大型展覽溫室設(shè)計(jì)與建設(shè)管理研究

孫 毅（上海世博文化公園建設(shè)管理有限公司，上海 200126）

大型的展覽溫室在我國(guó)起步較晚，1999 年昆明園藝博覽會(huì)我國(guó)第一座大型展覽溫室才建成。作為集游覽與科普一體的功能建筑，大型展覽溫室既是建筑的花園，也是花園的建筑，涉及專業(yè)多。而當(dāng)前對(duì)展覽溫室項(xiàng)目的研究多為針對(duì)單一設(shè)計(jì)方向，因此非常有必要根據(jù)其獨(dú)特屬性，從跨學(xué)科綜合設(shè)計(jì)的角度進(jìn)行分析。同時(shí)，由于相關(guān)展覽溫室的建設(shè)投資規(guī)模往往較大，需要與時(shí)俱進(jìn)，探討大型展覽溫室的建設(shè)管理特點(diǎn)，采用先進(jìn)建設(shè)管理手段對(duì)其建設(shè)全過程進(jìn)行精細(xì)化管控。

1 工程概況

世博文化公園展覽溫室項(xiàng)目位于上海市浦東新我世博文化公園內(nèi)，總建筑面積約 37 877.6 m2，地上約 28 925.9 m2，地下約 8 951.7 m2，由主游客中心（P1）、多肉世界館（P2）、熱帶雨林館（P3）、云之花園館（P4）、原上鋼三廠老建筑構(gòu)架（P5）共 5 個(gè)建筑單體及室外游覽步道、室內(nèi)懸掛步道兩個(gè)配套設(shè)施共同組成，建筑平面布置如圖1 所示。本項(xiàng)目 P1 建筑和老建筑構(gòu)架為鋼框架，P2、P3、P4 三個(gè)溫室場(chǎng)館為密柱鋼框架-鋁合金屋蓋結(jié)構(gòu)。其中：P2館尺寸為 90.6 m×60 m，最大跨度約 53.6 m，頂部標(biāo)高約 13.7 m；P3 館 111.6 m×69.2 m，最大跨度約 44.6 m，頂部標(biāo)高約 20.7 m；P4 館199.6 m×67.6 m，最大跨度約44.7 m，頂部標(biāo)高約 18.0 m。三個(gè)溫室場(chǎng)館采用了新穎、創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)體系，其中 P2、P3 館屋蓋為異形張弦鋁合金空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系，P4 館屋蓋為異形懸掛鋁合金空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系，即鋁合金屋蓋通過吊桿懸掛在上部老建筑構(gòu)架上。

圖1 建筑平面布置圖

2 大型展覽溫室設(shè)計(jì)分析

2.1 設(shè)計(jì)理念

世博文化公園溫室項(xiàng)目設(shè)計(jì)理念為連接傳統(tǒng)與未來、融合工業(yè)與自然，建設(shè)生態(tài)花園中的溫室建筑。舊的鋼鐵車間曾經(jīng)是這座城市工業(yè)發(fā)展的重要催化劑，新的溫室花園將是未來城市建設(shè)的軟實(shí)力，溫室特色建筑群分為規(guī)整的老廠房構(gòu)架和靈動(dòng)的溫室玻璃建筑。設(shè)計(jì)秉持綠色低碳概念，保留復(fù)原舊鋼廠的構(gòu)架，新設(shè)計(jì)了四個(gè)祥云狀單體溫室構(gòu)建不同的自然場(chǎng)景和氣候。新建筑外輪廓曲線呈現(xiàn)出優(yōu)雅的自然云狀，形成輕盈活躍的新元素，在復(fù)原呈現(xiàn)的規(guī)整舊鋼廠構(gòu)架的中部和周邊靈巧穿插，同時(shí)通過屋面以及立面幾何圖形的變化與周邊框架的交互，呈現(xiàn)出金屬結(jié)構(gòu)與自然有機(jī)融合的建筑意境，形成生動(dòng)自然的輪廓，新與舊的建筑、虛與實(shí)的空間既對(duì)立又統(tǒng)一，而且所有溫室屋頂由圓形天窗組成，可使照射到植物的陽(yáng)光最大化。

