混凝土塑造的起伏地景
——西寧絲綢之路物流園素混凝土殼板實踐＊

裘俊 關飛

裘俊 中國建筑設計研究院有限公司本土設計研究中心建筑師。

關飛 中國建筑設計研究院有限公司本土設計研究中心一室主任。

混凝土板殼結構在大跨度空間建筑中的應用，伴隨著混凝土技術的逐漸完善而成熟：1920年代開始嶄露頭角，到二戰(zhàn)期間因為大量需求催生了混凝土技術的大發(fā)展；二戰(zhàn)中后期百廢待興的社會狀態(tài)更是將混凝土殼體推向繁榮，并漂洋過海，影響到南美、日本等其他地區(qū)；1970年代繁榮后的逐漸消亡預示著混凝土材料在當時諸多因素下日漸式微，新技術、新材料的蓬勃發(fā)展也向其提出了挑戰(zhàn)?？v覽全局，這條發(fā)展軸線其實暗合了混凝土技術的發(fā)展脈絡。而在新時期，大面積素混凝土殼板結構還存在哪些新的機會？筆者認為，西寧絲綢之路物流園項目正是這方面的一種嘗試。

1 黃土印象

青海西寧西部湟中縣多巴地區(qū)的黃土山谷夾縫中正在建設一座多巴新城。受業(yè)主委托，我們在青藏線雙寨站的南側規(guī)劃了一片多功能的物流綜合體。項目用地東西長約2 639m，南北寬約1 114m，在鐵路線和城際高速之間呈L形。2015年現(xiàn)場踏勘時正值深秋，高低起伏的黃土溝壑給人以極大的視覺沖擊，南側山坡金黃的秋葉、北側荒蕪的村落與黃土飛怷的施工場景形成巨大反差，而一座總面積達70萬m的現(xiàn)代物流城即將在這里誕生。

2 地景從合

項目從梳理大地開始，通過將不同坡度的山地修葺成臺，構筑成豎向豐富的黃土臺地景觀園區(qū)。同時，為滿足園區(qū)功能、突出線性形態(tài)與環(huán)境的關系，我們將物流倉儲區(qū)、集中停車區(qū)、辦公配套區(qū)、加油加氣服務區(qū)、遠期服務區(qū)五個功能模塊串聯(lián)布置。建筑以柔和的曲線形態(tài)順應著起伏的大地肌理和混凝土材料的力學特嬕，樸素的形態(tài)和純凈的材質(zhì)體現(xiàn)了獨特的工業(yè)建筑氣質(zhì)，以一種現(xiàn)代而謙遜的姿態(tài)擬合了建筑與山體環(huán)境的關系（圖1）。

2.1 與土地的關系——從大地生長

充分考慮場地地形，在盡量減少土方工程的前提下優(yōu)化建筑與場地的關系。項目位于鞍家?guī)X的北坡，地勢高低變化較大，場地內(nèi)坡度大于8%的不適合建設場地較多。以南北向和東西向分層錯動的生土平臺為基礎，在不同土臺上布置單體建筑，高低錯落的建筑之間形成了空隙，成為天然的庭院。連續(xù)的屋頂、錯落有致的景觀、起伏的大地，它們共同有序地生長。

2.2 與功能流線的關系——模塊拓展

庫區(qū)組團在滿足庫區(qū)工藝流程要求的前提下，順應線性的場地條件進行功能分區(qū)和建筑單體的模塊化整合，在有序拓展園區(qū)規(guī)劃單元化的同時，高效串聯(lián)道路路網(wǎng)，從而降低施工成本，提高使用效率與空間適應性；服務區(qū)組團通過單元式的合院布局來適應高低起伏的地形，為物流園區(qū)提供辦公、商務、餐飲、住宿等一站式的配套服務。

2.3 與環(huán)境景觀的關系——融合與再造

雄渾冷寂的西部地貌塑造了西北獨特的地理環(huán)境，建筑以樸素的材料、形態(tài)給與回應。連續(xù)起伏的屋面形成了城市零散肌理向自然起伏山體的過渡，不同尺度的中庭、屋頂花園與建筑空間融合，使屋面不再只是建筑的輪廓，而是以緊貼地面的扁平形態(tài)勾勒出一種全新的場地印象——建筑仿佛從大地中生長出來，構成一幅獨特的大地景觀。

