多維度保護(hù)建筑營造
——周口店遺址保護(hù)建筑

崔光海 汪靜 余丹丹

1 項(xiàng)目背景

周口店遺址作為中國舊石器時(shí)代的重要遺址，位于北京市房山區(qū)周口店鎮(zhèn)龍骨山，遺址年代范圍約為50～70萬年前，是人類化石寶庫和古人類學(xué)、考古學(xué)、古生物學(xué)、地層學(xué)、年代學(xué)、環(huán)境學(xué)及巖溶學(xué)等多學(xué)科綜合研究基地[1]。1961年被國務(wù)院公布為首批全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位，1987年被聯(lián)合國教科文組織列入中國首批“世界文化遺產(chǎn)名錄”[2]。

位于周口店遺址東端的周口店遺址第1地點(diǎn)，原是一個(gè)天然石灰?guī)r溶洞，俗稱“猿人洞”。它位于龍骨山的東北坡，是“北京人頭蓋骨”的出土點(diǎn)，遺址東南為華北大平原，西北為山地。周口店鎮(zhèn)附近的山地多為石灰?guī)r，在水的作用下，形成許多大小不等的天然洞穴，因出土北京猿人化石而名揚(yáng)世界。在其附近分布著周口店第4地點(diǎn)、第15地點(diǎn)和山頂洞等諸多古人類遺址和脊椎動(dòng)物化石地點(diǎn)，組成一個(gè)綿亙70多萬年的古人類遺址群[3]。

1 夜景建筑與環(huán)境全圖Full view of the building and environment at night

2 建筑模擬山形修補(bǔ)空間關(guān)系示意Schematic diagram of the spatial relationship of building simulation mountain-shaped repair

3 建筑整體環(huán)境The overall environment of the building

4 保護(hù)棚外觀Protective shed appearance

周口店遺址第1地點(diǎn)現(xiàn)狀為一長方形深坑，東西長約35 m，南北寬約5～8 m，深約30 m，周邊為洞頂坍塌后的巖壁，為層層堆積的文化層。第1地點(diǎn)面積約為1 340 m2，其周圍的不可承重山體面積約為1 538 m2，皆為不能擾動(dòng)或進(jìn)行施工的敏感區(qū)域，其面積總和約為2 878 m2。第1地點(diǎn)以山丘洞穴、巖體、堆積層和植物組成的自然景觀為主，山林茂盛、草木蔥蘢、嶙石掩映，但是經(jīng)過幾十年來的發(fā)展，周邊也留下了過多的人工改造地和建造物，人工構(gòu)筑物的風(fēng)貌與遺址區(qū)域景觀不能完全相容。

通過對(duì)周口店遺址第1地點(diǎn)近20年的監(jiān)測，了解到遺址面臨以風(fēng)雨侵蝕為主要誘因的一系列嚴(yán)重病害，如風(fēng)化、剝落和失穩(wěn)等。尤其是2012年北京“7.21”特大自然災(zāi)害期間，暴雨過后，洞底及西剖面發(fā)現(xiàn)有雨水迅速積聚后又消失的現(xiàn)象。后經(jīng)物探勘察證明洞底存在大的溶蝕裂隙及破碎帶，嚴(yán)重危害整體穩(wěn)定性[4]。2013年8月，國家文物局將清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司文化遺產(chǎn)保護(hù)中心設(shè)計(jì)的《周口店遺址第1地點(diǎn)（猿人洞）保護(hù)建筑設(shè)計(jì)方案》[5]，報(bào)聯(lián)合國教科文組織世界遺產(chǎn)中心備案；2013年11月收到國際古跡遺址理事會(huì)審核意見，同意實(shí)施周口店遺址第1地點(diǎn)保護(hù)設(shè)施工程項(xiàng)目，工程相應(yīng)涉及緊鄰猿人洞的山頂洞遺址、鴿子堂。

