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| FoAR | 前沿研究：探索暴露于风影响下织物的表达与功能 |
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论文标题：Exploring expressive and functional capacities of knitted textiles exposed to wind influence（探索暴露于风影响下织物的表达与功能）
期刊：Frontiers of Architectural Research
作者：Erica Hörteborn， Malgorzata A. Zboinska
发表时间：08 Oct 2021
DOI：10.1016/j.foar.2021.02.003
微信链接：点击此处阅读微信文章
FoAR是由高等教育出版社和东南大学建筑学院联合主办的全英文学术期刊
建筑学 / 城乡规划 / 风景园林
本刊已被 A&HCI / CSCD / Scopus / DOAJ 收录
FoAR 2021年度
最佳论文奖
本文是 Frontiers of Architectural Research（建筑学研究前沿 / FoAR）“2021年度最佳论文奖” 获奖文章之一。本篇推送为论文摘录，以中文表达简要介绍了原文的研究内容、方法和主要结论。感兴趣的读者，请点击文末左下方“阅读原文“，可免费下载原版英文全文。
Exploring expressive and functional capacities of knitted textiles exposed to wind influence
探索暴露于风影响下织物的表达和功能
Erica Hörteborn， Malgorzata A. Zboinska
Department of Architecture and Civil Engineering, Chalmers University of Technology, Go ?teborg, SE-412 96, Sweden
KEYWORDS：
Textile architecture / Knitted textiles / Kinetic architecture / Wind / Aesthetic qualities / Digital textile simulation
本文探讨的是建筑织物在风作用下的设计可能性。目的是研究如何利用这类织物来改变建筑外观和城市元素的静态表达，例如建筑立面和防风设施。设计调查是基于手摇针织机和数控针织机。四种针织技术——集圈组织（tuck stitch）、挂圈组织（hanging stitches）、移圈组织（false lace）、脱圈组织（drop stitch）——的定义是分别基于它们在织物表层和建筑尺度上可创造的三维效果。使用以上四种技术生产的织物样品受到气流的控制作用。此外，本文进行了数字实验，以探讨数字模拟纺织行为在风作用下的可行性。结果表明，特别是脱圈组织技术展示出了有趣的潜力。脱圈组织图案的多样化实现了建筑表层表达体积感的美学效果，也有利于降低风速。因此，这类纺织品可用于提高用户审美体验和多风城市环境下的建筑设计。
01引 言
虽然纺织品并不是常见的建筑材料，但织物建筑的案例倒是有几个。建筑师及建筑理论学家戈特弗里德•森佩尔（Gottfried Semper，1803-1879）曾说，墙体起源于织物的结构，比如席子。在《建筑四要素》（Die vier Elemente der Baukunst）一书中，他假定墙体的真正功能是作为一种围护结构，而不仅仅是承重结构。然而，纺织物也可以用来承受结构荷载。建筑师与工程师弗雷•奥托（Frei Otto，1925-2015）也许是设计张拉膜承载结构领域最具声誉的设计师了。塞尔维•克鲁格（Sylvie Kru ?ger）的著作《织物建筑》（2009年出版）也说明了这一点，织物建筑领域在设计方案中表现出了丰富性和多样性，无论是张拉织物还是非结构织物。
△ 脱圈组织结构进行风机实验 © 本文作者
建筑中的织物大多数使用的是“梭织”结构（woven），而“针织”结构（knitted）尚没有被广泛探索。与针织物相比，在梭织结构中，织物的性能与线的强度和刚度有直接相关性，因为其中的线是直向的。而在针织结构中，线形成了相互贯穿的圆环。因此，当施加外力时，织物会发生很大的变形，且线圈会被拉长。
△ Jenny Sabin的myTread展馆（图片源自网络）
△ Jenny Sabin的Lumen装置（图片源自网络）
虽然案例很少，但和针织有关的建筑设计和研究工作也是存在的。例如，Jenny Sabin设计的myTread展馆和Lumen装置、哥本哈根信息技术与建筑中心（CITA） 的Isoropia 和Hybrid Tower两个装置，以及Sachin Sean Gupta等人设计制作的Knit Tensegrity Shell项目，还有Sean Ahlquist制作的感官建筑。这些结构主要是基于张拉织物——材料被无限拉伸直至结构几乎硬化。它们被设计为静态展示，且就几何表达而言，只局限于双曲面的造型。
