續(xù)史承新的鋼木速造＊
——上海船廠舊址1、2 號船塢臨時(shí)性改造

莫羚卉子 秦曙

MO Linghuizi,QIN Shu

同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司

原作設(shè)計(jì)工作室

1 室內(nèi)外空間聯(lián)通的2 號船塢

1 工業(yè)遺地的功能性重構(gòu)

楊樹浦工業(yè)碼頭區(qū)工業(yè)遺跡群聚，作為上海最大的工業(yè)區(qū)，不僅是上海近代工業(yè)的一個(gè)縮影[1]，更以獨(dú)特的角度記錄著近代百年歷史的變遷。楊樹浦路上的1號、2號船塢最早由德商企業(yè)瑞镕船廠開挖修建于1903年，歷經(jīng)一戰(zhàn)、二戰(zhàn)，先后歸屬英聯(lián)船廠[2]、三菱株式會社江南造船所[3]、國民海軍，新中國成立后，由上海船廠收歸國營，直至2015年停產(chǎn)棄用。

面對過快的城市發(fā)展，歷史遺存往往出現(xiàn)既往功能與當(dāng)下城市需求之間無法配適的問題。船塢又因其空間形式、工業(yè)功能、結(jié)構(gòu)構(gòu)造及規(guī)劃屬性的極端特殊性，在被棄用后的數(shù)年都未能以合適的方式完成功能轉(zhuǎn)性，一度成為被閑置的工業(yè)遺跡，與歷史記憶一同染上銹斑，離現(xiàn)代城市生活日漸遠(yuǎn)去。然而，“時(shí)間是只屬于這個(gè)場所的，始終在這里隱匿地流動著，也只能在這個(gè)場所中追溯和體驗(yàn)”[4]。浦江沿岸的船塢、工廠作為近現(xiàn)代造船工業(yè)的記憶載體，在剝離了原有工業(yè)效用后，仍是城市文脈中最獨(dú)特的場所[5]。

兩座船塢本是超常尺度的大“深坑”，1號小船塢長200m，寬30m，深36m；2號大船塢長260m，寬44m，深11m。在原作設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)介入前，曾有過多次改造方案的探索，但都由于不符合城市更新的需求或既有規(guī)則帶來的困境而未能實(shí)施。例如，八埭頭商業(yè)街計(jì)劃，意在大刀闊斧地改變既有城市面貌，形成“時(shí)髦”的商業(yè)綜合體，但拆除后的船塢將無法再生，城市工業(yè)記憶的斷點(diǎn)無法接續(xù)；又如，也曾計(jì)劃將船塢改造為游艇碼頭，但由于44m寬的船塢過小而無法實(shí)現(xiàn)；此外，遺留的船塢涉及規(guī)劃藍(lán)線，不僅調(diào)規(guī)困難，若形成內(nèi)港則需滿足7m海拔高的防汛墻建設(shè)要求，造成濱水空間的進(jìn)一步阻塞。

2 船塢記憶

3 2 號船塢壁及鏡面水池

4 總平面圖

業(yè)主：楊浦濱江投資開發(fā)有限公司建設(shè)地點(diǎn)：上海市楊浦濱江

建筑設(shè)計(jì)：同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)（集團(tuán)）有限公司原作設(shè)計(jì)工作室

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)：章明、張姿、秦曙、潘陳超、李雪峰、張崎（實(shí)習(xí)生）、余點(diǎn)（實(shí)習(xí)生）（建筑）；梁峰（結(jié)構(gòu)）總建筑面積：18000m2

設(shè)計(jì)時(shí)間：2019.03—2019.09

建成時(shí)間：2019.09

2019年上海市城市空間藝術(shù)季（Shanghai Urban Space Art Season,SUSAS）成為了船塢改造的觸發(fā)點(diǎn)。上海船廠舊址上的兩座船塢連同毛麻倉庫，被選為藝術(shù)季的主展場[6]，船塢則是第一件展品?！按瑝]記憶”——不同于往屆，此次空間藝術(shù)季以楊浦濱江南段5.5km城市公共空間作為展場[7]，建筑和城市公共空間本身作為展品，以藝術(shù)的形式向所有市民開放。船廠段作為楊浦濱江貫通中“三帶九章”[8]的第一章“重返港灣船廠游”，借此契機(jī)實(shí)現(xiàn)了從城市工業(yè)遺地向藝術(shù)水岸公共空間的轉(zhuǎn)變[9]。

