以降低生命周期成本(LCC),不需要維護,使用范圍廣。另外,由于強度高,其板厚比鋁要薄,而且對環境幾乎沒有影響。鈦也被用于人工骨及人工關節,是一種生物體適合性較好的材料。
    此外,鈦材在意匠性(構思創新性)方面的顯著特征就是有干擾色。由于鈦建材表面存在無色透明的氧化膜,所以鈦材不會生銹,光通過這層膜發生干涉,進而產生各種顏色。用在外墻的話,它會隨著早中晚光照的不同顏色發生變化,也會隨著人站的位置以及看的角度不同顏色發生變化。這種效果很有趣。
在國外不斷擴展的鈦建材
知見:鈦的質地是有光澤質感的,但通過噴砂氧化鋁處理后,就變得沒有光澤感了。以淺草寺(寶藏門2007年、正殿2009年、五重塔2017年)為代表的傳統建筑正在用鈦替換掉原先的瓦、銅屋頂、絲柏樹皮屋頂,離子鍍金鈦作為金的替代品也正在逐步應用。
清水:鈦建材在現代建筑上的應用主要見于國外建筑。法蘭克·蓋瑞(Frank O. Gehry)設計的Bilbao Guggenheim 美術館(1997年)是大量使用鈦材的一個契機。蓋瑞很喜歡干擾色,他設計的意大利Marqués de Riscal賓館(2004年)就采用了新日鐵住金的鈦。此外,法國的建筑家保羅看到Bilbao Guggenheim 美術館用鈦后,也推薦中國國家大劇院(2007年)采用新日鐵住金的鈦。

