基于地質(zhì)博物館建筑設計探究
——以貴州省地質(zhì)博物館為例

雷杰義

（貴州省建筑設計研究院有限公司，貴州貴陽 550000）

0 引言

此前，貴州是全國少有的未建省級地質(zhì)博物館的省份之一，這與貴州礦產(chǎn)資源大省、沉積巖王國、古生物化石王國、巖溶喀斯特王國的地位極不相稱。1949 年以來，貴州省投入了大量人力、物力、財力進行了大規(guī)模的地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查，匯集了成千上萬地質(zhì)工作者的辛勤勞動和智慧結(jié)晶，形成了價值上千億元的地質(zhì)資料，但由于歷史原因未建地質(zhì)資料庫，大部分散落保管在各處不安全地方。為改變這一狀況，2015 年6 月，地質(zhì)博物館項目開始正式建設。本文就貴州省地質(zhì)博物館的建筑設計進行了探討。

1 項目建設概況

貴州省地質(zhì)資料館暨地質(zhì)博物館建設項目總建筑面積40004.5m2，建設總投資2.8 億元。地上7 層約26793.6m2，地下2 層共13213m2，建筑總高度33.3m，工程結(jié)構(gòu)形式為現(xiàn)澆鋼筋混凝土加鋼支心支撐結(jié)構(gòu)。

項目建成后將成為展示貴州地質(zhì)文化、再現(xiàn)地球滄海桑田地質(zhì)變遷的地球科學文化的窗口，也將為貴州省的地球科普教育、古生物化石保護、珍貴地質(zhì)資料保護、開發(fā)、利用產(chǎn)生巨大推動作用。同時將助推貴州省文化旅游發(fā)展，提升貴州文化形象。貴州省地質(zhì)資料館暨地質(zhì)博物館區(qū)位如圖1 所示。

圖1 貴州省地質(zhì)資料館暨地質(zhì)博物館區(qū)位

2 貴州地質(zhì)博物館建筑設計特點

2.1 設計理念

設計理念新穎、建筑造型獨特[1]。立面和平面都寓意“黔之石”，并讓人聯(lián)想到梵凈山“蘑菇石”；也神似漢語拼音“GZ”的縮寫；屋面退臺處理寓意貴州梯田地貌，工程系統(tǒng)集成協(xié)調(diào)難度大。機電與安裝專業(yè)系統(tǒng)集成，建筑造型復雜，機電與安裝各專業(yè)穿插復雜、協(xié)作煩瑣，綜合性強，協(xié)調(diào)量大。鋼結(jié)構(gòu)異形多、跨度大，施工難度大。鋼結(jié)構(gòu)外挑長度達18.7m，空中連廊長25.4m，最大跨度39m，對測量定位、吊裝施工、空中焊接等技術要求高。外墻幕墻質(zhì)量控制難。外墻分為玻璃幕墻、金屬幕墻及石材幕墻3 種，主要是蜂窩鋁板+花崗巖復合新型石材幕墻，向內(nèi)外傾斜度達到-20°~17°，三維空間測量定位和施工精度控制技術要求極高。

2.2 總體布局與空間形態(tài)

建筑布局很好的處理了建筑與城市的關系，項目位于兩條城市主干道的交匯處，用地呈三角狀。布局上首要考慮退讓出開闊的公共活動空間，在道路交匯處設置大型景觀廣場，同時也作為博物館的入口廣場和主要形象展示空間。建筑主要形象面進行大跨度洞口灰空間的處理，通過該洞口灰空間使城市景觀廣場能與建筑西南側(cè)的山丘發(fā)生聯(lián)系，“望得見山，記得住鄉(xiāng)愁”。貴州省地質(zhì)資料館暨地質(zhì)博物館設計效果如圖2所示。

圖2 貴州省地質(zhì)資料館暨地質(zhì)博物館設計效果

3 建筑形體的實現(xiàn)

建筑形體設計立意貴州梵凈山蘑菇石，造型獨特，各立面傾斜，結(jié)構(gòu)頂部采用大跨度連體及大懸挑，使建筑具有強烈的視覺沖擊力。

為達到建筑設計效果，結(jié)構(gòu)單體一采用“鋼框架—中心”支撐結(jié)構(gòu)，頂部兩層采用大跨桁架實現(xiàn)連體，并采用伸臂桁架根據(jù)建筑立面造型外挑。

由于建筑造型獨特，建筑室內(nèi)空間復雜，為了同時滿足建筑形體和使用空間，對設備管道的綜合設計帶來很大挑戰(zhàn)。同時，鋼結(jié)構(gòu)部分結(jié)構(gòu)形式采用了“鋼框架—中心”支撐結(jié)構(gòu)，造成結(jié)構(gòu)內(nèi)部支撐布置眾多，結(jié)構(gòu)內(nèi)部空間關系復雜，對各專業(yè)間協(xié)同設計極為困難[2]。

對于地質(zhì)博物館高大空間，常規(guī)的噴淋系統(tǒng)無法滿足消防需求；在會展功能區(qū)的相關用電負荷的預留及智能化的合理規(guī)劃等都是本次設計重點和難點。