隨機(jī)會而來的還有挑戰(zhàn)：城市空間藝術(shù)季要求展場在極短時(shí)間內(nèi)完成改造并投入使用，工期一再壓縮，同時(shí)出于對結(jié)構(gòu)安全性的考慮，新建部分要求以最低限度改變船塢原狀?？焖賳印⒈３衷Y(jié)構(gòu)完整性與對歷史文脈存續(xù)的多重要求指向了快速建造、低介入和高可逆的改造設(shè)計(jì)理念。船塢改造項(xiàng)目成為了一場具有啟動性的“破冰”行動：快速建成的臨時(shí)性大型公共空間在短時(shí)間內(nèi)將場地的公共性打開，接連舉辦的城市公眾文化藝術(shù)活動使船塢成為了城市熱點(diǎn)，宣告冰冷的工業(yè)區(qū)向親民的公共空間轉(zhuǎn)變。同時(shí)，該輪建成物的建構(gòu)邏輯要利于快速拆除，為后續(xù)實(shí)現(xiàn)逐級更新留有充分的空間。

5 舉辦論壇的船塢報(bào)告廳

6 從船塢空間看報(bào)告廳

7 雙船塢橫剖面

9 2 號大船塢縱剖面圖

原本不具親人尺度的船塢在經(jīng)歷改造后，成為了“自由的個(gè)體為了藝術(shù)、娛樂和休閑的目的而聚集的場所”[10]。1號船塢曾為市民提供了燈光、音樂、裝置等綜合性藝術(shù)品的沉浸式體驗(yàn)空間，在市民游走其中、自在感受的同時(shí)，船塢本身就成為了一項(xiàng)與城市共生的公共藝術(shù)作品。2號船塢不僅舉辦了環(huán)同濟(jì)設(shè)計(jì)周等學(xué)術(shù)性會議論壇，也舉辦了時(shí)裝秀等時(shí)尚藝術(shù)活動。夜晚舞臺四射的燈光呼應(yīng)著對岸的城市夜景，與歷史記憶中造船業(yè)興盛時(shí)的蒸汽火光疊映出上海這座城市的厚度與活力。

在1號船塢中，主要的新構(gòu)筑物包括船塢北側(cè)的公眾看臺以及位于看臺南側(cè)的船形舞臺。為將船塢空間中的沉浸式體驗(yàn)感最大限度地發(fā)揮出來，船形舞臺采用了與塢壁同構(gòu)的鋼板樁，在重新演繹船體入塢的場景時(shí)，消除了新造物在老場所中的異質(zhì)感。北側(cè)由模數(shù)化鋼板連續(xù)拼接形成的大片金屬面，自北向南逐級跌落形成看臺，其頂部橫貫船塢的水平通道連通了公共出入口。

在2號船塢中，整體長度更大，在北側(cè)設(shè)了一處花架的廊道溝通場地東西兩側(cè)的公共出入口。居中則是同樣以金屬板材鋪設(shè)而成的大臺階，頂部通道連通東西，也自北向南逐級跌落。公眾在此處面向南方，對景鏡水面和塢墩陣——以現(xiàn)代手法重譯的歷史符碼將歷史記憶與對未來的想象在場所中交織。大臺階下部則置入了一個(gè)獨(dú)特的半室外集會空間，既自成一個(gè)功能完備的報(bào)告廳，又因其半開放性且置于“深坑”之中而與船塢空間連通。

10 夜幕中的2 號船塢公眾看臺

2 桁架結(jié)構(gòu)的自立性演進(jìn)

為實(shí)現(xiàn)對船塢進(jìn)行快速、可逆、低介入的改造，必須探索與之匹配的結(jié)構(gòu)體系。1號小船塢的公眾看臺沿用了SUSAS安檢棚的腳手架結(jié)構(gòu)，17000多根腳手架和3000多塊預(yù)制鋼踏板的預(yù)制拼裝、現(xiàn)場搭建，在26天內(nèi)完成了看臺搭設(shè)[5]，率先向公眾打開了塵封已久的工業(yè)遺地。2號大船塢的報(bào)告廳則采用了創(chuàng)新的自平衡空間鋼木復(fù)合結(jié)構(gòu)，在兩周內(nèi)完成了五輪方案的迭代，38天內(nèi)完成現(xiàn)場搭建，由7組鋼木復(fù)合折板桁架形成了功能完備而空間獨(dú)特的半室外集會空間。

