高密度发展与建筑实验：三维立体原理为城市超负荷运行寻找出路

三维立体原理，是指建筑功能和空间无法用传统二维平面结构组织，而以三维立体的空间结构完成各功能和空间之间的组构和连接，在有限用地上开拓空间，并构筑品质优良且各部分协调运作的建造环境，达到便利、高效和集中的效能。

这一原理体现了垂直都市主义的观念。所谓“垂直都市主义”，意为城市视角下的二维平面基础上增加了第三垂直向度的建筑与城市环境的整体观念。因高密度发展中涉及的建筑是处于城市中的建筑，离开建筑周围的城市环境也就失去了其密度的概念和意义，故以垂直都市主义的观念强调三维立体原理的垂直向和都市性。后文的整体都市主义概念也具有同样的所指，只是更强调它的整体性。

在城市高密度环境中，建筑必须接受主要向空中拓展空间时，三维立体空间结构势必作为一种主要方式，解决建筑寻求空间、自身功能和空间的复杂关系，以及与城市环境的协调共生的问题，并将替代二维平面结构。在城市高密度地区，由于土地资源的有限性，以及紧凑复杂的城市环境，二维平面结构不仅不能使建筑获得更多的空间，而且会造成自身功能和城市功能都不能有效实施。作为城市高密度环境下的建筑应变方法，传统的二维平面观念被三维立体理念所替代是必然的逻辑结果。

三维立体原理的基本思路是向天空和地下垂直竖向三维拓展功能和空间，在三维的空间坐标中，化解各种矛盾，并建立立体形态系统。其指导思想是建筑功能和空间的多维度组构、布局和综合利用。这种空间结构较好地运用了多向度叠加、悬挑、飘浮等手法来整合建筑及周边环境，促进土地使用的集约化，实现分合有序、集中高效和便利的目标。

如果说，空中空间利用原理是应对城市高密度环境的建筑最基本的原理，那么，三维立体原理事实上是一种形式原理，在以三维立体的空间结构形式解决高密度环境中建筑的空间布局和功能安置的同时，其他的原理通过三维立体形式实现它们自身的目的。

三维立体原理主要包含以下具体形式：

（1）叠加模式；

（2）悬挑模式；

（3）飘浮模式；

（4）建筑基面三维连续立体化；

（5）建筑公共空间与城市公共空间的三维接驳；

（6）地下空间的开拓。

三维立体原理较早是以三维化机动车交通系统和人行步道系统出现在城市之中，并以具有强烈立体化特征的交通系统所展示的形象成为当代城市步入现代化的标志。工业革命后城市急剧扩张，城市建筑密度和人口密度激增。大容量、大体量的建筑物或高容积率的摩天大楼充斥一些大城市的中心地区，并以不可阻挡的趋势争夺着城市空间，挤压着城市道路，传统的低密度城市道路的条件状态已经远远不能满足增加了几十倍建筑容量的高密度环境负荷要求。

面对城市高密度发展所带来的问题，诸如道路拥挤、缺乏城市公共空间，以及高容积率建筑所带来的建筑物之间联系的不便利等。城市需要有别于传统二维平面的城市公共空间和交通空间的组织模式，为高密度地区的城市超负荷运行寻找出路，三维立体原理对城市的这种要求给出答案。三维立体化意味着多层复制了原来有限的二维城市道路空间，以多层次的形式扩张了城市道路面积，也意味着将城市二维地面进行分解，并以不同高度和层次重构，创造有机网络的三维空间路径，是一种有机的、立体的、多层次的且成网络结构的城市交通系统。

三维立体原理打破了人们对传统城市有关城市道路在城市地面标高上的习见，除了在城市的上空找到三维空间路径之外，它在原始地面的分解也意味着在垂直方向上可以趋向相反的方向，在城市地下找到更多的利用空间。逻辑上，三维立体原理也包含城市地下空间的三维化，在地下容纳地铁、人行步道等城市交通空间、安置各种城市管线和市政设施所需的空间，甚至可以是包含城市各种功能的一座“地下城”。

三维立体原理不仅仅是解决城市交通困境的有效方法，也是城市发展所需空间的集约化途径。

广义建筑学观念认为，城市与建筑是互为依存的统一体，建筑不再作为一个孤立元素存在于城市，而是城市整体不可分割的一部分，是城市有机体的组成细胞。那么，建筑的三维立体化自然是三维立体高密度城市的衍生结果，也是必然的逻辑结果。对于处于城市高密度地区的建筑物，三维立体是它的存在形式。同时，建筑的三维立体化也需要城市以同样的形式与之相协调。

