科興天富廠區(qū)改造
——白色輕質(zhì)構(gòu)筑系統(tǒng)的誕生

董元錚 關(guān)飛

1 任務(wù)的提出

科興天富疫苗廠區(qū)位于北京南郊大興，由既有工業(yè)廠房改造而來，歷經(jīng)多次轉(zhuǎn)產(chǎn)轉(zhuǎn)型的適應(yīng)性改造，建筑密度較大，且伴隨品牌的高速發(fā)展，產(chǎn)生了迫切的品質(zhì)提升需求。

疫苗生產(chǎn)車間實(shí)行24h工作制，廠區(qū)內(nèi)員工約2 200人。全員的用餐都在草坪東南角一座24h開放的集中食堂，食堂的主入口位于地下一層，朝向北側(cè)辦公樓與食堂之間狹長的下沉庭院，這是從辦公樓和車間來往用餐員工的必經(jīng)之路，但廠區(qū)內(nèi)鮮有戶外休息、駐留空間。崔愷院士提出，在對周邊生產(chǎn)辦公不產(chǎn)生過大影響的前提下，進(jìn)行局部輕介入改造，在員工必經(jīng)的下沉庭院處，打造一個(gè)遮風(fēng)避雨的半室外休閑活動場所。

為減少對廠區(qū)正常生產(chǎn)生活的影響，需要工期短、現(xiàn)場作業(yè)少，噪音干擾小。結(jié)合業(yè)主期待的品質(zhì)精良、具有品牌象征性的要求，我們決定采用裝配式模塊裝置，嵌入下沉庭院，遮蔽風(fēng)雨，引人駐留、閑談，激活當(dāng)前略顯消極的空間縫隙。

2 幾何的純粹與現(xiàn)實(shí)的復(fù)雜

標(biāo)準(zhǔn)化模塊依賴恰當(dāng)?shù)膸缀误w系。我們選擇球殼作為原型，原因是：1）球體更接近生物細(xì)胞的自然形態(tài)，具備品牌的象征價(jià)值；2）相對于矩形的既有廠房，球面具有不言自明的異質(zhì)感；3）球殼是獲得跨度和面狀覆蓋的最輕薄的方式。球體的幾何特征是由唯一的圓心和完全相等的內(nèi)聚力產(chǎn)生的面狀體。從富勒球到格林姆肖的伊甸園，球殼的結(jié)構(gòu)優(yōu)越性在建筑史上確已不乏先例。不同于大多數(shù)球殼案例，我們面臨的是更為復(fù)雜的場地環(huán)境。將完美球體置于曠野非常簡單，但球殼與環(huán)境、球殼與球殼之間的相融極富挑戰(zhàn)性，我們希望這次實(shí)踐能在球殼的環(huán)境適應(yīng)性上有所突破。

項(xiàng)目基地是一個(gè)4m深，15m寬的窄縫。為使球殼“嵌入”直線邊界的剩余空間，需要尋求一種幾何關(guān)系，銜接“球體”與直線邊界。因此我們對直徑約16m的球體在水平投影面上做三次60°切削，得到中心對稱的三維殼體作為模塊原型。再對原型繼續(xù)做60°切削，得到兩種更小的平面單元及側(cè)向落地球面（C）。大單元的立面是對稱的半圓拱（A+A）；小單元的立面有兩種，是球殼切削得到的中部拱頂（B）或不對稱的局部拱腳（A）。兩種單元的平面是不同大小的等邊三角形，平面投影邊長是a或2a。這樣的幾何關(guān)系可以帶來立面天際線的豐富性，以及平面拼接、密合的靈活性。同時(shí)，球面空間桿的抽象長度和它們所形成的網(wǎng)格頂點(diǎn)的種類都十分有限，使得工業(yè)深化加工可控。