在這個(gè)項(xiàng)目中，結(jié)構(gòu)與建筑空間是無法分割、互相表達(dá)的兩個(gè)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)的選型直接決定建筑的空間形態(tài)，結(jié)構(gòu)材料的選用直接影響建筑的空間質(zhì)感。因此選用木材與鋼結(jié)構(gòu)結(jié)合以削弱場地的冰冷氛圍成為了結(jié)構(gòu)-建筑一體化設(shè)計(jì)的第一步，木材的選用不僅提升了空間的宜人性，更使原本斑駁剛硬的船塢空間“柔軟”了起來。爾后在對結(jié)構(gòu)體方案的探索中，又進(jìn)一步強(qiáng)化了結(jié)構(gòu)與建筑之間的統(tǒng)一性，使結(jié)構(gòu)“無論是在顯性的視覺層面，還是在隱性的意義層面……更加“透明”且真實(shí)”[11]。

桁架結(jié)構(gòu)體的方案經(jīng)歷了多輪推敲演進(jìn)。最早的方案1是鋼木混合的平面桁架結(jié)構(gòu)，其中上弦桿和下弦桿為鋼材，腹桿為木材。但若采用普通的平面桁架，將導(dǎo)致受力構(gòu)件數(shù)量較多、體量較大：橫截面方向需要11榀單調(diào)重復(fù)的桁架，縱向還需要雙側(cè)各10榀桁架與之交織，并在地下以鋼索拉結(jié)以對抗基底側(cè)推力，避免采用過大的基礎(chǔ)約束而對船塢改造過大，但空間中縱橫密布的結(jié)構(gòu)構(gòu)件無疑使下部原本有限的空間更為壓抑。

因此方案2中采用了單向張弦梁體系，將原方案中的下弦桿換為更輕巧的鋼索，以減弱對下部空間的壓抑感，而且預(yù)應(yīng)力體系也極大地減少了對基地的側(cè)推力，進(jìn)一步減小了對場地的介入。但張弦梁下部為純受拉構(gòu)件，整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有所減弱，而且張弦梁下部需要采用魚腹型梁，使得下部空間依然較為逼仄。

面對愈發(fā)緊縮的工期，為進(jìn)一步解決結(jié)構(gòu)構(gòu)件過大對下部空間的擠壓問題，研究向兩個(gè)方向同時(shí)推進(jìn)：一是保留“人字形”內(nèi)部空間截面，進(jìn)一步嘗試壓縮單榀結(jié)構(gòu)高度，由此演化出方案3；二是轉(zhuǎn)換思路，通過將原本“人字形”空間截面一定程度上向“拱形”轉(zhuǎn)變，得以使部分側(cè)推力向垂直方向轉(zhuǎn)化，從而縮小結(jié)構(gòu)上部的體量，在此結(jié)構(gòu)邏輯的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了方案4。

11 桁架演進(jìn)圖

12 基座疊澀墊片

13 懸挑通道

14 大船塢折板結(jié)構(gòu)爆炸圖

15 六桿節(jié)點(diǎn)分析圖

在方案3中，平行的桁架在垂直與水平兩個(gè)方向上交錯(cuò)形成新的空間序列，使方案3.1體現(xiàn)出了類似折板的效果，但整體結(jié)構(gòu)對基地的側(cè)推力較大。因此，在方案3.2中，直接在相鄰兩榀桁架之間加入了一組折面，使得結(jié)構(gòu)整體受力更加均衡。但桁架之間的空間關(guān)系使得結(jié)構(gòu)頂部不再平直，為了貼合結(jié)構(gòu)體頂部金屬大臺階的斜度，需在折線處增設(shè)連接短縱桿，較為冗余，并且構(gòu)筑物內(nèi)部空間斜度較大，空間利用率低。此外，這一轉(zhuǎn)折體系中的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，為快速建造帶來了困難。

