如意牽手，從塑造到建造
——港珠澳大橋珠?？诎俄椖繀?shù)化設(shè)計

郜爽

華建集團(tuán)華東建筑設(shè)計研究總院

業(yè)主：珠海市人民政府

地點：廣東省珠海市

設(shè)計單位：華建集團(tuán)華東建筑設(shè)計研究總院

設(shè)計團(tuán)隊：郭建祥、夏崴、向上、謝曦、紀(jì)晨、郜爽、孫俊逸、虞晗、任健民、許師師、來潔人等

基地面積：107.3ha

建筑面積：42.3 萬m2

設(shè)計時間：2012～2016

建成時間：2018

攝影：邵峰、莊哲

1 兩次中標(biāo)奠定設(shè)計方案

珠海是唯一同時緊密連接港澳的內(nèi)地城市，珠?？诎妒侵槿俏ㄒ荒苋鼗ネǖ年懧房诎?。建成后的港珠澳大橋珠海口岸將作為連接港珠澳三地政治、經(jīng)濟(jì)與文化的紐帶。港珠澳大橋人工島同時靠近珠海和澳門，填?？偯娣e208.87ha，北部為珠?？诎队玫兀喜繛榘拈T口岸用地，東北部為大橋管理區(qū)用地。設(shè)計范圍為北部珠?？诎队玫兀傆玫孛娣e約107.33ha。

通過兩次中標(biāo)，我們完成了整個珠海口岸區(qū)的原創(chuàng)設(shè)計和施工圖設(shè)計工作。

第一次，中標(biāo)珠?？诎豆こ淘O(shè)計總承包。2012年7月，珠海市政府委托格力發(fā)起“港珠澳大橋珠海口岸工程設(shè)計總承包招標(biāo)”，華建集團(tuán)華東建筑設(shè)計研究總院與上海城建院聯(lián)合體在激烈的投標(biāo)中勝出，中標(biāo)人工島的設(shè)計總包，人工島上的城市設(shè)計格局被初步鎖定。此時我們的設(shè)計概念是菱形主題的三重奏，三個同構(gòu)建筑：珠?？诎丁⒕C合配套區(qū)會展、澳門口岸相協(xié)調(diào)，表達(dá)出三地攜手、情脈相依的寓意。

第二次，原創(chuàng)中標(biāo)珠海口岸。2012年11月～2013年1月，我們從Gensler、藍(lán)天組、法國機場公司等眾多國際一流公司的競標(biāo)中脫穎而出，原創(chuàng)中標(biāo)珠?？诎督ㄖ?。我們延續(xù)并優(yōu)化了第一次投標(biāo)的城市設(shè)計方案，形成“三點一線”的規(guī)劃格局，正好和“如意”的形象如出一轍，賦予了珠?？诎丁耙坏厝?、如意牽手”的寓意。

至此，珠海口岸的設(shè)計與最終實施方案已經(jīng)非常接近。人工島主體建筑群自南向北將由珠澳旅檢樓、綜合交通樓、珠港旅檢樓、商業(yè)連廊以及會展中心5個部分組成。以“如意”為參照，為建筑賦予圓潤的體量，回避尖角和方向感，體現(xiàn)華人世界的處世哲學(xué)。在珠海口岸區(qū)的核心位置，即人工島的核心位置，設(shè)置了珠港旅檢樓和交通中心兩座建筑，由環(huán)形大屋頂相連，形成統(tǒng)一的整體，增加了整個人工島建筑群的向心力，體現(xiàn)出強烈的歸宿感。