1 景觀棚架空間

2 景觀棚架外觀

幾何體系是抽象和單純的，而建造需要適應(yīng)復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)空間。下沉庭院的邊界，是辦公樓與食堂形成的兩條不完全平行的直線，東側(cè)轉(zhuǎn)角處有一些原有建筑體量切削帶來的破碎轉(zhuǎn)角。幾何體系首先實(shí)現(xiàn)了在空間縫隙中的自由“轉(zhuǎn)彎”，基本擬合了下沉庭院的邊界，使風(fēng)雨廊的庇護(hù)得以延展到辦公樓和食堂的東側(cè)入口。還有一些現(xiàn)實(shí)中的誤差需要用系統(tǒng)的方法消除。因此我們引入了“黑箱”，它是凸出于下沉庭院南北兩側(cè)的玻璃幕墻，進(jìn)深約1～1.2m，東西通長，基于既有建筑的幕墻色調(diào)而被統(tǒng)一定義為黑色。這個(gè)系統(tǒng)整合了既有建筑界面并擴(kuò)張了局部空間，其目的首先是消化白色的純凈幾何體與現(xiàn)實(shí)邊界之間不可擬合的間隙和誤差，使白色系統(tǒng)的幾何純粹性不受干擾；其次是利用“黑箱”與白色殼廊之間的搭接關(guān)系為下沉庭院閉水，提供可靠而簡單的天溝系統(tǒng)；同時(shí)用連續(xù)、等高的玻璃界面整理下沉庭院破碎的立面，獲得純凈的基座。在氣溫舒適的過渡季節(jié)，連續(xù)打開的玻璃門將打通下沉庭院的室內(nèi)外界面，黑、白系統(tǒng)各自獨(dú)立，其功能性關(guān)系清晰可讀。

3 輕質(zhì)結(jié)構(gòu)體系

奧托把輕質(zhì)結(jié)構(gòu)定義為能夠以較小的自重承載較大荷載的結(jié)構(gòu)對象。這不僅是觀念上的，更符合我們的現(xiàn)實(shí)需求——快而安靜地建造，以及對物資和成本的節(jié)約。

3 地面層平面圖4 屋頂平面圖

5 流線分析6 功能分區(qū)

輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的核心之一是材料的謹(jǐn)慎選擇。圓管立柱與跨度約15m的圓管邊拱組成主體受力結(jié)構(gòu)，由于處在覆蓋投影的邊緣，部分結(jié)構(gòu)會暴露在風(fēng)雨環(huán)境中，需要較好的防腐耐候性能。結(jié)合高強(qiáng)和可精細(xì)加工的表觀需求，選擇了雙相不銹鋼材料，其焊接性能和可打磨的特性，可以解決小直徑圓形截面桿之間難以栓接節(jié)點(diǎn)的問題。同時(shí)選擇相對高輕、高強(qiáng)的鋁合金作為球殼三角形單元的裝配式系桿材料，覆以重量最小的防水構(gòu)造ETFE透明張拉膜，減輕屋面構(gòu)件的自重。

整個(gè)裝置西起下沉庭院端頭，跨越庭院，覆蓋至東側(cè)較高的室外地坪。高低跨越的復(fù)雜地形導(dǎo)致不銹鋼立柱的高度相差很大，2～10m不等，柱子的截面自然產(chǎn)生很大的差異。我們采用張弦柱消解這種差異，當(dāng)柱過高時(shí)，3組張拉鋼索可以將10m多高的立柱截面直徑減至100mm，從而與較矮的單立柱完全協(xié)調(diào)。

4 高度融合的建造

次級結(jié)構(gòu)利用精細(xì)化的鋁合金型材截面工藝，整合張拉膜所依附的龍骨體系，使主體結(jié)構(gòu)與膜結(jié)構(gòu)復(fù)合為一層。從結(jié)果來看，部件的融合使系統(tǒng)擺脫了多余的重量和構(gòu)造環(huán)節(jié)，并對控制結(jié)構(gòu)安裝誤差提出了更高的要求。

依照傳統(tǒng)的建構(gòu)邏輯，圍護(hù)構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)之間除了層層依附的關(guān)系，更核心的是層層調(diào)整的關(guān)系，即幕墻結(jié)構(gòu)/次級結(jié)構(gòu)往往承擔(dān)著矯正、適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)誤差的任務(wù)，表皮則需進(jìn)一步矯正和適應(yīng)次級結(jié)構(gòu)。由于系統(tǒng)的高度簡化和融合，使我們看到項(xiàng)目在這一過程中的挑戰(zhàn)。不止是圍護(hù)構(gòu)件，包括水、電、照明，所有依附在白色系統(tǒng)上的機(jī)電設(shè)備都被盡可能整合，主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件被不斷并入附屬系統(tǒng)。例如，立柱的管腔被直接用作雨水立管，強(qiáng)弱電管線同理，水、電分取若干立柱作為路由。泛光燈具也盡可能減少安裝構(gòu)件，將線形燈具的安裝槽直接整合進(jìn)鋁合金結(jié)構(gòu)型材的截面里。這個(gè)原則精簡了系統(tǒng)，并大幅縮小了專業(yè)、專項(xiàng)配合的顆粒度。管線綜合和機(jī)電安裝的推敲精度從幾十厘米提高到幾厘米，但該節(jié)點(diǎn)尺度對精細(xì)化設(shè)計(jì)的要求使現(xiàn)場暴露出一些問題，部分超出了我們的預(yù)判和控制，例如，一些電線在柱頭鑄件部位無法穿線，而不得不局部明線暴露。