從“人字形”向“拱形”的轉(zhuǎn)變中，直接采用了更易實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)自平衡的折板體系。首先提出的方案4.1在桁架的二分之一象限處加設(shè)了拉桿，幾乎平衡掉了所有的側(cè)推力，且結(jié)構(gòu)形態(tài)簡潔。但問題也隨之而來：一是橫在空中的拉桿依然給下部空間造成了消極影響；二是折板桁架中最大的三角面中的桿件長度達(dá)到8m，需要將木桿件進(jìn)行拼接，但木桿件拼接后形成的鉸節(jié)點(diǎn)又削弱了結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。方案4.2則進(jìn)一步強(qiáng)化了整體結(jié)構(gòu)的受力平衡，增加了桁架中的腹桿，并在三個(gè)方向上采用了完全相同的單體構(gòu)件。但由此產(chǎn)生了大量多面交疊的節(jié)點(diǎn)，通常這種情況更適合采用厚板CLT（Cross Laminated Timber）工法開榫卯企口去實(shí)現(xiàn)，可這需要大量的節(jié)點(diǎn)計(jì)算研究，面對極限壓縮的工期，無疑有巨大的實(shí)現(xiàn)難度。因此，在方案4.3中，對結(jié)構(gòu)體進(jìn)行了整體簡化，明確增加了垂直立桿，使結(jié)構(gòu)邏輯更為清晰，也避免了大量的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)。其中僅有一個(gè)六桿接頭，采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場拼裝的方式施工。該節(jié)點(diǎn)若按原設(shè)計(jì)完全采用木結(jié)構(gòu)則需要定做節(jié)點(diǎn)，且容差性較小，因此最終把一部分木構(gòu)件換成了鋼構(gòu)件，在其上插腹板與木構(gòu)件相接。由于鋼節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)行焊接操作，施工現(xiàn)場的調(diào)整容差保證了最后落成的整體效果。

最后選用的方案4.3折板結(jié)構(gòu)不僅實(shí)現(xiàn)了完全的結(jié)構(gòu)自平衡，形成了自立性結(jié)構(gòu)體——結(jié)構(gòu)體即使脫離船塢空間依然成立，由此達(dá)到了最小限度觸碰船塢結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求，還為內(nèi)部空間使用提供了舒適的尺度，極大地提升了空間利用率。船骨式的結(jié)構(gòu)體特征也呼應(yīng)著船塢的工業(yè)記憶，喚起人們對城市文脈的感知。非對稱的結(jié)構(gòu)剖面，在保留主體空間對稱性的同時(shí)，南側(cè)空間桁架下的灰空間也可作為配套服務(wù)功能所用?？臻g折板桁架中，折板部分既是結(jié)構(gòu)構(gòu)件，也成為室內(nèi)空間的重要界面，集會主空間的折板部分主要采用木材，彌補(bǔ)了工業(yè)遺跡缺失的“親和力”，為場所提供了溫暖的質(zhì)感；而靠近結(jié)構(gòu)體外沿，垂直折板構(gòu)件則為半透明聚碳酸酯板，更大程度地提供了自然采光。

結(jié)構(gòu)-建筑一體化的設(shè)計(jì)激發(fā)了結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，形成的自立性結(jié)構(gòu)體不僅滿足了高品質(zhì)公共空間的需求，還與其頂部的鋼踏板共同形成一個(gè)可預(yù)制拼裝、快速搭建的系統(tǒng)。

3 建構(gòu)節(jié)點(diǎn)的美學(xué)細(xì)化

船塢底部并非一塊平地，而是從縱向軸線向兩側(cè)放坡的。因此沿船塢軸線放置的報(bào)告廳基座需要消化放坡產(chǎn)生的小高差，以使室內(nèi)地面找平。建構(gòu)中，在兩側(cè)基座底部設(shè)計(jì)了疊澀墊片來消化高差，結(jié)合了美觀需求與結(jié)構(gòu)的功能特性。

由于報(bào)告廳整體結(jié)構(gòu)為自立性結(jié)構(gòu)體，因此在場地中的錨固僅采用M24錨栓鋼筋向下打入約30cm將結(jié)構(gòu)體定位放置，對場地原狀進(jìn)行極小的介入，使結(jié)構(gòu)體易于拆除，保證建造的高可逆性。