4 地質(zhì)博物館建筑功能布局

4.1 功能與流線的高度契合

集博物館展示、地質(zhì)資料儲存、綜合業(yè)務用房和報告廳等多種功能為一體的綜合性博覽建筑。設計對不同性質(zhì)的功能區(qū)、交通流線、管理、交流、展示等各方面進行分析研究，以尋求整體布局的效益最大化，同時保證各功能區(qū)之間便捷的聯(lián)系與交流。

基地東側(cè)道路為城市主要交通干道，人流較大，是建筑的主要形象展示面，故將博物館展館部分沿東側(cè)布置，與城市緊密聯(lián)系，同時與用地東側(cè)的貴陽奧體中心遙相呼應；地質(zhì)資料館布置在用地北側(cè)，相對安靜獨立，利于資料儲存研究。多功能報告廳與配套服務用房布置于建筑中部，便于對外交流與聯(lián)系，建筑洞口灰空間的上部為綜合業(yè)務管理用房，利于對博物館和資料館的管理、聯(lián)系。各個功能塊分區(qū)明確，流線組織自成體系，既互不干擾，又便于聯(lián)系。

4.2 神秘貴州廳設計

神秘貴州廳位于建筑一層。貴州的地質(zhì)歷史長達14 億年之久，經(jīng)歷了復雜多樣的地質(zhì)環(huán)境，不同的地質(zhì)環(huán)境造就了形形色色的生物面貌。貴州的地層完好地保存了這些地質(zhì)歷史中匆匆的時間過客，為多彩貴州增添了大量豐富多彩的精美化石，講述著貴州地質(zhì)歷史中轟轟烈烈的遠古故事，記錄了生命進行曲中的精彩樂章。其中有很多化石群已經(jīng)進入了國際古生物化石的寶典，成為世界知名的古生物群落。其中“甕安生物群”作為全球獨一無二的早期生命化石產(chǎn)地，以及三疊紀“龍的故鄉(xiāng)”兩部分內(nèi)容，成為本廳展示內(nèi)容的兩大主題亮點。

4.3 多彩貴州廳

多彩貴州廳位于建筑二層。14 億年的地質(zhì)歷史造就了美麗而神奇的貴州大地，不僅擁完整的地質(zhì)遺跡和豐富的礦產(chǎn)資源，還孕育出了無數(shù)美輪美奐的自然奇觀：神秘的喀斯特、絢麗的丹霞、美到窒息的自然保護區(qū)等景觀，都詮釋了貴州“八山一水一分田”的美談。貴州山秀水美，氣候涼爽，是國內(nèi)“自然風景”旅游的絕佳選擇。正所謂“仁者樂山，智者樂水”，貴州風景兼具山秀、水美兩個特點，最大限度的詮釋了最淳樸的自然之美。走進“喀斯特王國”和享譽世界的旅游資源是本廳的設計重點。

4.4 富饒貴州廳

富饒貴州廳位于建筑二層。貴州具有優(yōu)良的成礦地質(zhì)條件，使得其礦產(chǎn)資源豐富、分布廣泛、門類齊全、成為全國礦產(chǎn)資源大省。其保有礦產(chǎn)資源儲量位于全國前列。目前已建成中國南方的重要產(chǎn)能基地。遵循“黔礦之富、黔礦之優(yōu)、黔礦之用”和“石之美、石之成、石之傳”兩大展示思路，揭示貴州礦產(chǎn)資源的富饒、優(yōu)勢、用途之奧秘，以及觀賞石“因美探其成”的賞石文化之傳承。

4.5 奮進貴州廳

奮進貴州廳位于建筑二層。貴州的土地管理、礦產(chǎn)開發(fā)、地理測繪有著悠久的歷史。中華人民共和國成立以后，廣大國土人、地質(zhì)人、測繪人默默無聞地從事著國土管理、地質(zhì)調(diào)查、基礎測繪、礦產(chǎn)資源開發(fā)等事業(yè)，憑借現(xiàn)代科學技術，用智慧和汗水逐漸打開地下和地面的資源寶庫，描繪出無與倫比的壯美畫卷，為國家經(jīng)濟建設和社會發(fā)展作出了卓越貢獻！以“發(fā)展歷程、重大事件”為背景，突出重大事件、光輝事跡、模范人物、科研成就，彰顯歷史文化。

4.6 飛行影院

飛行影院位于建筑一層。按照目前國內(nèi)先進的飛行影院技術，利用球幕結(jié)構(gòu)和動感座椅，模擬風、雨、雷、電、雪等輔助手段，配以專門制作的8min 左右時長的多彩貴州風光片，使觀眾體驗貴州省境內(nèi)最現(xiàn)代化、最具震撼性的身臨其境的全景5D 現(xiàn)場，助力打造成為貴陽市新的亮點和旅游目的地。

