摘  要：自从进入现代主义以来，艺术与设计领域就开始了对“行为”的关注，特别是近几年，科技发展带来的智能化趋势使得建筑设计师利用互动技术来设计实现拥有自身行为的建筑变得可能。本文从建筑设计形式对“行为”的学习入手，进入对建筑动态行为的探索。然后，通过建筑被动性适应环境产生的动态行为与建筑智能性主动与人进行互动的行为两个方面的论述，揭示当下互动建筑的主要展现形式。最后以实例的方式描绘面向生物行为的互动建筑发展方向。

关键词：行为，互动建筑；互动行为；设计

行为（Behavior）一词在牛津词典中的解释为：“人、动物、植物、化学品等等在某种特定情况下的表现或作用。^[1]”近十年的建筑设计已经从单纯的造型仿生向行为仿生迈进。建筑空间互动装置作品“行为种群（PerformativeEcologies）”（图1）由若干舵机驱动的悬挂LED条棒部件组成，每个LED部件均装有摄像头能捕捉从旁边经过的人群以及人的表情甚至周围部件的运动状态，通过单片机来控制LED光棒的摆动频率产生出类似于蝴蝶翅膀拍打的仿生效果。这正体现了福克斯在《互动建筑将改变一切》一文中提出的“有机模式是对生命的模仿，是发展和互惠的。^[2]”

                             图1行为种群

1.并置-静态建筑设计的行为再现

建筑设计领域对行为的学习由来已久，可以追溯到艺术领域对行为的研究，特别是由并置的动作系列来描述一种行为。早在十九世纪法国的艾提安-朱尔斯-马莱（Etienne Jules Marey）通过连续拍摄将运动分解成若干片段，并置片段试图重现身体作为一种机械的具体运动规律-即运动作为行为本身。现代艺术巨杜尚的作品“下楼梯的裸女”在马莱的基础之上进行了进一步的抽象，表达成带有机械运动感的建筑图解。

景观建筑作品“空气工厂在北京”就是一次建筑设计对烟线运动行为的再现，首先在Maya软件里模拟烟线随时间的生成状态以并置时间序列的方式研究烟线运动的层流与湍流行为（图2）。然后以通过并置烟气的层流形态生成建筑的平面图解与支撑结构的几何形式（图3）。 建筑的维护结构为布帘，当风速较小空气湿度大（形成严重空气污染的气象条件）时布幕下落分隔室内外空间，空气净化系统开启。当风速大空气湿度小时布幕升起（空气较好），建筑本身成为景观构筑物亭子。

                                图2烟线运动行为再现

                               图3“空气工厂在北京” 撑结构透视图

2.建筑的动态行为

自从英国电讯派(Archigram)的出现打破了建筑应该是相对静止的这一固有观念以来，让建筑拥有属于其本身的行为变得愈发的诱人。建筑环境作为人居环境的组成部分对光、风速、湿度、温度与声音等的物理响应应当被看做是建筑环境的适应性行为。

装置作品“被动展开的华盖（Passive Deploy Canopy）”（图4）就是一个可以感应环境的湿度或温度来调整空间形态，创造不同的遮阳空间效果的构筑物。其随物理环境变化所展现出的被动式的适应行为如同自然界的花开花谢一样具有美感。

                                     图4 被动展开的华盖

   作品“光的触及（LightTouch）”（图5）源于和挪威设计师的合作，挪威是高纬度地区，极昼现象是挪威的地域特征之一，极昼期间没有黑夜但相对应的时刻太阳的高度很低，阳光穿过挪威的森林留下长长的光影。该作品通过建筑行为的设计来再现挪威特殊的地域环境，通过格栅墙上部的摇臂调节灯光上下位置，递进式的机械传动效果使得灯光组能够模拟极昼发生时一天当中太阳的不同高度位置从而再现极昼发生时太阳的轨迹。

                                 图5 光的触及

3.建筑的智能化互动行为

随着计算机程序开发者对不同功能函数程序包的开发，程序编写过程被大大简化，使得非计算机软件专业人员在了解主要函数的功能与基本语法的情况下就可以通过简单的函数调用来编写应用程序。再加上单片机（以Arduino系列为主）、传感器等硬件产品的模块化与廉价化，设计师能够借助新技术制作建筑原型，实现自己对建筑互动行为的设想与控制。通过超声波传感器或摄像头等等精确感知人的活动甚至于表情，然后由单片机控制电器或电机部件传动，最终达到建筑界面的响应性行为。

作品“光影之墙”是建筑的界面光影设计探索，从设计哲学上是为了再现中国传统的黄色烛火映照的红灯笼。人经过时人能感受到微风吹来，并且观察到红色光芒的叶片上金色的光弧。装置下部装有超声波距离传感器可以感应走过的人群或肢体动作，预先开启一侧LED风扇感应到物体之后关闭后排打开前排（图6）。程序主题分成两个部分，第一部分是输入信号处理，通过超声波距离传感器返回给Arduino平台的数值判断是否有人靠近。程序主体如下：

float scan()                              