2.2 大型展覽溫室設(shè)計(jì)特征性要求

2.2.1 建筑外觀與空間營(yíng)造要求

大型展覽溫室對(duì)建筑造型要求極高,既要滿足特征功能又要具有建筑標(biāo)識(shí)性和時(shí)代性，同時(shí)要求建筑外部通透、內(nèi)部簡(jiǎn)潔明亮、空間靈活。大型展覽溫室的空間比一般室內(nèi)展覽館的空間大，且不能加隔斷，需要容納下“移天縮地”的各類景觀，滿足大型植物生長(zhǎng)空間[1]。因此大型展覽溫室建筑選型多采用大跨度空間網(wǎng)殼的形式，減少內(nèi)部支柱，突出內(nèi)部空間，并提供開闊、通透、無遮擋的視野和采光效果。

2.2.2 溫室氣候與特殊環(huán)境要求

首先溫室對(duì)氣候環(huán)境指標(biāo)有很高的要求，包括適宜的溫度、濕度、光照、CO2濃度等。再次，根據(jù)不同植物特性進(jìn)行土壤介質(zhì)配比設(shè)計(jì)，打造最佳土壤環(huán)境是溫室園藝設(shè)計(jì)的核心技術(shù)要求。同時(shí)考慮到溫室特有的高溫、高濕環(huán)境需求，大型展覽溫室對(duì)建筑材料的耐腐蝕性有較高要求，要求建筑材料美觀、耐光照、耐腐蝕、少維護(hù)。所以使用鋁合金材料制作受力構(gòu)件，采用通透性好、跨越能力強(qiáng)的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)作為結(jié)構(gòu)受力體系，是溫室建筑的理想選擇[2]。

2.2.3 植物設(shè)計(jì)要求

傳統(tǒng)植物園溫室的首要目標(biāo)是收集、展示、保育更多植物種類（品種），在某些專類植物收集上有所側(cè)重。世博大型展覽溫室植物設(shè)計(jì)的目的有所不同，它主要是通過景觀和植物吸引游客，提供良好的游覽體驗(yàn)；通過優(yōu)美的景觀布置、新奇特的植物種類及它們背后的故事、聲光電等綜合體驗(yàn)，使游客放松身心，釋放好奇心和探索欲；通過不同環(huán)境植物的成長(zhǎng)特點(diǎn)展示，沿植物進(jìn)化路徑設(shè)計(jì)植物等方式實(shí)現(xiàn)科普和科研的功能。

2.3 大型展覽溫室關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 結(jié)構(gòu)體系選型

（1）鋁合金結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)。目前大跨度鋁合金結(jié)構(gòu)均采用 Al-Mg-Si 系鋁合金材料。其優(yōu)點(diǎn)有：①輕量化：在同樣強(qiáng)度下，鋁合金結(jié)構(gòu)的重量只有鋼結(jié)構(gòu)重量的1/3，可有效減少溫室內(nèi)桿件數(shù)量，增大采光天窗面積及數(shù)量。②耐久性：無需防腐漆等表面處理即可達(dá)到建筑防腐要求，維護(hù)簡(jiǎn)便。③施工快捷：鋁合金構(gòu)配件全部由工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，數(shù)控制造，現(xiàn)場(chǎng)全裝配式施工，因此能夠簡(jiǎn)化施工工藝，降低施工設(shè)備及場(chǎng)地要求，提高安裝速度，減少施工周期[3]。此外還具有擠壓成型、一體化、綠色環(huán)保等特點(diǎn)。

