钛百叶窗的可能性

 
座谈
嘉宾:知见彻摩(新日铁住金股份公司)
清水宽史(日本铁板股份公司)
上田智志(三和Tajima股份公司)
宫泽一彦(隈研吾建筑都市设计事務所)
主持人:中崎隆司
轻量、不生锈、高强度的钛
中崎:一直以来建筑金属材料大多使用铁、铝、铜。近年,与这些材料特性不同的钛开始进入建筑用材料,据说还在替换现有建材。为了更进一步使用钛建材,隈研吾*先生关照的钛项目也正在进行当中。
    今天与一起参与这个项目的三家企业以及隈事務所的负责人宫泽一彦先生边探讨钛的知识,边探寻今后建筑用钛的可能性。
知见:钛是一种新的金属。铜的使用已有6000年,铁有4000年,铝有近200年的历史,而钛工业生产只有70年的时间。虽然钛矿发现的时间比这更久远一些,但如同被命名为希腊神话中被封入地底的泰坦(巨人)一样,费了好一番功夫才提取到钛金属。而它被用于建筑仅有45年的历史。
    钛作为金属,具有轻量、不生锈、强度高三个特征,主要用于飞机、机械设备、换热器等。
    轻量关乎安全性和抗震性,能够减轻加工及施工时的负担。不生锈的特征可以降低生命周期成本(LCC),不需要维护,使用范围广。另外,由于强度高,其板厚比铝要薄,而且对环境几乎没有影响。钛也被用于人工骨及人工关节,是一种生物体适合性较好的材料。
    此外,钛材在意匠性(构思创新性)方面的显著特征就是有干扰色。由于钛建材表面存在无色透明的氧化膜,所以钛材不会生锈,光通过这层膜发生干涉,进而产生各种颜色。用在外墙的话,它会随着早中晚光照的不同颜色发生变化,也会随着人站的位置以及看的角度不同颜色发生变化。这种效果很有趣。
在国外不断扩展的钛建材
知见:钛的质地是有光泽质感的,但通过喷砂氧化铝处理后,就变得没有光泽感了。以浅草寺(宝藏门2007年、正殿2009年、五重塔2017年)为代表的传统建筑正在用钛替换掉原先的瓦、铜屋顶、丝柏树皮屋顶,离子镀金钛作为金的替代品也正在逐步应用。
清水:钛建材在现代建筑上的应用主要见于国外建筑。法兰克·盖瑞(Frank O. Gehry)设计的Bilbao Guggenheim 美术馆(1997年)是大量使用钛材的一个契机。盖瑞很喜欢干扰色,他设计的意大利Marqués de Riscal宾馆(2004年)就采用了新日铁住金的钛。此外,法国的建筑家保罗看到Bilbao Guggenheim 美术馆用钛后,也推荐中国国家大剧院(2007年)采用新日铁住金的钛。

