动态天花是我们对于垂直空间感知和建筑互动的一次研究性实践。信息时代，建筑师一直在探索信息技术和建筑学的结合方式，如以阿基格拉姆小组的插件城市（plug-in city）为代表的未来城市设想（图5）及因弗兰克·欧文·盖里（Frank Owen Gehry）和扎哈·哈迪德（Zaha Hadid）的成名作阿利耶夫文化中心（图6）带来的以数字技术探索自由形态的风潮等。

不过，信息时代对于建筑学本质的触动似乎仍未成规模。建筑与信息技术的结合不应仅是对未来城市或建筑的乌托邦式幻想，更不只是以计算机为单一生成工具而计算得来的形式。技术的进步提高了人们对于生活品质的要求，从而推动了智能家居、感应照明等装置的使用，但就目前而言它们仅作为建筑设计后期的产品独立安装，与建筑设计本身没有太多交集。不过，信息技术提供了一个契机，其即时应变的特点使得动态空间成为未来建筑发展的一种可能方向，我们选择动态天花进行设计就是对这一趋势的探索。由于现阶段建筑发展和技术限制，我们仅做了一个小空间范围内的互动空间，而不是针对整个建筑体系。区别于互动艺术装置，互动空间侧重于与建筑有关的元素互动（如建筑的使用者、建筑内部环境），而不是仅仅营造艺术效果。动态天花的设计是希望能将信息技术与建筑设计纳入一体化考虑，使建筑不仅仅是承载这些技术的“容器”。

动态天花的设计背景是位于公共建筑的大空间的吊顶空间，用于取代原有的静止不动的吊顶。公共建筑由于使用人群及使用场所复杂多变，因而十分需要在不同使用要求下有不同的空间限定模式，我们希望设计出可以与人及外部环境互动并自身可以产生高度形态变化的新型公共空间吊顶，以深入我们对建筑心理和垂直建筑空间感知的认识与学习。

2.1　程序与模拟

动态天花由传感器、信息处理系统和机械传动装置三部分组成，互相连动形成完整的感应系统（图7）。现在的传感器基本可以识别到日常生活中事物的基本变化，如人的空间位移、温度、湿度及光线的变化等。动态天花选择的是超声波传感器（图8），因为其精度相对较高且便于捕捉模型人的位置及数量的变化。信息处理系统选择的是Arduino处理器（图9），这是一款用于电子项目建构的开源软件平台，包括微型电路板和在个人计算机上运行的集成开发环境（integrated development environment, IDE）。开发者通过编写简单的代码（图10）并将其传输到Arduino电路板上就可以实现信息的采集、处理以及输出。在机械传动装置方面，有一系列基于Arduino的扩展元件如舵机或步进电机，可以驱动机械装置。这三部分之间由电路系统（图11）进行连接，形成一个可控可变的整体。

“动态天花”装置是一个1.5m×0.81m×0.81m的长方体，从上到下主要分为电路设备区域、互动模拟区域及电池感应器放置区（图12）。互动模拟区的天花是由软膜硅胶和有机玻璃组成的可变结构，有9个相同的天花组件对应9个超声波感应器。感应器可以监测到使用人数和人体位置的变化，通过信息处理系统分析处理后控制9个天花组件上下升降。

针对动态天花中的组件的升降运动，我们设计了三种互动场景：一是只有一人时，根据该人的位置，其头顶对应的天花组件便会下降为其限定出单人空间，其应用场景可以是咖啡厅、书店等侧重于单人活动的公共场所；二是小团体聚集时，根据不同人群的位置，相对应的天花组件便会下降限定出团体聚集空间，另外，根据小团体的人数不同，天花组件的下降高度也会有所不同，以创造出不同的空间围和尺度，其应用场景可以是餐厅大堂或是酒店大堂等小范围人群聚集场所（图13）；三是多人同时穿梭活动时，装置自动进入活跃模式，所有天花组件同时有节奏地上下升降，增加了空间趣味性，其应用场景可以是大型公共建筑的入口门厅。