2 參數(shù)化技術(shù)支持想象力

為了實現(xiàn)圓潤柔和的曲面造型，滿足實際工程中排水、結(jié)構(gòu)、采光等功能需求，中標(biāo)后我們對“如意”方案進(jìn)行了16次重大調(diào)整。為達(dá)到各項均好，設(shè)計團(tuán)隊進(jìn)行了數(shù)百次的打磨和雕琢。這里說的參數(shù)化并非像一些先鋒設(shè)計師追求算法的完美性，通過算法來直接生成建筑形態(tài)，而是將參數(shù)化從上而下地融入創(chuàng)作過程。“上”是建筑師的美學(xué)修養(yǎng)，“下”是算法工具。建筑師的想象力和判斷永遠(yuǎn)在前，計算機技術(shù)在后，為想象力提供支持。我們的創(chuàng)作過程綜合考慮了美學(xué)、工程合理性和材料，通過算法來分析和完善建筑形態(tài)，參數(shù)化模型貫穿方案優(yōu)化始終。軟件方面采用主流的Rhino+Grasshopper用于分析和推敲，輔以Revit+Naviswork用于出圖和檢查。工作方法可分為以下三步。

2.1 第一步：幾何控制

1 第一次中標(biāo)方案

2 第二次中標(biāo)方案

3 建成后的港珠澳大橋珠海口岸

4 港珠澳大橋珠?？诎缎Ч麍D和建成效果對比

5 港珠澳大橋珠?？诎缎Ч麍D和建成效果對比

6 深化模型編程代碼

7 獨立模塊

8 天窗模塊

9 天窗模塊

10 檐口模塊

11 吊頂模塊

12 檐口建成實景

13 檐口建成實景

14 天窗實景

15 車道邊雨篷實景

首先創(chuàng)造一個參數(shù)化控制的完成面模型：模型由少量關(guān)鍵的控制線或控制參數(shù)創(chuàng)建?；睘楹?，用盡量少的控制條件得到一個幾何控制模型，可以適時調(diào)整，并作為數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)。然后用三條NURBS曲線控制，通過適當(dāng)調(diào)整NURBS曲線的權(quán)重使曲線的控制點數(shù)量控制在個位數(shù)，最終確保近10萬m2的施工圖模型控制點沒有過萬。在實際工程中，屋面找形的限制很多，排水坡度、天溝組織、視線分析、結(jié)構(gòu)厚度等要素都會產(chǎn)生影響。設(shè)計師需要將其量化為數(shù)字進(jìn)行分析，并通過可視化方式表現(xiàn)出來，以便實時調(diào)整。通過參數(shù)化的幾何控制方法，我們最終推敲并確定了結(jié)構(gòu)合理、造型美觀、排水可靠、各方面均好的幾何控制模型。

2.2 第二步：深化模型

幾何控制完成后，我們針對金屬屋面開發(fā)了系統(tǒng)性的深化模型編程代碼。輸入已生成的幾何控制模型，就可以擁有輸出各部分幾何信息（如屋面、吊頂、檐口、天窗、天溝等的完成面、劃格以及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)完成面等）的建筑模型。

2.3 第三步：獨立模塊

隨著設(shè)計的不斷深入，不同的建筑元素有不同的側(cè)重點和相應(yīng)的限制條件。我們針對不同的屋面要點編寫了不同特點的設(shè)計程序模塊，包括檐口、天窗、吊頂、雨篷4個獨立模塊。

3 屋面參數(shù)化設(shè)計模塊解析

3.1 檐口模塊

檐口分為內(nèi)圈檐口和外圈檐口，檐口出挑30m，最薄處1m，采用0.5m寬的蜂窩鋁板密拼形成。檐口設(shè)計力圖在綜合考慮結(jié)構(gòu)和排水合理性的基礎(chǔ)上，最大程度地實現(xiàn)“輕、薄”的外觀效果。