我第一次負責日本用鈦建筑是丹下健三先生設計的富士電視臺本部大廈球形瞭望室。當時采用了有光澤的無光精軋(ND10)。菊竹清訓先生也會根據建筑物設計使用不同的鈦材。如島根縣立美術館(1998年)采用了表面經過酸洗的白色鈦屋頂,九州國立博物館(2004年)采用了有光澤度的藍色屋頂。外墻首次采用鈦材的大型建筑是昭和館(1998年),鈦材板厚1.5mm,長7m,沒有任何變形。我認為這是建筑用鈦的一個代表。
知見:我們在“機能+意匠”觀點下,為了將鈦從建筑推廣至民品所有意匠產品,前段時間成立了設計性鈦的品牌——TranTixxii。近年巴黎郊外的M6B2 Tower of Biodiversity(2016年)的外墻也采用了綠色的結晶鈦。據說其構思源自于日本苔蘚。為了滿足法國建筑家Maison Edouard Francois的要求,反復試驗后實現了此風格和色調。另外,更能讓鈦的建筑構思得以展現的一個項目就是此次我與隈研吾先生一起推進的鈦制百葉窗成品。
中崎:從隈先生的建筑可以知道,近20年百葉窗已作為一種新穎的構思被使用。宮澤先生作為負責人,在考慮鈦制百葉窗的時候,最初是怎么想的呢?
宮澤:一直以來,我自己都沒有在建筑上使用過鈦,與鋁等相比,鈦給人感覺實在太貴。因此,我首先想的使如何克服這一點才是關鍵。
另外,市場上已經有很多鋁制百葉窗。鋁制百葉窗是擠壓材,通過延展同一斷面進行生產,因此可以進行平斷面的設計,但是卻沒法設計側面。我認為這是我考慮鈦制百葉窗設計的一個原因。
    在我們事務所,可以說在重視材料的建筑當中使用百葉窗是一個主流。如同過去的格子那樣,百葉窗自身不僅是一種設計,而且也具有一定的功能。從這種意義上而言,可以說百葉窗并不是短暫性的東西。
正如隈先生所說,百葉窗可以將光變成一粒一粒的(光的粒子化),從而引入光源。因此,百葉窗有過濾器的作用。另外,在建筑就地取材這種潮流當中,百葉窗并不是簡單地掛幾張板子,而是如何讓光的粒子化適應某個場所(土地),并進行調整的一種方法。
    此次,剛開始與隈先生商量的時候,我對無光精軋加工后溫和反射這一點非常感興趣。因為能制造多薄是一個重點,因此首先深入研究這一點,在三和Tajima工廠制造了百葉窗的全尺寸模型。
上田:我們最近用鈦制作了中目黑(日本一地名)換氣所(2014年)的外墻板,在充分利用上次經驗的同時,此次生產的全尺寸模型背面采用了不銹鋼,確保了強度。因為從成本上來說,鈦材部分變薄、變輕后,就很難確保自身的強度。
宮澤:全尺寸模型采用了兩種厚度生產。生產了兩種厚度的全尺寸模型后發現,0.6mm的出現了少許變形,因此通過驗證就知道如果要實現產品化的話,厚度必須為1mm。
上田:再加上鈦與其他的金屬相比回彈,也就是反彈力強,給人感覺非常硬,一旦壓下去后就很難矯正。這一點應該如何突破呢?
知見:鈦的楊氏模量低,彎曲部分通過彈性變形有回復的傾向。在這種情況下,如何使原材料加工能容易些呢?我們從中建議后最終使鈦材變得能夠承受大部分壓力加工。我認為,這二十年材料得到了很大的改良。
材料改良后可實現復雜成形
清水:說起材料改良,在設計淺草寺鈦瓦的同時,我們也摸索了與適合鈦風格的形狀。生產鬼瓦的時候我們研發了柔軟、使用方便的鈦材料。市場上的普通鈦材復雜形狀成形較難。因此,估計誰也沒有想到像這么復雜的鬼瓦能用鈦做出來吧。
宮澤:鈦的特性在神社寺廟建筑替換用瓦以及鬼瓦的制作上表現得淋漓盡致,與這些建筑可謂達到最佳匹配。我認為材料改良后,替換百葉窗時還可以用模具,即通過壓膜附著上表情。
上田:這與我們的要求方向一致。事實上,項目啟動時要求產品簡潔化,但這樣一來難以做到差別化銷售。因此,我當時考慮能不能請他們差別化設計,比如在材質上下功夫。材料表面附著表情后,從遠處看時就可以區別于鋁制百葉窗。
知見:基礎、簡潔,又有個性,更容易使用。
宮澤:的確,如果滿足使用者目的,那挑選起來也很容易。目前正在討論給國外工程當中產品化的“烤杉”(燒焦表面并且析出木紋的杉木)及杉皮上添加百葉窗的事宜。

淺草寺寶藏門的鈦制鬼瓦

鈦的使用便利性凌駕于價格
宮澤:成本方面,或許可以突破使板厚變薄這個難關。我在想,板變薄后,通過附著材料能不能提高材料面的強度。我聽說塑料鑄??梢越薪鶚艫難怪?。如果真的可以做到的話,模具費用就會降低,耐用性方面沒有問題的話,就可以通過少量生產降低成本。
上田:的確有這樣的成本及強度確保問題,我們也正在實驗當中。另外,百葉窗安裝到什么位置以及如何應對安裝墻壁的材料,都是今后需要探討的。
知見:事實上鈦的價格并沒有大家印象當中那么高。鈦的比重輕。我認為板厚變薄后,通過努力有可能實現每單位面積或每個零件的價格接近現在的通用材料。
與鎂等其它金屬相比,鈦非常容易生產。它不生銹,也可以沖壓加工。有厚板、薄板、棒材、線材、壓模產品、管材等所有的材料種類,生產簡單程度接近于通用品。
由于鈦的確具有高級感和設計性,因此我認為這將會顯現出凌駕于價格之上的性價比效果。另外,輕量的鈦材能夠減少其對結構件的負擔,因此這樣可以降低成本,對各方面都有益。
我認為讓設計者和施工者多了解鈦,讓更多的人能夠使用鈦制百葉窗等先進的鈦建材,鈦將會擁有無限的可能性。