三维立体原理对于城市高密度环境中的建筑具有以下三方面价值：

首先，三维立体化可以提高建筑容量——建筑容积率，理论上只要技术允许，可以将二维平面上的功能和空间不断地在垂直方向复制拓展，可以获得“无限”的建筑空间，安排“无数”的功能。

其次，处于高密度环境中的建筑通常需要集多种多样的功能和空间于一体。以传统二维平面方式，已经无法处理各种功能和空间之间的复杂关系，尤其那些建筑综合体或城市综合体，而越来越常见的巨构建筑物更是将部分城市功能和空间融入建筑内。这些建筑已经不再是传统类型学意义的建筑物，它们甚至就是一座城市中的城市，而三维立体化模式可以有机协调建筑各功能和各空间关系。

再有，三维立体模式可以降低高密度的感觉密度。在不能改变物理密度的前提下，同一空间中，可以安排处于不同高度的空间，减少人们的相互接触，降低环境信息的输入水平，减少感觉过载，实现环境心理学所认为的降低感觉密度，最终降低高密度的拥挤感。

叠加模式

叠加模式是指建筑构成的实体要素在垂直竖向以三维立体方式叠加，完成各空间和各功能之间的连接和组构，构筑具备优良品质且各部分协调运作的建造环境，以达到便利、高效和集中。叠加模式是三维立体原理最基本和具体的一种形式，也是“空中空间利用”“杂交与共生”和“空间补偿”等原理的一种实现形式。

稀缺的土地和昂贵地价与大量建筑空间的需求之间的矛盾导致人们只能通过叠加方式建造经济与技术所允许的尽可能高的建筑，以满足人们对更多空间的诉求。无须更深奥的道理就可以理解“功能和空间的叠加”可以增加人们的聚集密度，缩短相互之间的联系距离。叠加方法将建筑功能和空间竖向分区，在垂直方向上下叠置，而水平交通与垂直交通的结合使人们将原来地面上水平向的功能与空间以立体化、竖向化的方式重构，从而节约了用地，增加了效率。叠加是高密度城市环境中的建筑最常见的一种增加空间的方式。

叠加模式又可分为三种基本模式。

一般叠加模式：建筑功能和空间借助建筑构成的实体要素在垂直竖向对位叠加。如果三维空间X轴、Y轴、Z轴中分别确定水平二维为X轴和Y轴，垂直竖向为Z轴。那么一般叠加模式在建筑形态上主要表现为建筑构成的实体要素在Z轴向度以叠加特征发生垂直竖向位置变化，而在X轴和Y轴方向未发生水平向度的位移或少许位移（图5-1-1，图5-1-2）。

图5-1-1　一般叠加模式示意图

图5-1-2　一般叠加模式示意模型

错位叠加模式：建筑功能和空间借助建筑构成的实体要素，除了在Z轴向度以叠加特征发生垂直竖向变化以外，同时在X轴和Y轴方向也发生错位位移（图5-1-3、图5-1-4）。

图5-1-3　错位叠加模式示意图

图5-1-4　错位叠加模式示意模型

旋转叠加模式：是错位叠加模式的一种特殊形式。建筑功能和空间借助建筑构成的实体要素在Z轴以叠加特征发生垂直竖向位置变化，并在X轴、Y轴发生位移的同时，还围绕某一垂直中心轴或近似中心轴发生旋转（图5-1-5、图5-1-6）。

图5-1-5　旋转叠加模式示意图

图5-1-6　旋转叠加模式示意模型

叠加并非仅此三种模式，事实上如果将一般叠加、错位叠加和旋转叠加进行排列组合可以产生无数种。只是以上三种基本的叠加模式具有典型性和代表性，也便于研究和分析。

悬挑模式

悬挑模式是指实体要素脱离地面层在空中从主体建筑中出挑而拥有自身空间位置并获得额外空间的方法，在建筑形态上主要表现为实体要素从主体建筑形体中出挑（图5-1-7）。悬挑模式是三维立体原理中常见的拓展空间的方法，也是其他原理的一种实现形式。