2.2　调整与反思

“动态天花”是基于对空间的本质思考，试图从传统的静态空间中走向一种人体活动决定实时建筑空间形态的状态。实践尝试将参与者、行动关系、媒介作为空间创作的基础，呈现一种体验与行为的即时空间感知。但事实上，建筑师运用机械运动来达成建筑空间的变化并非易事，这其中涉及了多个学科知识的综合应用。互动建筑空间本质上要求建筑师将建筑元素的设计转化为大型机械设备的设计，导致从建筑设计到实施的过程有很多不确定性。故本次互动建筑的原型实践存在着一些局限性：

（1）组件之间的联动性。在本装置中，天花组件之间都是相对独立的个体组件，在互动原理设计上并没有形成构件之间的联动，使程序编写及电路连接都变得十分冗杂，同时也不适合在更大尺度的建筑背景下的扩展利用。

（2）材料选择及节点设计。天花组件在材料的选择上及节点设计上略显粗糙，软膜硅胶和有机玻璃的结合并不牢固，天花组件在上下升降的过程中也有不流畅的感觉。事实上，节点设计和材料选择是互动装置设计的重要组成部分，类似于传统建筑里的结构选型。

设计探索中遇到的困难促使我们回过头重新思考建筑学中较为基本的问题。

2.2.1　建筑空间：从静态走向动态

空间，是建筑设计中重要的语汇，19世纪晚期的理论家们已经开始关注建筑动感（kinetic）的问题，其中奥古斯特·施马索夫（August Schmarsow）提出了空间是一切建筑形式内在动力的思想，而这一思想又与其他领域时间-空间理论一脉相承 。在19世纪初，时间-空间观念曾以种种方式成为先锋艺术动感空间形式的理论基础，而19世纪下半叶出现的机械发明也强化了上述观念。自此，空间已经成为建筑思维不可分割的组成部分。空间的概念随着现代建筑运动而发展扩充，在现代主义建筑发展百年间，建筑师一直没有停止对空间的探索和实践。在现代主义运动的初期，建筑师更在意空间的纯净与抽象，随着社会的发展，建筑师逐渐从追求静态神性的空间出发而忽略人在场的关系，代之以动态的建筑理念来思考建筑与社会环境及人的关系。20世纪50年代起，许多建筑师通过研究及实践对此提出新的观念与方法。如路易·康的“服务与被服务空间”模式 、西萨·佩里（Cesar Pelli）的“脊椎空间”模式 、日本的“新陈代谢”理论 、荷兰的“支撑体”住宅 ，这些理论与实践的累积与生发，逐渐形成了当今开放建筑的基本理念。在这个体系中，建筑空间的组织形式呈现出动态的主从关联，将环境和人与建筑之间关联起来，使得建筑形成“身体—使用—感知—存在”的社会性。但空间内部依然是静态的。美国建筑师弗兰克·劳埃德·赖特（Frank Lloyd Wright）重新表述了他的导师路易斯·沙利文（Louis Sullivan）的一句名言，他说：“形式和功能应该是一体的，并在精神上结合在一起。”这不仅是关于空间功能的叙述，更是对建筑空间的期望。建筑空间应当是使用者自组织的场所，同时也是事件的综合体。以往在探讨建筑空间体验时，建筑师常把建筑空间作为一种背景舞台，舞台是不变的，为人的相遇活动提供一种场所。但是美国建筑师巴克敏斯特·富勒（Buckerminster Fuller）发明的短线穹窿（geodesic dome）结构（图14），为建筑空间的可变提供了一种可能性。伴随工业革命和数字革命，机械的智能化发展已经能够提供相应的基本技术支撑。人们能轻松地获取任何信息，并希望与彼此以及与环境进行通信，从而成为信息的接收者、处理器和媒介。基于这一点，静态的建筑空间在不断变化的环境以及更重要的与用户进行交互的能力方面受到限制，而动态的交互式体系结构肯定了身体与技术之间、主体与空间之间的渗透性，这也与莫里斯·梅洛-庞蒂（Maurice Merleau-Ponty）的现象学论述——主体与空间相关，即身体、感知、视觉、运动和空间的相互交织。可变的智能空间使用新兴的图像、光线、声音，移动和改变建筑空间配置，使人沉入为其中进行的每个活动而创建的氛围中，并且能够在交互中得到投射信息。互动建筑为用户提供了参与整个空间对话的整体情境。