3 樸素材料與現(xiàn)代工藝

采用素混凝土工藝澆筑成大體量的拱殼結構單元，利用拱頂單元的拼接形成連續(xù)大空間，并通過局部增加不同的結構構件，以適應倉儲物流、商業(yè)店鋪、辦公住宿等不同的功能需求。得益于拱形結構單元優(yōu)良的力學性能，建筑擁有了24m寬、10m多高的無柱開敞空間，殼板最薄處只有150mm。這種連續(xù)、通透的空間效果和輕巧的結構曲板形態(tài)形成鮮明對比，賦予了建筑有序而理性的空間美感，同時成熟的現(xiàn)代工藝與材料也讓樸素的混凝土建筑具有了現(xiàn)代工業(yè)建筑的品質(zhì)（圖2）。

3.1 模塊化單元對工藝、施工方式的適應性

倉儲庫房結合工藝流程設計成標準模塊，借助預應力清水施工工藝，使150～200mm的薄殼實現(xiàn)了24m的大跨度空間。這種做法不僅降低了施工難度，提高了模板的使用率，還能滿足空間的靈活性和功能轉(zhuǎn)換的適應性（圖3）。水平向樓板和立面格構作為串聯(lián)拱殼單元的水平構件，在抵消殼體水平推力的同時，還是建筑主要的圍護和承托組件。立面材料采用帶有縱向肌理的清水混凝土，既降低了成本又獲得了比較粗獷的肌理效果。

3.2 數(shù)字模型工具對設計與施工轉(zhuǎn)換的協(xié)助

以前，傳統(tǒng)建筑師及工程師憑借實驗、經(jīng)驗等方法確定建筑結構的合理形態(tài)，找形過程比較粗略和主觀；而計算機的出現(xiàn)讓結構的形式和表達有了新的可能性，使得設計和生產(chǎn)發(fā)生了爆炸式的發(fā)展。設計中我們將數(shù)字化模型與結構力學分析工具結合，提高了建筑造型和結構找形的準確度，使抽象形體的面轉(zhuǎn)換成數(shù)字化可控的面。比如庫房和商業(yè)殼體的屋面設計，尤其是加油站異形曲面殼體的找形，計算機模型生成了不同的找形結果，利用懸鏈線合理布置拱殼受力曲線，使板殼受力合理、與建筑形體擬合度最優(yōu)（圖4）。

3.3 技術規(guī)格書對低技化施工的指導

混凝土材料看似簡單，但這種流動材料的物理特性由許多因素控制。意大利建筑師奈爾就維強調(diào)受力原則和形體的簡單，并對施工工序、施工組織、質(zhì)量控制均有嚴格要求。在當?shù)厥┕挝蝗狈ο鄳┕そ?jīng)驗和技術手段的情況下，團隊結合以往項目經(jīng)驗和當?shù)氐氖┕ち晳T、材料特性、施工周期等因素，編輯了《清水混凝土技術規(guī)格書》，用于指導施工深化、備料、模板切割找形、澆注、保護等施工措施。施工單位從最初的比較排斥到嫻熟掌握，并結合現(xiàn)場情況合理調(diào)整模板尺寸和模板重復使用率，平衡了經(jīng)濟造價和施工質(zhì)量。可以說，該技術規(guī)格書起到了技術溝通和明確驗收標準的橋梁作用。

3.4 新材料、新工藝對混凝土傳統(tǒng)缺陷的改良

清水混凝土防水不僅關乎建筑的使用和安全，同時影響材料的表觀效果，混凝土自身因施工環(huán)境和技術特性易產(chǎn)生毛細裂縫，在保證清水混凝土效果的前提下，如何進行防水、保溫設計，尤其雙面清水效果的防水設計，一直是施工中的一項難題。不僅如此，項目地處嚴寒地區(qū)，晝夜溫差大，連續(xù)大面積混凝土開裂成為施工的頑疾。團隊將高強度TPO卷材、保溫板與混凝土板面結合，形成“三明治”防水保溫復合結構，在可控的施工成本條件下，提高混凝土建筑熱工性能，優(yōu)化其在嚴寒、高紫外線地區(qū)的抗裂性能。同時，利用成熟的預制混凝土夾芯保溫墻體系統(tǒng)和隔熱窗系統(tǒng)，在提高墻體熱工性能的同時，保障室內(nèi)的采光和自然通風。預制混凝土構件與現(xiàn)澆混凝土材料的結合，進一步提高了建筑的整體品質(zhì)和耐候性能（圖5）。