報(bào)告廳頂部的東西向通道與下部結(jié)構(gòu)體同樣實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)自平衡，設(shè)計(jì)方案可以完全不與兩側(cè)船塢發(fā)生接觸，形成8m的懸挑，完全承載自重與人行活荷載。上弦桿采用鋼桿件，下弦桿采用木桿件，既符合上部受壓的受力特性，也使木桿件在視覺上與拱形桁架形成船“龍骨”的符碼，呼應(yīng)場地中的城市記憶，豐富人們的沉浸式空間體驗(yàn)。

結(jié)構(gòu)上所需的橫向系桿的連接方式也經(jīng)過多輪推敲，產(chǎn)生了應(yīng)對不同連接體的兩種典型節(jié)點(diǎn)，最終采用U形夾板與加勁板錨固的極簡節(jié)點(diǎn)。在結(jié)構(gòu)體上部的交叉撐拉結(jié)處也設(shè)計(jì)了圓形或圓角長方形的開中孔拉環(huán)，使交叉相接的拉桿以簡潔優(yōu)美的方式連接。

對細(xì)部節(jié)點(diǎn)的美學(xué)細(xì)化，始于對建筑整體品質(zhì)的高要求，而在這個(gè)承載著厚重的歷史并演繹著當(dāng)下精彩的文化生活的工業(yè)遺跡，更為城市中的人們提供了一處可以自在漫游的舒適去處。

4 結(jié)語

16 報(bào)告廳頂部通道的鋼木桁架

17 拉環(huán)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造圖

18 報(bào)告廳頂部通道鋼木桁架分析圖

19 室內(nèi)龍骨狀結(jié)構(gòu)

20 從黃浦江對岸看船塢

在對船骨式的空間折板桁架鋼木復(fù)合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用中，整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)邏輯、受力體系及建構(gòu)形式三個(gè)層面上進(jìn)行了創(chuàng)新。在結(jié)構(gòu)邏輯上，方案的推進(jìn)始于對側(cè)推力的平衡，該結(jié)構(gòu)體不同于較為常見的三鉸拱，采用了兩組鉸節(jié)點(diǎn)，并將成組的受力鉸節(jié)點(diǎn)以折板桁架的形式擴(kuò)大成受力面，更為有效地抵抗傾覆彎矩，極大降低了對基地錨固強(qiáng)度的要求，保證了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，以此實(shí)現(xiàn)對場地的低介入。在受力體系上，折板形式將構(gòu)件的受力進(jìn)行分解，減小了構(gòu)件中的彎矩量，形成了以軸向力為主的受力體系，大部分鋼構(gòu)件的最大應(yīng)力比均被控制在0.7以下。在建構(gòu)形式上，桁架面代替木構(gòu)厚板實(shí)現(xiàn)了對鋼木折板體系的轉(zhuǎn)換，鋼木桁架折板提升了厚板構(gòu)件的受力效率，預(yù)制鋼節(jié)點(diǎn)和鋼木構(gòu)件為施工引入了容差機(jī)制，較預(yù)制CLT工法厚板降低了整體施工難度。此次對于空間折板桁架鋼木復(fù)合結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新性實(shí)踐，將原本場地中的限制條件轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新機(jī)會，將結(jié)構(gòu)邏輯、空間形態(tài)和建構(gòu)細(xì)部統(tǒng)一起來，共同塑造出建筑的獨(dú)特性。

上海船廠舊址中1、2號船塢的改造設(shè)計(jì)，不僅以高可逆的方式對工業(yè)遺跡進(jìn)行了現(xiàn)代化改造，續(xù)史承新，使具有獨(dú)特歷史記憶的空間承載當(dāng)下的城市公共生活；更以結(jié)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了快速建造和結(jié)構(gòu)-建筑一體化設(shè)計(jì)，形成獨(dú)有的自立性結(jié)構(gòu)體系，既是對臨時(shí)性公共構(gòu)筑物建造的探索，也使我們重新思考結(jié)構(gòu)與建筑空間之間的關(guān)系。

＊注：本項(xiàng)目得到“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018YFC0704902）、國家自然基金項(xiàng)目（5177080689）資助。

圖片版權(quán)

圖4，7，9，11，14～18 由同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司原作設(shè)計(jì)工作室提供；圖10 由田方方拍攝；其余圖片由章魚見筑拍攝。