周口店遺址第1地點(diǎn)面臨自然與人為雙重破壞：1）第1地點(diǎn)處于露天保存狀態(tài)，長期遭受各種自然力的破壞。主要包括大氣降水產(chǎn)生的沖刷及溶蝕破壞、風(fēng)的吹蝕和溫差作用；雷暴、冰雹、寒潮導(dǎo)致遺址本體出現(xiàn)堆積體、巖體失穩(wěn)、塌落等諸多地質(zhì)病害；巖石在沉淀和構(gòu)造過程中，被自然切割形成大小塊狀，可能出現(xiàn)滑移、塌方、掉塊等現(xiàn)象；植物根系對(duì)遺址堆積層及巖體穩(wěn)定性的破壞。

2）第1地點(diǎn)周邊生產(chǎn)、生活活動(dòng)惡化了遺址區(qū)環(huán)境。遺址區(qū)除東面有村鎮(zhèn)居民住宅與生活垃圾污染外，周邊區(qū)域分布的各種采石、采礦、水泥生產(chǎn)等企業(yè)造成了地形地貌的改變，嚴(yán)重惡化了遺址區(qū)域的生態(tài)環(huán)境。東部的京廣鐵路周良支線緊鄰遺址核心區(qū)域，火車運(yùn)行所產(chǎn)生的震動(dòng)對(duì)遺址堆積的穩(wěn)定性構(gòu)成威脅，同時(shí)限制了遺址區(qū)的交通可達(dá)性。大氣污染、酸雨、震動(dòng)、噪聲等現(xiàn)代工業(yè)的副產(chǎn)品加快了遺址本體的損毀速度。

2 設(shè)計(jì)原則

2.1 最小干預(yù)的保護(hù)策略，確保遺址本體真實(shí)性

以需保護(hù)山體所需覆蓋的最小面積及高度為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行保護(hù)棚體量設(shè)計(jì)，保證對(duì)遺址本體最低限度的干預(yù)[6]。

第1地點(diǎn)因頂部坍塌，遺址直接暴露于室外環(huán)境，主要受到雨、雪、冰雹、風(fēng)、光及溫差等氣候狀況所帶來的危害。本次設(shè)計(jì)以半封閉的設(shè)計(jì)手法保持周口店遺址猿人洞自然存在狀態(tài)，提供一個(gè)緩沖、惰性的空間，避免不確定因素帶來的“保護(hù)性破壞”。較采取小型防護(hù)設(shè)施只能局部或暫時(shí)解決防風(fēng)雨的問題而言，搭建大體量保護(hù)建筑不僅可提供整體覆蓋保護(hù)，且可保持遺址區(qū)環(huán)境的安全及完整性，同時(shí)考慮到遮風(fēng)擋雨及內(nèi)部觀賞空間的要求，保護(hù)棚貼合山體低伏，結(jié)構(gòu)最高點(diǎn)僅高出原有山體3 m左右，對(duì)周邊山勢影響甚微。

5 影響因素Influencing factors

6 經(jīng)過嚴(yán)格排水設(shè)計(jì)的保護(hù)棚雙葉片系統(tǒng)外觀The exterior of the protective shed double-blade system under a strict drainage design

7 建筑內(nèi)部細(xì)節(jié)圖Details of the interior of the building

第1地點(diǎn)及其周邊脆弱山體都需得到保護(hù)，考慮雨水飄落角度、光照通風(fēng)要求、展示設(shè)施等因素，將保護(hù)棚覆蓋面積緊縮到必要的范圍內(nèi)。同時(shí)，綜合遺址所需覆蓋的最小面積及保護(hù)棚結(jié)構(gòu)所需著力點(diǎn)情況，計(jì)算出保護(hù)棚覆蓋的最小面積。

2.2 因形就勢的設(shè)計(jì)手法，確保遺址環(huán)境完整性

巧妙結(jié)合現(xiàn)有地形搭建保護(hù)棚。本次設(shè)計(jì)以現(xiàn)存山體等高線為線索，推導(dǎo)出猿人洞未坍塌前的山體形態(tài)，以此為基礎(chǔ)得到保護(hù)建筑的整體造型，使新建筑在形態(tài)上與周圍山體環(huán)境融為一體。