（2）世博展覽溫室新型結(jié)構(gòu)體系。世博展覽溫室通過創(chuàng)造性地采用懸掛式和張弦式鋁合金結(jié)構(gòu)體系實(shí)現(xiàn)了建筑設(shè)計(jì)要求，建筑結(jié)構(gòu)具有任意幾何邊界、無曲率平屋面、異形多邊形網(wǎng)格等特點(diǎn)。溫室屋頂根據(jù)圓形采光窗布置要求形成多邊形剛性蜂窩形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，并通過雙向索網(wǎng)張拉支撐或通過吊桿懸掛于老廠房構(gòu)架下，與優(yōu)美自由的建筑弧線、平面型屋面造型相適應(yīng)，提供開闊、通透、無遮擋的視野和建筑采光效果。溫室外立面則采用密柱鋼框架結(jié)構(gòu)，形成有規(guī)律的結(jié)構(gòu)形態(tài)。建筑屋面及立面均采用一體化玻璃幕墻體系，結(jié)構(gòu)構(gòu)件既參與受力又是建筑造型元素，結(jié)構(gòu)與建筑的一體化設(shè)計(jì)展現(xiàn)了建筑與技術(shù)的完美結(jié)合，結(jié)構(gòu)體系如圖 2 所示。

圖2 新型密柱鋼框架—異形張弦鋁合金空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系示意圖

新型結(jié)構(gòu)體系從高性能鋁合金材料、新型桿件截面形式、新型節(jié)點(diǎn)等方面都進(jìn)行開拓性的設(shè)計(jì)。新型“日”字形三腹板閉口截面提高了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載性能并有效減小構(gòu)件斷面，節(jié)約材料。新型鋁合金桿件結(jié)合新型節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的應(yīng)用，確保了異形多邊形網(wǎng)格屋面的整體剛度，為屋面提供了大透光率，提高溫室植物的光合作用效率。幕墻、結(jié)構(gòu)一體化的設(shè)計(jì)技術(shù)，有效減少了建筑層次與桿件數(shù)量，提高了建筑通透率與美觀性。

2.3.2 土壤設(shè)計(jì)技術(shù)

（1）溫室土壤介質(zhì)設(shè)計(jì)。展覽溫室的土壤，物理上由四周的圍墻和地下底板及排水層分隔，與外界土壤完全隔離，空間上由溫室外殼與外界自然環(huán)境隔離。因此，溫室土壤介質(zhì)必須有良好的物理和化學(xué)性狀，滿足植物長(zhǎng)期生長(zhǎng)所必需的一切因子。物理性狀如容重、保水性、透氣性、質(zhì)地等，化學(xué)性狀如酸堿度、有機(jī)質(zhì)、陰陽(yáng)離子交換能力（保肥力）。

（2）主要原材料選擇與配備方法研究。篩選了風(fēng)化花崗巖沙、椰糠、草炭、有機(jī)介質(zhì)和火山巖碎石作為配制土壤介質(zhì)的基礎(chǔ)原料。在介質(zhì)土配制中選用安徽或江西山中自然風(fēng)化形成的巖沙，pH 值 5.1～6.6，人工進(jìn)行分篩，選用粒徑 2 mm 以上，這樣土壤不易板結(jié)，利于透氣排水。

通過對(duì)國(guó)內(nèi)多個(gè)展覽溫室項(xiàng)目介質(zhì)土應(yīng)用情況的多次分析、對(duì)比，并根據(jù)世博溫室所種植植物對(duì)土壤的要求，參考原產(chǎn)地土壤理化性狀，總結(jié)出了成熟的展覽溫室介質(zhì)土配比方案。多肉世界館(P 2)配制的植物均為沙生植物，其植物根系具有向下生長(zhǎng)特性，主根深，側(cè)根廣，喜疏松透氣的特點(diǎn)，配備方案最終選擇配比為風(fēng)化花崗巖沙∶火山巖碎石∶椰糠∶有機(jī)介質(zhì)=3∶5∶2∶2。熱帶雨林館(P3)和云之花園館(P4)均為熱帶雨林植物，考慮溫室內(nèi)植物的生長(zhǎng)空間限制，日常需人為加以控制生長(zhǎng)，故介質(zhì)土內(nèi)營(yíng)養(yǎng)成分不宜過高，介質(zhì)土配比為風(fēng)化花崗巖沙∶火山巖碎石∶椰糠∶有機(jī)介質(zhì)∶草炭=2∶3∶2∶2∶1。

