結(jié)構(gòu)表達(dá)與建筑概念的延伸

鄧一泓 陸軼辰

清華大學(xué)副教授，紐約Link- Arc建筑師事務(wù)所主持建筑師。清華大學(xué)建筑學(xué)學(xué)士，耶魯大學(xué)建筑學(xué)碩士。曾在紐約漸近線事務(wù)所、弗蘭克·蓋里及其合伙人事務(wù)所、紐約斯蒂文·霍爾建筑師事務(wù)所等世界知名建筑事務(wù)所任職工作。曾獲得日本文部省平山郁夫獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、耶魯大學(xué)羅伯特·艾倫·瓦德優(yōu)秀設(shè)計(jì)獎(jiǎng)、耶魯大學(xué)弗蘭克·蓋里工作室弗萊德曼設(shè)計(jì)獎(jiǎng)提名、2014德國設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)該年度標(biāo)志獎(jiǎng)等。主要設(shè)計(jì)作品及負(fù)責(zé)項(xiàng)目：阿布·達(dá)比古根海姆博物館、2015年意大利米蘭世博會(huì)中國館等。

米蘭世博會(huì)中國館（以下簡稱“中國館”）的屋面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑概念與屋面參數(shù)化體系之間呈上啟下的一個(gè)層次。建筑師希望結(jié)構(gòu)不僅是屋頂形態(tài)受力情況的合理反應(yīng)，更能緊貼建筑概念，烘托空間氛圍。從設(shè)計(jì)初期的材料選擇到后期結(jié)構(gòu)施工中方方面面的細(xì)節(jié)，建筑師運(yùn)用項(xiàng)目中全球化的技術(shù)支持和開放、批判性的工作方法，使得中國館項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)表達(dá)成為了建筑設(shè)計(jì)概念的一個(gè)延伸。

膠合木材料作為結(jié)構(gòu)材料和建筑材料的意義

用膠合木材料作為主要的結(jié)構(gòu)材料是從一開始就十分明確的。從技術(shù)方面來看，世博場館需要被快速建造、拆解，膠合木材料完全能夠勝任這種時(shí)效性的需求。在比較了能用數(shù)控機(jī)床（CNC）進(jìn)行加工的膠合木（Glulam）和層積膠合板（Laminated Veneer Lumber）之后，選用了在米蘭周圍地區(qū)使用更廣泛、更成熟的膠合木。

另一方面，建筑師尋求的不僅是木材作為結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)勢(shì)，還有其作為建筑材料不需修飾的表現(xiàn)力。木材與鋼材的冰冷不同，有著自然的色澤，給人以溫暖、包容的感受，并使人自然聯(lián)想到東方文化。

結(jié)構(gòu)概念作為建筑概念的延伸

一方面建筑師希望能避免以具象的形式來表達(dá)中國文化，一方面也希望能創(chuàng)造出與周圍環(huán)境有關(guān)的場所，而不僅僅是孤立的“物”。從北京天際線提取出的城市天際線和從自然提取出的山水天際線放樣（loft）形成的屋面，不僅讓參觀者聯(lián)想到中國古典建筑中屋面的包容姿態(tài)，也與起伏的地面一起構(gòu)建了空間的場，同時(shí)以開放、模糊的邊界使建筑與周圍場地融合在了一起。

在這樣的建筑概念影響下，其結(jié)構(gòu)概念也逐步清晰起來。由紐約的結(jié)構(gòu)顧問SGH提出的如殼體、懸索結(jié)構(gòu)等參考方案被排除，建筑團(tuán)隊(duì)采用了更為直接的由東西向異形梁和南北向檁條構(gòu)成的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。東西向的異形梁直接從放樣得出的屋面形體中截取，成為了從南到北過渡變化中的“幀”，如此突出了動(dòng)態(tài)。當(dāng)參觀者從內(nèi)部觀察屋面，這些直接截取出未經(jīng)修飾的異形梁時(shí)而平緩時(shí)而緊張，使人們切實(shí)感受到這個(gè)不規(guī)則變化的屋面的張力。

復(fù)雜三維屋面結(jié)構(gòu)體系深化、預(yù)制和裝配過程中的設(shè)計(jì)問題

光是靠簡單的二維結(jié)構(gòu)網(wǎng)格還不能滿足中國館內(nèi)部展覽對(duì)空間大跨無柱的需求。在屋面結(jié)構(gòu)的五個(gè)垂直面處，由于每一處都有結(jié)構(gòu)檁條出現(xiàn)在另一根檁條上方，建筑師和SGH看到了設(shè)置桁架的機(jī)會(huì)，從而得出了“五桁架”的結(jié)構(gòu)策略。五桁架和南北的三個(gè)核心筒將屋面像扁擔(dān)一樣抬起來。從設(shè)計(jì)角度看，這樣的桁架體系并無對(duì)角線方向的構(gòu)件，只在桁架處加入了直徑為33mm的圓桿斜撐，使結(jié)構(gòu)更為簡潔清晰，因而也成為了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)貫穿始終的一個(gè)策略，建筑師將這個(gè)體系稱為“斜撐構(gòu)架的演進(jìn)”。