△ 哥本哈根信息技术与建筑中心（CITA） 的Isoropia装置（图片源自网络）
△ 哥本哈根信息技术与建筑中心(CITA)的Hybrid Tower装置（图片源自网络）
△ Sachin Sean Gupta等人设计制作的Knit Tensegrity Shell（图片源自网络）
另一种利用针织结构三维造型可塑性的方法就是将其用作混凝土或其他复合结构的模板。通过这种方法，就能生产出又薄又高效的复合材料。KnitCandela壳体结构就是这样的例子，是用混凝土浇筑的。关于这方面的研究提供了进一步研究复合材料壳结构的案例，其中针织结构应用了树脂进行硬化。同样，不同类型的针织结构，以树脂材料喷涂，以求生产出建筑幕墙面板单元。在关注三维表皮美学的探索中，有研究者使用了缩褶绣技术（Smocking，通过缝纫将织物堆褶的工艺）来制造混凝土结构的模板。
与上述工作相反，本文旨在探索更加宽松且具备可动性的织物。这种材料允许结构的移动、扩展，以及对风可做出动态反应，从而通过改变外观产生几何表达。对于这项研究来说，Janet Echelman的大型雕塑以及时尚工业界的作品都给予了作者灵感，比如Iris Van Herpen设计的与人体结构相关的新型织物运动装置。
△ 脱圈组织在放松状态与风荷载下的不同形态 © 本文作者
02结论与探讨
本文旨在检验和识别四种编织技术在风作用下对于织物建筑美学的塑造潜力。本研究的主要局限性是它包含了初次设计迭代所生产的织物样品调查。这项研究可以通过迭代最初织物设计的编织参数，进一步地发展为更多的纺织单元，从而展现出更显著和多元化的对于气流和风荷载的反应。数字模拟法和系统性地将针织技术的纱线结构转换为简化网格也值得我们做进一步的研究和探索。
△ 数字建模模拟集圈组织 © 本文作者
△ 数字建模模拟挂圈组织 © 本文作者
△ 数字建模模拟移圈组织 © 本文作者
△ 数字建模模拟脱圈组织 © 本文作者
潜在的建筑功能和应用
研究结果表明，脱圈组织编织技术在生产富有表现力的织物表面显示出强大的潜力，在气流的影响下，明显地易于改变其形状。因此，它似乎适用于设计各种类型的结构，例如城市水边的独立式防风林、承重立面及屋顶，以及在干旱多风气候下的轻型遮蔽棚。
增强用户体验与交互的潜能我们对纺织材料总有一种感官上的依恋，比如我们常穿的衣服以及家里摆设的家具。它们像是会邀请人们去与它们靠近、触摸、互动。正如前文所述，本文中所提出的织物结构有很大的潜力发展成高效的城市防风结构来定义空间，并创造舒适的风环境。然而，这样做的目的也是为了让人们可以直接接触到这些纺织品，而不仅仅是从远处观赏。如果将形式稳定的针织发展为可互动的结构，城市居民在没有风的日子里便可以重新配置它们，积极参与即兴建造环境的美学表达塑造中来。
针织材料应用于建筑学时遇到的阻碍和机遇在建筑语境中，有几点可能会成为针织结构设计中的障碍。首先，建筑师缺乏为针织结构设计草图的可能性。其次，用于生产针织结构的纺织设计软件和机器价格也十分昂贵，并不容易获取。此外，如将建筑师所使用的3D建筑模型转换并导入针织设计软件中，也并不是一件简单的任务。基于这方面的技术现状，尽管一些学者提出将建筑模型表皮的三维网格转化为针织图案，但这些工具和软件永远无法取代编织设计师的智慧与灵感。因此，关于织物在建筑尺度上的成功应用，似乎最好的解决方案就是跨学科之间的合作。基于合作，从3D模型到纺织品设计模式的转换将有助于设计师之间的交流和设计迭代。
△ 建模时使用的不同的网眼类型 © 本文作者
03作者简介
Erica Hörteborn
PhD Student
Architecture and Civil Engineering
Architectural Theory and Methods
Chalmers University of Technology, Go ?teborg, Sweden
Erica Henrysson has a double degree: MSc in Structural Engineering and a Master of Architecture. Since fall 2016 she is a PhD student and part of the Architecture and Engineering Research Group. She is researching kinetic architecture, with a focus on wind and textile. "Can we, with textiles, create architecture that can use wind and benifit from it?" She is working in an explorative and creative way , with form, material and production methods, as well as mathematical sketching, simulations and physical prototypes.