2.3.3 植物品種設(shè)計(jì)世博展覽溫室花園三個(gè)溫室館涉及的有沙漠植物、天然雨林、熱帶植被等。植物品種設(shè)計(jì)原則以植物生長(zhǎng)需求為依據(jù)，分為干旱荒漠環(huán)境和熱帶雨林環(huán)境，在每個(gè)場(chǎng)館內(nèi)部的植物分我和布置上，綜合考慮以人為提煉的植物特征故事為主線進(jìn)行植物品種選擇和種植設(shè)計(jì)。同時(shí)為打造富有吸引力和科普價(jià)值的溫室，選擇種植的植物需要珍貴、稀有、奇特和豐富多樣，而且要考慮長(zhǎng)時(shí)間的積累和動(dòng)態(tài)更新。例如，世博溫室計(jì)劃引種極度瀕危且難栽培的侏儒睡蓮、發(fā)現(xiàn)不久的新種邢氏水蕨、少見獨(dú)特的粘葉豆等新穎植物品種。本項(xiàng)目開展全球熱帶與亞熱帶的植物配置技術(shù)研究，根據(jù)不同我域的科屬特征，從選育、安全性及應(yīng)用配套技術(shù)等方面著手，按展示的植物的重要程度來選擇，主要包括特色植物、基礎(chǔ)植物、配景植物、季節(jié)性更替植物。最終結(jié)合室內(nèi)景觀布置，為園內(nèi)植物打造一個(gè)原生態(tài)生長(zhǎng)環(huán)境，并能夠讓游人身臨其境。

2.3.4 溫室環(huán)境控制

本項(xiàng)目通過采集植物生長(zhǎng)影響因素指標(biāo)，包括不同高度的溫度、濕度、光照、風(fēng)速、土壤 pH、土壤含水率、土壤EC、澆灌用水 pH、澆灌用水 TDS 等，根據(jù)溫室植物生長(zhǎng)要求，自動(dòng)控制開窗、遮陽(yáng)、冷霧、補(bǔ)光、灌溉、施肥等環(huán)境控制設(shè)備，自動(dòng)調(diào)控溫室內(nèi)環(huán)境，達(dá)到適宜植物生長(zhǎng)的范圍，為植物生長(zhǎng)提供最佳環(huán)境。世博溫室環(huán)境主要控制參數(shù)和范圍如表 1 所示。

表1 世博溫室環(huán)境主要控制參數(shù)和范圍

未來，通過對(duì)溫室環(huán)境關(guān)鍵數(shù)據(jù)采集研究，建立植物生長(zhǎng)特性數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境精準(zhǔn)控制和環(huán)控設(shè)備精準(zhǔn)調(diào)用，可以在滿足溫室植物生長(zhǎng)的要求情況下同時(shí)滿足經(jīng)濟(jì)節(jié)能指標(biāo)。

3 大型展覽溫室建設(shè)管理研究

3.1 建設(shè)管理特點(diǎn)

（1）界面協(xié)調(diào)多。項(xiàng)目位于整體開發(fā)城市公園內(nèi)部，無市政道路接入，項(xiàng)目周邊與公園綠化標(biāo)段緊鄰，且連通道下穿規(guī)劃市政道路與相鄰地下空間連接，項(xiàng)目與周邊標(biāo)段存在多處施工界面。在設(shè)計(jì)界面、施工界面、場(chǎng)地界面等方面存在大量需協(xié)調(diào)事項(xiàng)。

（2）技術(shù)綜合性強(qiáng)。作為標(biāo)志性建筑，本項(xiàng)目涉及建筑功能和結(jié)構(gòu)體系較復(fù)雜，新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)、新設(shè)備等的應(yīng)用較多，技術(shù)密集程度偏高，且具有工程體量較大、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高等特點(diǎn)。

（3）參建單位多。包括政府部門、建設(shè)單位、監(jiān)理單位、勘察設(shè)計(jì)單位、總承包單位、分包商、供貨商、營(yíng)運(yùn)方等。

（4）投資規(guī)模大，且主要為政府財(cái)政資金投資。

3.2 建設(shè)項(xiàng)目總控研究

3.2.1 項(xiàng)目總控目標(biāo)