在高密度的环境中，当一块用地因周边的密集环境，或为了提供更多的地面开放空间而制约了建筑在地面层水平方向扩展时，同时建筑沿着所允许的基底面积在垂直方向也用尽了竖向空间，那么增加地面层以上空间的唯一方法便是从建筑主体向外出挑。事实上，悬挑的做法在现代建筑中并不少见，只是在用地并不稀缺时或在建筑技术的限制下没有得到足够的重视与运用。(www.xing528.com)

图5-1-7　悬挑模式示意模型

除了增加额外的空间外，悬挑也为出挑建筑体块下部的空间提供遮蔽，也为其上部建筑空间提供室外开放平台——而这是在高密度环境中更重要和更稀缺的空间：室外公共或开放空间。

另外，建筑新技术所支持的更长距离和更大规模的出挑建筑体量，也使建筑形态产生颠覆性、震撼性审美效果。

飘浮模式

飘浮模式是指实体要素脱离地面层，在空中以飘浮状态获得自身的空间位置，实现地面空间的开放化、公共化、渗透性和完整性，在空中创造能够为使用者提供更多水平向度的行为和运动的建造环境（图5-1-8）。

飘浮模式在建筑形态上主要表现为建筑构成的实体要素飘浮坐落于建筑支撑体或其他建筑体上，以连接、悬挂于建筑支撑体或其他建筑体等方式悬浮于空中。飘浮模式同样也是“空中空间利用”“杂交与共生”和“空间补偿”等原理的一种实现形式。

图5-1-8　飘浮模式示意模型

在密集紧凑的高密度城市环境中，造成环境拥挤状况以及空间和社会密度高的主要原因是缺乏开放和公共空间，尤其在地面层，这是城市高密度环境所产生的弊端的主要表现。改善城市高密度环境品质的有效方法便是尽可能提供具有渗透性、公共化和开放化的地面空间场所，并促成建筑与城市公共、开放空间的整体结合。飘浮于空中的建筑释放了地面层空间，而离开地面水平延伸的建筑在空中扩展了空间的边界，将空间融入广阔的城市中。

有别于垂直竖向叠加模式，飘浮模式为结构、规模和类型所允许的建筑提供水平横向的功能和空间组织结构，一种被认为更适合人类习惯行为模式的空间场所。

建筑基面三维连续立体化

建筑基面三维连续立体化是指建筑基面从二维平面结构转化为三维连续空间结构的现象（图5-1-9）。这里所谓建筑基面是指建筑功能和空间的承载面，主要表现为楼地面或水平向的建筑承载面。

图5-1-9　建筑基面三维连续立体化示意图

事实上，如果广义地看待建筑基面的三维立体原理，那么几乎所有的三维立体原理都依赖于建筑基面的三维立体化。但是，虽然建筑基面存在于所有的建筑类型中，却又具有隐性特征，它常常隐没在建筑形态中，与其他建筑实体构成要素一起构成可视的建筑实体。

然而建筑基面三维连续立体化则是其在建筑中所担当的基础性构成要素的一种特殊形式，具有显性特点和一定的独立性，也表现为具有明显三维立体特征的一种基面形式，是独特的三维模式的一种表现形式。

叠加、悬挑、飘浮等模式能解决高密度环境中的空间拓展，释放稀缺的地面空间。这些模式虽然能成倍的复制地面空间，但是这些被复制了的空间是不连贯的。在高密度城市环境中，不易解决的难题是地面空间的拓展，尤其对于一块狭小的建筑用地，有限的地面空间是建筑发展难以逾越的屏障。另外，对于依赖于人的水平行为模式的空间和功能，连续的建筑基面是实现人的水平行为的基本空间保证。

那么，在建筑法规和规划规定的建筑用地边界内，如果需要拓展和获得连续的地面空间或者需要连续的建筑基面，以便获得更多的承载面，将二维的建筑基面三维连续立体化是最佳的方法。

建筑公共空间与城市公共空间的三维接驳

建筑公共空间与城市公共空间的三维接驳，是指二者以三维立体空间结构在垂直竖向多层面的连接，构成建筑的接近方式及与城市空间的连接路径。

接驳空间是指建筑与建筑、或建筑与城市空间的连接空间，它虽然具有交通空间的性质，但是不同于一般意义的交通空间，它是建筑公共空间之间、建筑公共空间与城市公共空间之间的过渡空间。接驳空间具有连接性、流动性、模糊性、渗透性，以及便利和高效的特点，建筑与城市两者公共空间的三维接驳其实质是接驳空间的三维立体化（图5-1-10）。