3.5 系統(tǒng)整合

清水混凝土建筑具有結構、裝飾一次成型的特點，設備末端的布置選型直接影響建筑內(nèi)部空間呈現(xiàn)的品質(zhì)，因此對設備末端定位及外觀的控制成為清水混凝土深化設計中不能回避的問題：將落水管、燈光等機電系統(tǒng)與建筑整合，使單純利落的建筑形體得以保持（圖6）；清水混凝土施工模板圖、天花圖、設備綜合圖則有效控制了設備管線和末端定位，提高了整個建筑的完成度。

4 地域材料和地域生態(tài)的回應

4.1 對于地域性文化和材料的表達

建筑設計強調(diào)形式和地方文化與材料的結合。通過對《建筑材料技術建議書》的整理，收集大量可用的地方性材料和施工做法：建筑立面整體色彩與西北傳統(tǒng)地域文脈相呼應，上部以清水混凝土和混凝土預制百葉為基本材料，局部采用木材及木格柵，為建筑添加自然氣質(zhì)，基礎和地下室部分外墻采用赭石色、咖啡色等暖色基調(diào)的當?shù)厥?；施工技法上采用當?shù)貕K材疊錯等傳統(tǒng)疊石工藝；室內(nèi)則結合當?shù)靥瓶ㄎ幕蛼焯哼M行設計。

1 航拍鳥瞰

2 室內(nèi)空間

3 殼體單元對不同功能的適應

4 屋面板結構計算

5 復合保溫、防水屋面及立面

4.2 地域的氣候適應措施

項目地處嚴寒C區(qū)，四季分明、晝夜溫差大。以熱工被動技術為依托，通過厚重的蓄熱墻體、加大屋面及墻體的保溫能力、南側屋頂天窗引入自然采光等措施，提升建筑整體的熱工舒適度和采光效果。屋面為拱頂，高低拱的疊錯形成側向采光天窗，結合屋頂天窗和室內(nèi)通高空間形成了吹拔效應，直接改善了建筑內(nèi)部通風。

4.3 結合西北氣候和臺地特點的生態(tài)景觀

整體景觀以符合西北地理特嬕的臺地景觀為主，多層次的臺階狀景觀節(jié)點突出了場地的陡坎特嬕，新的景觀序列營造了舒適的場地微環(huán)境。與巖土工程配合，格賓石籠擋墻將臺地和建筑緊密結合，協(xié)調(diào)了建筑與地形的關系。臺地與院落的結合，因高差的出現(xiàn)產(chǎn)生了更為豐富的空間關系，而臺地上的植被景觀則豐富了這種空間序列，成為拉近建筑、臺地與個人尺度的景觀元素。線性的拱形單元建筑形態(tài)順應場地圍合成院，簡化了建筑構件的類型，以靈活的單元拼接應對了功能的適應性（圖7,8）。

5 結語

綜上所述，在大面積、大跨度混凝土的實踐過程中，團隊采用了預應力結構技術、參數(shù)化設計工具、新防水保溫材料、新模板等創(chuàng)新的設計、施工措施，為混凝土殼體的地域性實踐提供了技術保障。西寧絲綢之路物流園項目由此平衡了低技施工、建造成本、建筑品質(zhì)之間的關系，為混凝土這種傳統(tǒng)而樸素的材料在西部地區(qū)不同類型建筑的實踐中做出了嘗試。

致謝：感謝“清水混凝土建筑的設計與施工技術研究”課題團隊負責人崔愷、康凱以及成員葉水清、钘水菁、吳健、張一楠、椂松霖對本研究的貢獻！

6 清水混凝土檐口節(jié)點

7 建筑、臺地景觀分析

8 1#、2#辦公建筑剖面示意圖

業(yè)主：青海歐陸物流有限公司

建設地點：青海省西寧市

建筑設計：中國建筑設計研究院有限公司

項目負責人：崔愷、關飛、張燕、裘俊

設計團隊：付軼飛、宋旻斐、畢懋陽、劉濤、章蔚、李心瑤

總建筑面積：72萬m（規(guī)劃），17萬m（一期建成）

設計時間：2016

項目狀態(tài)：在建

1,2,5 中國建筑設計研究院有限公司提供

3,4,6-8 作者自繪