5 生活場景與系統(tǒng)的未來

大量工廠預(yù)加工與少量現(xiàn)場裝配作業(yè)的結(jié)合，使項(xiàng)目從方案設(shè)計(jì)到施工落成在全程低溫作業(yè)的情況下僅用時(shí)100多天。在遮蔽風(fēng)雨的膜拱下植入綠植，春暖花開之后將營造植物園般的微環(huán)境。這座結(jié)構(gòu)纖巧、裝配迅速的構(gòu)筑物，為沉悶的既有廠區(qū)注入綠色、輕盈的生活價(jià)值觀。這個(gè)原型可以在不同尺度、不同形狀的剩余空間里組合、拼裝、蔓延，并可作為高適應(yīng)性的介入系統(tǒng)，在未來科興多處既有廠區(qū)的提升改造中發(fā)揮作用，進(jìn)而成為一個(gè)空間線索，一個(gè)標(biāo)志性場所，一個(gè)品牌象征，把散落在北京周邊的一系列科興產(chǎn)業(yè)園區(qū)貫穿起來，具體而微地激活剩余的消極空間，創(chuàng)造親和、積極的空間。

7 單元模塊生成示意圖

8,9 單元組件控制與立面多樣化組合

10 張弦柱與傘柱11 夕陽下的景觀棚

與建筑體系相結(jié)合的工業(yè)化生產(chǎn)是現(xiàn)代建筑學(xué)的主題之一。這種追求標(biāo)準(zhǔn)的思維方式，其結(jié)果不應(yīng)該是機(jī)械的、單調(diào)重復(fù)的，而應(yīng)該為定制化的設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持。我們希望這座構(gòu)筑物能帶來一種純凈的輕快感，使人們從精神上暫時(shí)脫離工業(yè)園區(qū)現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)壓力；希望它不僅具有技術(shù)上的創(chuàng)新性，還具有一定的美學(xué)特性；希望它雖然脫胎自工廠的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，卻仍可塑造獨(dú)屬于這個(gè)場所的情感和體驗(yàn)。

業(yè)主：北京科興中維生物技術(shù)有限公司

建設(shè)地點(diǎn)：北京市大興區(qū)科興中維天富廠區(qū)

建筑設(shè)計(jì)：中國建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司本土設(shè)計(jì)研究中心

主創(chuàng)建筑師：崔愷、董元錚

方案設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)：崔愷、關(guān)飛、董元錚、衛(wèi)嘉音、劉佳凝

施工圖設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)：劉佳凝、衛(wèi)嘉音（建筑）；鄭愛龍（總圖）；張路、盧凱、郭強(qiáng)、施泓、霍文營（結(jié)構(gòu)）；劉海、周麗娜、夏樹威、蘇兆征、黎松（給排水）；常立強(qiáng)、李戰(zhàn)贈、陳琪、王蘇陽、肖彥（電氣及智能化）

泛光照明顧問：北京寧之境照明設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司

膜結(jié)構(gòu)顧問：美新萊蒙（北京）膜建筑科技有限公司

施工單位：中國建筑第八工程局有限公司西南公司北京分公司

不銹鋼鋁混合結(jié)構(gòu)施工：上海通正鋁結(jié)構(gòu)建設(shè)科技有限公司

總建筑面積：1 100m

設(shè)計(jì)時(shí)間：2021.09—2021.11

建造時(shí)間：2021.11—2022.01

圖片版權(quán)：本土設(shè)計(jì)研究中心

12 “黑箱”剖面關(guān)系13 張弦柱