图5-1-10　地面分解示意图

建筑从来不孤立存在于环境之中，它是环境整体的一个细胞，在城市高密度环境中的建筑更是这种环境有机组织的组成部分和延伸。如果将建筑与城市公共空间三维立体的空间分配和竖向多层次空间布局模式作为预设，那么在空间类型与逻辑上，需要它们之间的连接空间的三维立体化来与之相驳接和匹配，接驳空间的三维立体化正是承担了这一任务。

在传统低密度的城市环境中，相对简单的建筑功能和较小的建筑规模无需三维模式就可以顺利解决建筑与城市之间的交通流线组织。但是在城市高密度环境条件下，一方面，建筑以高密度、高容积率和功能的混合状态呈现在环境中，意味着原有的建筑接近方式也需要从水平向转化为多层的竖向层叠，才能满足高密度、高容积率和多功能混合建筑的交通空间需求。另一方面，高密度城市环境也要求立体多层的机动车道和人行步道满足密集、复杂的人流、车流和物流的要求。现代城市中的三维城市交通系统在某种意义上，实质是传统城市街道地面的立体竖向分解，从而达到多层次的城市交通和公共空间的复制和扩展，分解了城市公共空间地面层意味着增加了城市的街道地面空间，并延伸连接至建筑的公共空间（图5-1-11）。

图5-1-11　建筑公共空间与城市公共空间三维接驳示意图

图5-1-12　地下空间开拓示意图

在这些因素的共同作用下，建筑公共空间与城市公共空间通过地面层、地面上层、地下层多层面的三维立体竖向接驳空间完成两者的联系和对接，以满足建筑复杂功能和空间与城市空间的路径要求。

地下空间的开拓

作为三维立体原理的一种形式，地下空间的开拓是指对地面层以下——地下层空间的利用，是对应建筑垂直竖向向上发展的一种反向建筑行为（图5-1-12）。

高密度催生并挤压建筑只能向空中和地下正反两个方向生长。

首先，当建筑在地面层之上所获得的空间达到极限时，那么如果继续寻求额外的空间，地下反向的空间则是唯一的选择。

其次，如果以地面层空间作为零层空间，那么围绕零层空间的上下正负层空间是建筑与所处周边环境联系最密切、最直接，也是最可公共化和开放化的空间。如果需要设置要求和地面层联系密切的功能和空间，那么地下层同样也是理想的选择。

再次，现代城市的高密度环境中庞大密集的地下城市公共交通系统和市政设施已经促成城市地下空间具有与地面空间同样的公共性意义，建筑与城市地下、地面和地上公共空间共同形成整体的三维接驳空间组织结构。

最后，地下空间的开拓作为三维立体原理的一种形式，不仅仅是空间利用最大化的一种补充，而且将占据地面层的大体量建筑空间放置于地下层，则可以提供更多的地面开放空间，对于密集拥挤环境中释放地面空间是不可或缺的一种手段。

事实上，建筑地下空间的利用并不新鲜。穴居就是远古人类最早利用地下空间的例证，当然，远古人类的穴居与现代高密度环境条件的建筑地下空间开拓有着本质区别。现代城市高密度环境逼迫建筑挖掘地下空间用作建筑的辅助设施和功能，诸如库房、设备用房、防御空间等。但更重要的是，现代建筑技术使建筑地下空间拥有与地面层近似的公共性和开放性，它容纳了具有公共性和开放性的建筑功能和空间——比如商业、展览、地下广场、动静态交通空间等，而且将城市地上地下公共空间延伸、引入建筑地下空间，从而与城市地下空间共同形成一座“地下城”。

三维立体原理并不仅限于上述多种具体模式，如果将几何体构成要素进行不同组合，就能产生无数的三维几何形态，反映在建筑空间和功能的形态上也呈现多样化，因此无法对所有的具体模式都展开陈述。

除了上述具体模式外，在三维立体原理中比较常见的还有“架空”（或底层架空），“穿插”“翘起”等等表现形式，但是这些形式或多或少都可以与主要具体模式建立某种联系，甚至可看作是它们的一种衍生状态。比如“架空”和“穿插”可以认为是叠加的一种特殊形式，而“翘起”也可以看作是悬挑的一种异形。因此在论述三维立体原理的过程中，将目标限定在有限的几种具有鲜明特征的表达形式内，以此阐述具有代表性、典型性、以三维观念处理高密度的建筑智慧。