5 地質(zhì)博物館建筑設計效果

5.1 建筑造型與流線、功能的結(jié)合

通過限制條件及使用需求的分析，在并不充裕的V 字形場地上放置一塊“巨型靈石”，建筑通過在道路轉(zhuǎn)角處退讓出足夠?qū)挸ǖ某鞘虚_放空間，通過兩支沿城市道路交叉口兩側(cè)延展裙房使其懸空并形成喀斯特地貌“洞”特點，將建筑功能的分區(qū)與人流的引導巧妙的結(jié)合在一起。同時，利用巖石退階的造型，建筑各功能區(qū)域關系相對獨立且又聯(lián)系緊密；設計以“蘑菇石”為造型特點，將博物館參觀流線、對外服務流線、業(yè)務技術區(qū)流線以及檔案庫房流線進行統(tǒng)籌分析，通過疏散人數(shù)的計算將人流量進行拆分，把參觀人員按不同樓層進行疏散。采用BIM 全專業(yè)協(xié)同設計，將建筑設計形式與內(nèi)容高度一致，體現(xiàn)出文化建筑的藝術效果[3]。

地質(zhì)博物館采用鋼框架中心支撐結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)最大連體跨度33.6m，最大懸挑20m，超限項目達6 項，超限結(jié)構(gòu)設計采用鋼框架支撐體系，結(jié)構(gòu)體型復雜，同時存在大懸挑結(jié)構(gòu)、連體、平面不規(guī)則、超限情況，結(jié)構(gòu)為實現(xiàn)建筑造型布了置眾多的鋼斜撐?？拐鹦阅芑O計首先應用專業(yè)軟件進行了抗連續(xù)性倒塌、彈塑性時程等經(jīng)多項分析驗算，保證了結(jié)構(gòu)的可靠性。

5.2 復雜立面外裝設計

通過大量的調(diào)研，每塊蜂窩石材采用同一座山并按照山體原始斷面的紋理整體對建筑立面石材進行分格劃分，得到“巖石”最原始最真實的觀感，體現(xiàn)“地質(zhì)博物”的特征。通過revit、tekla 等BIM 技術手段，通過統(tǒng)籌配合共同優(yōu)化，將斜撐問題不僅未對建筑使用功能造成影響，反而營造出獨特的韻律感，突顯了特殊的結(jié)構(gòu)美感。

針對貴州地質(zhì)博物館傾斜外墻，采用輕質(zhì)節(jié)能復合墻板，輕質(zhì)墻板由粉煤灰、硅酸鹽水泥、聚苯乙烯EPS泡沫顆粒、硅酸鈣面板組成，天然重度≤7kN/m2。石材幕墻采用開縫式，石材板為28mm 厚石材蜂窩鋁板，相較于傳統(tǒng)石材板重量僅為1/3，與外墻輕質(zhì)墻板共用鋼龍骨形成整合的外墻體系，既滿足外立面傾斜效果也滿保證了輕質(zhì)節(jié)能的要求。

6 地質(zhì)博物館建筑設計新技術應用和創(chuàng)新

6.1 新工藝應用

空調(diào)系統(tǒng)采用雙冷源技術，分別由冷水機組（中溫冷凍水為14~19℃）、直接蒸發(fā)冷源系統(tǒng)，實現(xiàn)溫、濕度的獨立控制，系統(tǒng)能效比高，制冷COP 值高達10[4]。

6.2 新設備應用

采用方形鼓風式逆流冷卻塔，轉(zhuǎn)輪除濕式恒溫恒濕空調(diào)機組，熱泵式轉(zhuǎn)輪式熱回收機組等適宜的新設備有效降低空調(diào)系統(tǒng)能耗。在智能化系統(tǒng)及用電負荷的預留方面，對預留負荷進行了合理規(guī)劃，而智能化相關設備預留考慮后期擴展空間[5]。

6.3 新技術應用

采 用Revit、Vasari 和Green Building Studio 等 軟件，設計階段采用全BIM 正向設計，并在施工階段配合建立可視化項目協(xié)同管理平臺，將各參建單位協(xié)同實施；通過Fuzor、UE4 的VR 技術，以及Navisworks 的碰撞檢測，與設計進行協(xié)同交流，將復雜的形體與機電布置充分理解并順利實施。

7 結(jié)語

目前，貴州省地質(zhì)博物館已經(jīng)竣工開放，博物館等文化設施如今越來越受到人民大眾的關注，其建筑設計的發(fā)展是一個長期的研究課題。為此，不斷探索地質(zhì)博物館基本標準和規(guī)范，逐漸形成以創(chuàng)造性占主導地位的建筑設計模式，要借鑒國內(nèi)外先進的地質(zhì)博物館的建筑設計經(jīng)驗，從發(fā)揚我國民族文化的立場出發(fā)，進行開拓創(chuàng)造，創(chuàng)建具有中國地質(zhì)博物館館的建筑特色，要與時俱進，在民族傳統(tǒng)文化與西方現(xiàn)代文化的碰撞中去尋找活力，謀得新的發(fā)展，獲得具有時代特色的設計感悟。