{digitalWrite(端口1, HIGH);//发出超声波信号

     delayMicroseconds(10);                 

digitalWrite(端口1，LOW);//停止发出超声波信号      

pulseTime = pulseIn(端口2,HIGH);  );//接收返回超声波信号

distance = pulseTime/58;  // 根据声波接收时间转换成距离值 

delay(100); }

第二部分是关闭与打开的动作均通过Arduino平台DigitalWrite函数来实现，该函数能够控制指定的数字信号端口输出开或关的信号电压，该电压通过继电器模块控制相应连线的LED风扇组的开关。程序主体如下：

void loop() { scan(); //调用距离传感器函数

if (distance<=70)//如果距离小于70

  { digitalWrite(端口3,HIGH);//端口3开信号电压

    digitalWrite(端口4,LOW);}//端口4关信号电压

else//如果条件不满足

  {digitalWrite(端口3,LOW); //端口3关信号电压

   digitalWrite(relay2,HIGH);  }//端口4开信号电压

展示模型LED风扇组呈纵列式排布，根据人的不同位置使得相应的纵列双排LED风扇转换运行。这种智能的转换方式，可以根据不同情况采取横列、纵列或几个一小组的成组方式显现出多样的展示效果（图7）。

                               图6光影之墙

                           图7“光影之墙”多样化展示效果

互动建筑的出现对设计师提出了更多的要求，设计师需要了解基础的编程知识与计算机硬件以及电路知识。几乎在所有的互动行为设计中都涉及信号电压来控制电器来实现所设计的互动行为，设计师需要了解和亲身测试这些技术以便运用这些来达成自己的设计愿景。甚至在某种程度上讲互动建筑设计师需要是一个人工智能的爱好者，并且能够开发一些小型人工智能装置才能指导相关技术人员在大体量的建筑空间上去实现设计目标。从这个意义上说，设计师传统的依靠图纸与计算机建模的工作方式已经不足以支撑起面向互动行为的建筑设计，设计师要通过实际的制作过程来装配与测试各种可能的技术，这种新要求可以看作是在设计师传统的依赖实物模型的制作来推敲方案的技术介入，但这绝不是单纯的实物模型加技术，这是一种面向建筑原型（Architectural prototype）的设计。从“图解” ^[3]的概念出发，可以认为与之相类似的“原型”是一部抽象的机器，“原型”中会包含各种不断变化的要素，如空间与行为、力与运动、位置与布局等等。“原型”描述了被感应的人的行为建筑行为之间所包含各元素之间的潜在关系，描绘了通往建筑行为的地图。

4.面向生物行为的互动建筑

迈克尔.A.福克斯在描述互动建筑时写到“…像是一个综合的非机械设备控制一个机械设备。人类的身体正是由骨骼、肌肉、筋腱和控制这些部件进行反应的脑系统组成，而构建一个建筑物从某种意义上说就像是人类的身体。^[2]” 互动建筑的使命就是赋予人居环境以“生命”，通过智能仿生的控制系统创造仿生行为。

作品“可适应性的眨眼（adaptive blinking)”试图建立一套模仿人眼睛与瞳孔缩放行为的建筑表皮系统（图8）。这套表皮系统由两个部分组成，其一是可以相应人的水平位移而改变凹凸曲线的眼皮部分。其二是作为幕墙凹凸的干扰因子并与人进行互动的眼球部分。眼皮部分模仿吊车梁机械运动设计的双轨干扰机械臂格栅组组成，而眼球部分是利用机械伸缩杆原理模仿瞳孔缩放行为的环状结构。环状结构通过感应人的距离远近产生放大圆环或紧缩的行为，并通过双轨结构支撑的电机驱动横向运动来追随人的水平移动，同时作为干扰因子干扰表皮机械臂格栅组。构想是用柔性可伸缩表皮材料连接各个表皮机械臂格栅达到连续的表皮曲线。这套系统的“原型”实物模型由于牵扯到的机械运动类型过于多样而没有实现完全自动的互动效果，最后需要借助无线电操控手柄来操控系统进行行为展示，但是这并不影响该“原型”在探索互动建筑的仿生行为方面的启发性价值。

                             图8可适应性的眨眼

由于受制于机械结构转动的单一性与处处需要解决的转动与摩擦问题，完全的机械结构在仿生行为方面有所欠缺。气囊与弹性膨胀材料的可能性为互动建筑的仿生行为探索开启了另一扇门，尽管这种方式与机械结构一样已经具有漫长的历史。早在1967年成立的Haus-Rucker-Co就完成了无数充气建筑,现在我们称这种通过运用新材料和新技术改良的充气结构为“软体机器人（softrobotic)”。硅胶是一种廉价且性能优越的互动建筑“原型”材料，作品“卷起（Furl）”就是用软硅胶浇筑的空气肌肉，通过设计不同部位的物理形状与厚度使得该部件能够充分调和膨胀变形，从而达到预期的生物运动行为效果。最后作品通过结合建筑的静态支撑结构与软体的互动部件最终形成建筑体，就像人体的骨骼与肌肉（图9）。

当然面向生物行为的互动建筑并不是单单指向建筑行为，同样也涵盖建筑系统对人体生物行为的识别。随着高科技体感技术的商品化，诸如 “头皮脑电传感器（EEG)”,“数据手套（data glove)”等得普及，使得设计师可以快捷便利的获得人体生物行为甚至情感波动的数据，并以此为依据调控建筑行为。作品“卷起”就是采用EEG收集使用者的情绪变化来控制软体结构部分的充气与抽气，从而实现建筑对使用者情绪的响应。

                          图9卷起

5.结语

在《第一机械时代的理论与设计》一书的开篇中，雷纳班纳（Reyner Banham）展望了第二机械时代，这是一个机械微小化、家居化为特征，区别于第一机械时代以大机器资本主义为特征的时代。

当下的中国正在处在经历万众创新的时代，这也要求设计师承担更多社会创客的角色，建筑设计师不能仅仅依靠电气设备工程师来提出智能建筑的构想，而互动建筑开启的对建筑行为的思索为建筑设计师指明了前进的方向。

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