保護(hù)棚利用遺址區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有道路形成截水溝，阻攔山上地勢高處留下的雨水，設(shè)計(jì)將保護(hù)棚外層表皮葉片由菱形改為更可控且搭接緊密的方形，有組織地收集和引導(dǎo)雨水，最終排放到指定位置，通過被動(dòng)式的生態(tài)建筑手段，降低溫度、濕度，為遺址和室外環(huán)境營造可以減小氣候震蕩幅度的緩沖空間[7]。

此文旨在開發(fā)一種惰氣替代及輸送的方式，替代柴油燃燒工藝，并保證此系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，以適應(yīng)海上油田生產(chǎn)存儲(chǔ)需要的同時(shí)，減少柴油消耗及溫室系統(tǒng)排放量[2]。

雙層表皮及綠植屋面的施工技術(shù)已經(jīng)十分成熟，在國內(nèi)外已有大量實(shí)際工程面世。保護(hù)棚設(shè)計(jì)將屋面劃分為小體塊，實(shí)現(xiàn)綠化種植、自然通風(fēng)及采光、屋頂排水、蓄能照明、日常維護(hù)等各項(xiàng)要求，將結(jié)構(gòu)密度按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整至合理范圍。通過選取大跨度空間殼體鋼結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)的受力方向形成穩(wěn)定連續(xù)的桿件形態(tài)，以靈活適應(yīng)復(fù)雜多變的地形。

2.3 渾然自成的屋面構(gòu)造，確保空間整體協(xié)調(diào)性

保護(hù)棚采取綠植屋面形式，整體鋪設(shè)屋頂綠化，力求融入遺址環(huán)境之中。保護(hù)棚采用內(nèi)外雙層葉片體系，考慮到排水、采光及通風(fēng)等要求，葉片由3～4 m2的方形排列而成，保證相互之間部分重疊又留有空隙，順暢地排出雨水的同時(shí)又不影響采光通風(fēng)[8]。保護(hù)棚外表皮葉片參數(shù)由計(jì)算自動(dòng)生成，搭接緊密，角度合理。雨水由保護(hù)棚最高處葉片向四周葉片逐層下降排出：部分葉片表層雨水降落至南側(cè)山頂暗埋雨水溝并最終匯入山頂截水溝；部分降落至北側(cè)山腳沿線暗埋排水溝并最終匯入場地內(nèi)現(xiàn)有排水設(shè)施；部分降落至東側(cè)或西側(cè)檐溝，再匯入北側(cè)山腳暗埋排水溝排出場地之外。

保護(hù)棚外表皮葉片鋼結(jié)構(gòu)上干掛3～4 m2的鋁制盒子，盒子內(nèi)固定有營養(yǎng)種植草包。內(nèi)表面為鋼結(jié)構(gòu)上干掛石材造型單板玻璃鋼，有效減輕結(jié)構(gòu)重量。保護(hù)棚的外表皮設(shè)計(jì)為綠植屋面，計(jì)劃2年內(nèi)形成綠植全覆蓋，使保護(hù)棚以綠植為外衣隱沒在綠樹叢中。內(nèi)表皮抽象模擬山洞意象，向觀眾傳遞遺址環(huán)境信息。

2.4 跨媒介敘事的交互設(shè)計(jì)，確保文化資源延續(xù)性

以不對(duì)遺址本體造成危害為前提，為豐富遺址展示方式，運(yùn)用聲、光、電及VR等數(shù)字化虛擬科技手段展示遺址內(nèi)不同歷史時(shí)期文化層積。將虛擬性、互動(dòng)性展示形式納入遺址展示體系內(nèi)，提升遺址展示空間的科技性、藝術(shù)性、趣味性、參與性，使公眾真正參與到遺址信息傳播過程中，提高信息的傳播效率，增強(qiáng)傳播效果。