2.2.2　人们的行为与心理：建筑交往空间之互动基础——基于行为心理的空间参与感知

就当今的主流建筑设计方式而言，建筑通常首先由社会历史文脉出发，思考功能空间布局，功能至上，脱离了人的行为心理而进行思考，建筑往往是在孤立的情景、游离在人的活动之外作为一个背景。但是人与建筑的关系，恰恰是通过身体对空间的感知建立，同时空间的基本构成要素也作用于人的身体，影响感知。如今在建筑学界有越来越多的人类的建造活动也是身体触觉体验的一部分，身体在空间的触感影响空间感知，进而将这种空间感知回归到新的建造活动。人作为生物，特征是具有行为、适应性和反应性，而现如今的建筑体系正好在相反的位置上。以材料和功能为主导的建筑结构，很难像生物一样获得及时的反馈和与周围环境自然互动，这种现状在很大程度上是现行的建筑设计和建造方法造成的。随着技术发展和科技进步，人们越来越期待建筑物与周围的自然环境、与人，甚至与周围场地开展包括能量（风、光、热能）、信息（自然信息、电子交互）、行为（人、动物的活动状态）等各方面的互动。建筑结构和材料的创新、电子设备无缝嵌入技术的普及和数字化建筑设计进一步促进了建筑物朝着适应互动系统一体化的方向发展。 基于此，我们在进行互动建筑探索时，选择交往空间作为切入点，试图基于人的行为心理和身体在场所的行动营造可变的空间（图15）。

2.2.3　交往空间的特性

部分公共空间与私密空间一样，并不利于人们的交往。私密空间是偏向于少数亲密关系的人的独处空间；而公共空间 如街道、广场、体育场地，如果不设置一些空间小品，增加人与人产生交集的场所，则往往成为充满干扰源的空间，并不利于人们的交往。而介于私密空间和公共空间之间，利于人们交往的空间，有以下一些特征：

（1）有边界限定的相对封闭的空间，是一个小集体共同占有的领域。在有边界限定的空间更加具有集中性，能促使人与人产生联系，这是交往空间形成的内在原因。

（2）有适宜的交往节点，包括但不限于尺度恰当的位置、设施和活动。

（3）有供使用者共享的适当规模的空间。

（4）内聚性的空间布局。以活动性场所和标志物等作为向心吸引源，因此人们在其使用过程中可以产生不同程度的人际交流活动。

（5）能体现用户意愿和社会特征，维护特定的社区文化的环境。满足不同职业、不同文化水平、不同年龄使用者对其外部空间特质、视觉形象及各项功能活动的要求。

根据康波（Comb）和斯尼格（Snygg）的场合交往论（occasional communication），人们的交往总是在一定情境中展开。该理论强调突出特定情境，即特定的时间、场合、人物对人们交往行为的影响 。在我们构建的动态交往空间设想中，空间是由人数变化和行动轨迹变化限定的——根据使用人数的不同，空间可以对不同的人数构建限定的包围感以促进交流（图16）。事实上，日常生活中的交往空间对不同地区的人存在着个体与文化差异，即使是同样的人在不同情况下对其需求也会发生变化，有时需要独自待一段时间，有时又需要与他人在一起。因此，想要在不同时间段满足人的私密性与公共性的空间不可能一成不变，这也是我们设想动态包围的互动空间的初衷。

为了满足使用者的不同需求，仅机械地提供两种类型的空间远远不够，建筑师们营造的交往空间常常是在建筑中应不同需求提供从私密到公共过渡的一系列交往空间，但是在技术进步的背景下，可变、可动、可根据使用人数的不同和行动轨迹变化，产生自由组合模式的建筑互动交往空间也许会成为新时代主流。