我第一次负责日本用钛建筑是丹下健三先生设计的富士电视台本部大厦球形瞭望室。当时采用了有光泽的无光精轧(ND10)。菊竹清训先生也会根据建筑物设计使用不同的钛材。如岛根县立美术馆(1998年)采用了表面经过酸洗的白色钛屋顶,九州国立博物馆(2004年)采用了有光泽度的蓝色屋顶。外墙首次采用钛材的大型建筑是昭和馆(1998年),钛材板厚1.5mm,长7m,没有任何变形。我认为这是建筑用钛的一个代表。
知见:我们在“机能+意匠”观点下,为了将钛从建筑推广至民品所有意匠产品,前段时间成立了设计性钛的品牌——TranTixxii。近年巴黎郊外的M6B2 Tower of Biodiversity(2016年)的外墙也采用了绿色的结晶钛。据说其构思源自于日本苔藓。为了满足法国建筑家Maison Edouard Francois的要求,反复试验后实现了此风格和色调。另外,更能让钛的建筑构思得以展现的一个项目就是此次我与隈研吾先生一起推进的钛制百叶窗成品。
中崎:从隈先生的建筑可以知道,近20年百叶窗已作为一种新颖的构思被使用。宫泽先生作为负责人,在考虑钛制百叶窗的时候,最初是怎么想的呢?
宫泽:一直以来,我自己都没有在建筑上使用过钛,与铝等相比,钛给人感觉实在太贵。因此,我首先想的使如何克服这一点才是关键。
另外,市场上已经有很多铝制百叶窗。铝制百叶窗是挤压材,通过延展同一断面进行生产,因此可以进行平断面的设计,但是却没法设计侧面。我认为这是我考虑钛制百叶窗设计的一个原因。
    在我们事务所,可以说在重视材料的建筑当中使用百叶窗是一个主流。如同过去的格子那样,百叶窗自身不仅是一种设计,而且也具有一定的功能。从这种意义上而言,可以说百叶窗并不是短暂性的东西。
正如隈先生所说,百叶窗可以将光变成一粒一粒的(光的粒子化),从而引入光源。因此,百叶窗有过滤器的作用。另外,在建筑就地取材这种潮流当中,百叶窗并不是简单地挂几张板子,而是如何让光的粒子化适应某个场所(土地),并进行调整的一种方法。
    此次,刚开始与隈先生商量的时候,我对无光精轧加工后温和反射这一点非常感兴趣。因为能制造多薄是一个重点,因此首先深入研究这一点,在三和Tajima工厂制造了百叶窗的全尺寸模型。
上田:我们最近用钛制作了中目黑(日本一地名)换气所(2014年)的外墙板,在充分利用上次经验的同时,此次生产的全尺寸模型背面采用了不锈钢,确保了强度。因为从成本上来说,钛材部分变薄、变轻后,就很难确保自身的强度。
宫泽:全尺寸模型采用了两种厚度生产。生产了两种厚度的全尺寸模型后发现,0.6mm的出现了少许变形,因此通过验证就知道如果要实现产品化的话,厚度必须为1mm。
上田:再加上钛与其他的金属相比回弹,也就是反弹力强,给人感觉非常硬,一旦压下去后就很难矫正。这一点应该如何突破呢?
知见:钛的杨氏模量低,弯曲部分通过弹性变形有回复的倾向。在这种情况下,如何使原材料加工能容易些呢?我们从中建议后最终使钛材变得能够承受大部分压力加工。我认为,这二十年材料得到了很大的改良。
材料改良后可实现复杂成形
清水:说起材料改良,在设计浅草寺钛瓦的同时,我们也摸索了与适合钛风格的形状。生产鬼瓦的时候我们研发了柔软、使用方便的钛材料。市场上的普通钛材复杂形状成形较难。因此,估计谁也没有想到像这么复杂的鬼瓦能用钛做出来吧。
宫泽:钛的特性在神社寺庙建筑替换用瓦以及鬼瓦的制作上表现得淋漓尽致,与这些建筑可谓达到最佳匹配。我认为材料改良后,替换百叶窗时还可以用模具,即通过压膜附着上表情。
上田:这与我们的要求方向一致。事实上,项目启动时要求产品简洁化,但这样一来难以做到差别化销售。因此,我当时考虑能不能请他们差别化设计,比如在材质上下功夫。材料表面附着表情后,从远处看时就可以区别于铝制百叶窗。
知见:基础、简洁,又有个性,更容易使用。
宫泽:的确,如果满足使用者目的,那挑选起来也很容易。目前正在讨论给国外工程当中产品化的“烤杉”(烧焦表面并且析出木纹的杉木)及杉皮上添加百叶窗的事宜。

浅草寺宝藏门的钛制鬼瓦

钛的使用便利性凌驾于价格
宫泽:成本方面,或许可以突破使板厚变薄这个难关。我在想,板变薄后,通过附着材料能不能提高材料面的强度。我听说塑料铸模可以进行金属的压制。如果真的可以做到的话,模具费用就会降低,耐用性方面没有问题的话,就可以通过少量生产降低成本。
上田:的确有这样的成本及强度确保问题,我们也正在实验当中。另外,百叶窗安装到什么位置以及如何应对安装墙壁的材料,都是今后需要探讨的。
知见:事实上钛的价格并没有大家印象当中那么高。钛的比重轻。我认为板厚变薄后,通过努力有可能实现每单位面积或每个零件的价格接近现在的通用材料。
与镁等其它金属相比,钛非常容易生产。它不生锈,也可以冲压加工。有厚板、薄板、棒材、线材、压模产品、管材等所有的材料种类,生产简单程度接近于通用品。
由于钛的确具有高级感和设计性,因此我认为这将会显现出凌驾于价格之上的性价比效果。另外,轻量的钛材能够减少其对结构件的负担,因此这样可以降低成本,对各方面都有益。
我认为让设计者和施工者多了解钛,让更多的人能够使用钛制百叶窗等先进的钛建材,钛将会拥有无限的可能性。