8 葉片整體效果與葉片細(xì)節(jié)The overall effect and details of the blade

9 雙層葉片構(gòu)造分解及模型Two-layer blade structural decomposition and model

為實(shí)現(xiàn)世界文化遺產(chǎn)“真實(shí)性、完整性、使之世代傳承，永續(xù)利用”[9]的保護(hù)要求，猿人洞保護(hù)建筑工程經(jīng)過7年論證、3年施工，分別榮獲中國建筑鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)工程質(zhì)量最高榮譽(yù)——中國鋼結(jié)構(gòu)金獎(jiǎng)；亞洲建筑師協(xié)會(huì)建筑獎(jiǎng)保護(hù)項(xiàng)目類金獎(jiǎng)；中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)空間結(jié)構(gòu)分會(huì)空間結(jié)構(gòu)獎(jiǎng)設(shè)計(jì)銀獎(jiǎng)。

3 結(jié)語

周口店遺址第1地點(diǎn)（猿人洞）建筑設(shè)計(jì)，基于世界文化遺產(chǎn)保護(hù)要求，為加強(qiáng)遺址本體保護(hù)，確保遺產(chǎn)真實(shí)性、完整性、可延續(xù)性，凸顯周口店遺址整體價(jià)值，利用當(dāng)代設(shè)計(jì)手法重塑遺址環(huán)境整體空間結(jié)構(gòu)，把握遺址的空間范圍尺度，適度干預(yù)保護(hù)建筑物空間界限，合理化材料選擇，利用自然生態(tài)設(shè)計(jì)以及高科技數(shù)字手段呈現(xiàn)遺址生態(tài)、文化信息。本設(shè)計(jì)為研究、觀測猿人洞和展示其價(jià)值信息提供良好的環(huán)境空間氛圍，實(shí)現(xiàn)歷史文化資源永續(xù)發(fā)展的遺址保護(hù)建筑設(shè)計(jì)目標(biāo)。

10 保護(hù)棚組織示意圖A schematic diagram of the protective shed

11 遺址內(nèi)部展示空間The interior display space of the site

12 保護(hù)棚頂部The top of the protective shed

在《周口店遺址第1地點(diǎn)(猿人洞)保護(hù)建筑設(shè)計(jì)方案》中，我們經(jīng)過認(rèn)真研究和反復(fù)推敲，開展了包含巖土工程勘察、地形測繪、風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)等在內(nèi)的相關(guān)工作，且邀請(qǐng)專家召開第1地點(diǎn)保護(hù)建筑論證會(huì)，對(duì)保護(hù)建筑內(nèi)外景觀效果、基礎(chǔ)定點(diǎn)地勘、保護(hù)棚結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、抗震性能設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)等方面內(nèi)容進(jìn)行深入研討，于2014年11月完成方案施工圖設(shè)計(jì)。2015年5月開始動(dòng)工，歷時(shí)2年，2018年8月底通過竣工驗(yàn)收，2018年9月底正式對(duì)公眾開放。

[9] 世界遺產(chǎn)中心.實(shí)施世界遺產(chǎn)公約的操作指南[M]. 中國古遺址協(xié)會(huì)，譯，北京：中國古遺址保護(hù)協(xié)會(huì)，2017.

項(xiàng)目名稱：周口店遺址第1地點(diǎn)（猿人洞）保護(hù)建筑

設(shè)計(jì)單位：清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司

項(xiàng)目地址：北京周口店

項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)間：2011—2015年5月

項(xiàng)目完成年份：2018年8月

占地面積：2 878 m2

建筑面積：3 487 m2

項(xiàng)目總負(fù)責(zé)：呂舟

工程負(fù)責(zé)人：崔光海

建筑專業(yè)：汪靜、揭小鳳、李京 、徐知蘭

結(jié)構(gòu)專業(yè)：馬智剛、李增超、蔣炳麗

給排水專業(yè)：郭漢英、劉玖玲、王晶

電氣專業(yè)：郭紅艷、張微、汪昊天

建設(shè)單位：北京龍建集團(tuán)有限公司

項(xiàng)目經(jīng)理：袁繼祥

圖片來源： 文中照片由董萌、五季、高原、高俊拍攝；繪制圖片均來源于清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司文化遺產(chǎn)保護(hù)中心