在“梁檁網(wǎng)格-五桁架結(jié)構(gòu)體系”基本確立之后，建筑師與結(jié)構(gòu)顧問一起就具體構(gòu)件形式與節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了新一輪的探討。紐約的結(jié)構(gòu)顧問SGH的計(jì)算指出需要在6根主要受力的異形梁內(nèi)用鋼梁進(jìn)行加固，另外還建議所有木結(jié)構(gòu)用貫通鋼筋加固，這給原本緊迫的施工進(jìn)程帶來了巨大的難度。意大利技術(shù)代表公司F&M經(jīng)過基于意大利當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)法規(guī)的重新計(jì)算，建議將6根主要受力的異形梁改為全鋼梁，加之另外6根貫通南北的全鋼檁條，并用內(nèi)置鋼板加固木構(gòu)件節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成一個(gè)基礎(chǔ)的鋼結(jié)構(gòu)框架，最終實(shí)現(xiàn)了37m的大跨度。

設(shè)計(jì)過程中也經(jīng)歷了這樣的討論——是否應(yīng)該將鋼結(jié)構(gòu)漆成木色。但建筑師認(rèn)為，鋼是鋼、木是木，正是因?yàn)閮烧咦鳛榻ㄖ牧系牟煌憩F(xiàn)力才沒有選用全鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)該忠于材料本身的表現(xiàn)力。事實(shí)證明，這樣的鋼結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)體系在施工過程中非常有優(yōu)勢(shì)。在現(xiàn)場，鋼梁與鋼檁條被首先豎立起來，屋面在木結(jié)構(gòu)施工過程中一直都能自承重，取消了下方腳手架，從而也減少了施工交叉帶來的問題。

而且，建筑師還在探討中坦然接受了F&M取消貫通鋼筋、將木結(jié)構(gòu)截面擴(kuò)大的建議。這也與木材的表現(xiàn)力有關(guān)。建筑師認(rèn)為，木結(jié)構(gòu)不應(yīng)太過纖細(xì)，應(yīng)當(dāng)有自然的厚重、拙樸。最終當(dāng)參觀者進(jìn)入到中國館內(nèi)部，與高大寬敞的內(nèi)部空間相比，異形木梁表現(xiàn)出應(yīng)有的力度，并不笨重。

為擬合屋面從直到曲的形態(tài)變化，所有的檁條都在扭轉(zhuǎn)，這使得所有木構(gòu)件兩端的內(nèi)嵌鋼板節(jié)點(diǎn)各不相同。建筑師曾試圖以階梯變化的檁條代替扭轉(zhuǎn)的檁條來簡化節(jié)點(diǎn)，但這對(duì)屋面形態(tài)產(chǎn)生了較大的影響。最終木結(jié)構(gòu)分包預(yù)制方Stratex對(duì)結(jié)構(gòu)性能計(jì)算的復(fù)雜程度和加工制造的復(fù)雜程度進(jìn)行了綜合考量，從技術(shù)上對(duì)檁條扭轉(zhuǎn)方案的可行性進(jìn)行了應(yīng)證，得以將城市天際線到自然天際線的平滑過渡不加妥協(xié)地實(shí)現(xiàn)出來。Stratex在技術(shù)方面的自信來源于他們強(qiáng)大的數(shù)控加工能力，用以結(jié)構(gòu)深化和加工的計(jì)算機(jī)輔助繪圖及制造CAD/CAM軟件與建筑團(tuán)隊(duì)建模的Rhnio軟件兼容，避免了重復(fù)建模、二維制造圖審核等工序，縮短了設(shè)計(jì)周期。所有的膠合木梁、木檁條在用模具進(jìn)行膠合后先用數(shù)控機(jī)床CNC切割成型，而后刻出兩端預(yù)制槽。而意大利總包方Bodino進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，并加工了所有的內(nèi)嵌鋼板。盡管這些鋼板節(jié)點(diǎn)多達(dá)1 400個(gè)，最大重量達(dá)95kg，但因?yàn)樗麄儚?fù)雜項(xiàng)目的管理經(jīng)驗(yàn)，最后在現(xiàn)場只需按卸車順序?qū)⒛緲?gòu)件一一吊裝即可，結(jié)構(gòu)施工得以順利按時(shí)完成。