Malgorzata A. Zboinska
Associate Professor
Creative Leader of the Robotic Fabrication Laboratory
Architecture and Civil Engineering
Division of Architectural Theory and Methods
Chalmers University of Technology, Go ?teborg, Sweden
Malgorzata Zboinska is an associate professor in digital design, fabrication and new media art. She holds a PhD in digital architectural design with focus on architectural esthetics and design expression. She is an EU-licensed architect, a member of the Swedish Association of Architects and the National Chamber of Architects of Poland. In 2016-2019, she led an artistic research project on new esthetic approaches to designing interactive architectural environments - Architectural Convertibles, funded by the Swedish Research Council Vetenskapsrådet. In 2018-2020, she was a Work Package Leader in a project on robotic 3D printing using biobased composites Would Wood, funded by Sweden’s Innovation Agency Vinnova. Currently, she is also responsible for the development of the ACE Robotic Fabrication Laboratory as its Creative Leader and Main Robot Instructor.
论文引用格式
E. Ho rteborn, M.A. Zboinska. Exploring expressive and functional capacities of knitted textiles exposed to wind influence. Frontiers of Architectural Research, 2021; 10(3): 669-691.
摘要
This study explores the design possibilities with knitted architectural textiles subjected to wind. The purpose is to investigate how such textiles could be applied to alter the usual static expression of exterior architectural and urban elements, such as facades and windbreaks. The design investigations were made on a manual knitting machine and on a CNC (computer numerically controlled) flat knitting machine. Four knitting techniques- tuck stitch, hanging stitches, false lace, and drop stitch- were explored based on their ability to create a three-dimensional effect on the surface level as well as on an architectural scale. Physical textile samples produced using those four techniques were subjected to controlled action of airflow. Digital experiments were also conducted, to probe the possibilities of digitally simulating textile behaviours in wind. The results indicate that especially the drop stitch technique exhibits interesting potentials. The variations in the drop stitch pattern generate both an aesthetic effect of volumetric expression of the textile architectural surface and seem beneficial in terms of wind speed reduction. Thus, these types of knitted textiles could be applied to design architecture that are efficient in terms of improving the aesthetic user experience and comfort in windy urban areas.
本期编译｜黄越
内容校对｜唐芃
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Frontiers of Architectural Research（建筑学研究前沿 / FoAR）是由东南大学建筑学院和高等教育出版社联合主办的全英文学术期刊，已被A&HCI收录。FoAR 于2012年创刊，季刊（一年四期），自2022年1月起改为双月刊（一年六期）。本刊在Elsevier平台上发行，开放获取（Open Access），免费下载。期刊论文涉及领域包括建筑设计与理论、建筑技术科学、城市规划、风景园林、遗产保护等，覆盖建筑学、城乡规划和风景园林三个一级学科。本刊优先发表采用严格科学方法和前沿技术进行研究的学术论文，同时也欢迎探讨建筑社会属性的高水平文章。对所有论文将严格进行同行评议并只接受英文投稿。
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