檐口曲面由空間曲線放樣生成，我們先將原始曲面優(yōu)化為相對簡單的直紋曲面，即可展面。接著研究直紋曲面的3種排布方式：方形矩形板擬合、通長矩形長板拼合、通長扇形板拼合。綜合考慮加工、構(gòu)造和造價因素，我們認(rèn)為非標(biāo)板的通長扇形板構(gòu)造簡單、效果好、造價可控，是最優(yōu)方案。在確定了通長扇形板方案后，我們用單曲面擬合內(nèi)外圈檐口，發(fā)現(xiàn)最大容差出現(xiàn)在靠近雨篷曲面曲率最大處。而在長度一定的狀態(tài)下，蜂窩鋁板撓度和板寬有關(guān)，于是便將容差控制到施工安裝時可以自然冷彎的大小。珠?？诎俄椖康奈菝骈芸谀K通過優(yōu)化曲面、排板研究、容差控制這3項技術(shù)手段，使建成效果達(dá)到預(yù)期，在設(shè)計層面上保證了完成度。

3.2 天窗模塊

珠港旅檢樓開間270m，進(jìn)深140m，我們設(shè)計了7個天窗，為室內(nèi)帶來了充足的光線。天窗尺寸過渡柔和，符合建筑整體氣質(zhì)，天窗之間的尺寸和距離關(guān)系則是通過黃金分割數(shù)列F（n）=F（n-1）+F（n-2）（n≥2，n∈N＊）來確定。天窗設(shè)計經(jīng)歷了船頭形下沉天窗、V形下沉天窗、A形天窗+遮陽這3個設(shè)計階段。最終，落地的天窗方案保留了投標(biāo)時的視覺沖擊力，規(guī)避了積水風(fēng)險，同時創(chuàng)造性地解決了太陽直射問題。值得一提的是，天窗原始曲面為三維曲面，細(xì)分后的板塊四點不共面，我們通過算法將四點強行共面，得到臺階形玻璃板塊，而板塊間的臺階則通過型材構(gòu)造解決。

3.3 吊頂模塊

與屋面設(shè)計不同，室內(nèi)吊頂并不需要考慮排水、風(fēng)荷載等限制。吊頂設(shè)計能夠體現(xiàn)大型交通建筑的氣勢，起伏跌宕，富有表現(xiàn)力。我們在結(jié)構(gòu)和形態(tài)之間尋找邏輯，發(fā)現(xiàn)天窗洞口處結(jié)構(gòu)高度最小，柱子處結(jié)構(gòu)高度最大，若將結(jié)構(gòu)網(wǎng)架高度需求和吊頂起伏結(jié)合起來，便能實現(xiàn)形式與結(jié)構(gòu)合理性的統(tǒng)一。在吊頂模塊中，我們將原始曲面的關(guān)鍵UV曲線提取出來進(jìn)行整形，將平緩的曲面波浪化，再重新縫合到原始曲面中去。

3.4 雨篷模塊

珠海氣候炎熱，雨篷需要深遠(yuǎn)的出檐，形成車道邊的遮蔽空間。玻璃雨篷平面投影為月牙形態(tài)，南北長270m，最大處懸挑36m，結(jié)構(gòu)高度5.5m。作為車道邊視覺焦點，雨篷比例和尺度以及自然光是設(shè)計的關(guān)鍵。我們采用鍍膜玻璃做頂，PTFE膜材做底，在保證自然采光的同時，有效反射太陽輻射，白天形成車道邊優(yōu)雅柔和的光影效果，夜間則反射泛光照明，形成漸變?nèi)清F發(fā)光體沖擊震撼的視覺效果。遺憾的是，因為工期原因，錐形膜面并沒有實施，只保留了漸變的結(jié)構(gòu)骨架。

4 結(jié)語

我們處在參數(shù)化時代的開端，建筑的革命是由設(shè)計方法和建造工具推動的。從歷史上看，“透視法”對文藝復(fù)興建筑有著深刻的影響；“切石法”推動了巴洛克建筑；“多米諾”成就了現(xiàn)代主義建筑。而現(xiàn)在，則是數(shù)字化設(shè)計和建造的時代。

圖片來源

圖1，2，4 由華建集團(tuán)華東建筑設(shè)計研究總院提供；圖3，5，12～14 為邵峰攝影；圖15 為莊哲攝影；圖7，11 為虞晗繪制；圖6，8，9 為作者與虞晗共同繪制；其余圖片為作者自繪。