建筑師對(duì)結(jié)構(gòu)的關(guān)注和控制還不僅僅于此，所有有關(guān)膠合木結(jié)構(gòu)表現(xiàn)力的細(xì)節(jié)全都是經(jīng)過了深思熟慮的。僅僅關(guān)于膠合木的表面油漆處理，就經(jīng)過了幾個(gè)月的反復(fù)試驗(yàn)，最后才通過1：1的大樣確定。由于異形木梁的尺寸巨大、形態(tài)復(fù)雜，在一些地方需要預(yù)留工廠加工或現(xiàn)場的拼縫。這些拼縫的位置先由技術(shù)團(tuán)隊(duì)給予建議，再由建筑團(tuán)隊(duì)進(jìn)行審核、提出新的建議，最后再反饋給技術(shù)方做最后確認(rèn)。

在整個(gè)項(xiàng)目過程中，建筑師一直保持著這種快速梳理問題癥結(jié)、提出幾種不同解決方案進(jìn)行比對(duì)的工作方式。在這種氛圍下，建筑團(tuán)隊(duì)的成員在技術(shù)團(tuán)隊(duì)的幫助下刨根究底地將各個(gè)技術(shù)細(xì)節(jié)的內(nèi)容和原因都研究透了，一方面能有效進(jìn)行各技術(shù)工作的統(tǒng)籌，另一方面則保證設(shè)計(jì)判斷不完全被技術(shù)細(xì)節(jié)左右，保證了設(shè)計(jì)的完整性。

總結(jié)

米蘭世博會(huì)開幕以來，中國館吸引了來自世界范圍內(nèi)的關(guān)注，并為國家爭取到了榮譽(yù)。作為第一次以獨(dú)立自建館的形式參與在海外的世博會(huì)的中國館，該館獲得了國際世博局頒發(fā)的2015年米蘭世博會(huì)大模塊建筑設(shè)計(jì)類銅獎(jiǎng)——這也是自1851年以來中國所參與的歷屆世博會(huì)中第一次獲得的建筑類獎(jiǎng)項(xiàng)；由于中國館在節(jié)能環(huán)保和低碳材料使用上所作出的突出貢獻(xiàn)，還獲得了“世博展館遺產(chǎn)大獎(jiǎng)”循環(huán)利用杰出獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

中國館除了設(shè)計(jì)理念與手法的創(chuàng)新外，作為一個(gè)具有實(shí)驗(yàn)性和前瞻性的膠合木結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目，其結(jié)構(gòu)完成度也受到了工程行業(yè)內(nèi)的關(guān)注，獲得了國際木結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)頒發(fā)的2016木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獎(jiǎng)金獎(jiǎng)、美國工程協(xié)會(huì)馬薩諸塞州分會(huì)杰出工程獎(jiǎng)金獎(jiǎng)、全美建筑工程協(xié)會(huì)頒發(fā)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)獎(jiǎng)優(yōu)秀獎(jiǎng)、全美工程師協(xié)會(huì)頒發(fā)的國家認(rèn)可獎(jiǎng)的優(yōu)秀獎(jiǎng)。

中國館的屋面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不是只有技術(shù)上的突破，對(duì)我們來說重要的是建筑師如何針對(duì)棘手的技術(shù)問題做出設(shè)計(jì)的回應(yīng)。建筑師作為統(tǒng)籌各個(gè)專業(yè)、各個(gè)項(xiàng)目階段的協(xié)調(diào)人，其作用絕不僅僅是在所有時(shí)候做出最合理的判斷，而是在技術(shù)合理性與設(shè)計(jì)表現(xiàn)力之間尋求恰當(dāng)?shù)钠胶狻倪@個(gè)角度看，中國館因?yàn)槠湮菝娼Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和實(shí)驗(yàn)性，使整個(gè)建筑團(tuán)隊(duì)獲得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

業(yè)主：中國國際貿(mào)易促進(jìn)會(huì)

地點(diǎn)：意大利米蘭

組織者：2015米蘭世博會(huì)組委會(huì)

建筑設(shè)計(jì)：清華大學(xué)美術(shù)學(xué)院 + Studio Link-Arc

主持建筑師：陸軼辰

項(xiàng)目建筑師：蔡沁文、Kenneth Namkung

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)：Alban Denic，黃敬璁，范抒寧，Hyunjoo Lee，Dongyul Kim，Mario Bastianelli，

Ivi Diamantopoulou，Zach Grzybowski，Elvira Hoxha，Aymar Mari?o-Maza，鄧一泓

結(jié)構(gòu)工程師：Simpson Gumpertz & Heger（SGH）+ F&M Ingegneria

幕墻顧問：Elite Facade Consultants + ATLV

機(jī)電顧問：北京清尚+ F&M Ingegneria

項(xiàng)目總負(fù)責(zé)：蘇丹

項(xiàng)目總監(jiān)：張?jiān)隆⒍女?/p>

展陳設(shè)計(jì)：周艷陽、師丹青、冼楓

景觀設(shè)計(jì)：崔笑聲

室內(nèi)設(shè)計(jì)：汪建松

燈光設(shè)計(jì)：杜異、劉曉希

視覺傳達(dá)：顧欣

基地面積：4 590m2

建筑面積：3 500m2

設(shè)計(jì)/建成時(shí)間：2013/2015