世博展覽溫室在總體計(jì)劃、界面協(xié)調(diào)、場(chǎng)地管理、信息管理等方面提出了新的需求，用傳統(tǒng)項(xiàng)目建設(shè)管理模式在整體協(xié)調(diào)建設(shè)過程中存在一定的瓶頸，迫切需要有一種強(qiáng)化管理模式來最大地發(fā)揮管理效率[4]。

為有效統(tǒng)籌推進(jìn)項(xiàng)目，結(jié)合項(xiàng)目上述管理特點(diǎn)，建設(shè)方研究采用了項(xiàng)目總控管理模式，即通過對(duì)項(xiàng)目建設(shè)全過程統(tǒng)籌設(shè)計(jì)、施工、投資總控管理模式及管理技術(shù)的系統(tǒng)研究，形成項(xiàng)目總控集成化咨詢管理服務(wù)模式，并通過開發(fā)數(shù)字化總控管理平臺(tái)，提升大型展覽溫室的建設(shè)推進(jìn)效率。

3.2.2項(xiàng)目總控內(nèi)容

（1）設(shè)計(jì)總控管理模式研究。編制導(dǎo)則統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合大型展覽溫室項(xiàng)目特點(diǎn)，研究設(shè)計(jì)工作界面、專業(yè)協(xié)同內(nèi)容、分類控制要素和責(zé)任主體，編制建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則、技術(shù)措施及專項(xiàng)導(dǎo)則，指導(dǎo)和管控各階段設(shè)計(jì)成果，進(jìn)行內(nèi)外部協(xié)調(diào)和統(tǒng)籌，總體管控開發(fā)建設(shè)。全程協(xié)同統(tǒng)一手勢(shì)。在技術(shù)層面梳理復(fù)雜的設(shè)計(jì)條件，將大項(xiàng)目中各種復(fù)雜的關(guān)系進(jìn)行拆解，形成較為清晰的條線，為全程總控協(xié)調(diào)工作創(chuàng)造有利條件。從規(guī)劃到建設(shè)，全程執(zhí)行編制的各項(xiàng)技術(shù)規(guī)則作為技術(shù)統(tǒng)籌、矛盾協(xié)調(diào)的依據(jù)；在項(xiàng)目設(shè)計(jì)、建設(shè)全過程中動(dòng)態(tài)跟進(jìn)并執(zhí)行總體規(guī)則。對(duì)各專業(yè)在施工過程中可能遇到需要協(xié)同的技術(shù)做法及施工難點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)定及控制建議，以達(dá)到不同單體分布但整體統(tǒng)一的設(shè)計(jì)和做法。

（2）施工總控管理模式研究。針對(duì)項(xiàng)目特點(diǎn)及管理難點(diǎn)，研究可高效協(xié)同的建設(shè)組織體系，研究基于計(jì)劃、界面、信息、技術(shù)、HSE、竣工驗(yàn)收及第三方巡查等管理流程、工作內(nèi)容及與設(shè)計(jì)總控、投資總控管理的對(duì)接界面。通過施工總控計(jì)劃管理，提前對(duì)整體項(xiàng)目建設(shè)計(jì)劃中的里程碑節(jié)點(diǎn)及關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)（項(xiàng)目間相互影響的交叉節(jié)點(diǎn)）進(jìn)行識(shí)別，并通過每月第三方巡查的進(jìn)度跟蹤機(jī)制，分析滯后影響。通過施工總控界面管理，提前策劃整體項(xiàng)目的場(chǎng)地管理界面、施工期間動(dòng)態(tài)場(chǎng)布規(guī)劃及與周邊項(xiàng)目施工場(chǎng)地的動(dòng)態(tài)調(diào)整。通過施工總控第三方巡查，對(duì)項(xiàng)目的進(jìn)度、管理行為、安全及文明施工進(jìn)行定期檢查，督促施工單位、監(jiān)理單位加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管控。施工總控在計(jì)劃、界面管理方面的提前策劃實(shí)現(xiàn)了對(duì)世博溫室項(xiàng)目計(jì)劃及界面的預(yù)控，第三方巡查加強(qiáng)了溫室花園項(xiàng)目施工過程的管理，從事前、事中兩個(gè)層面保證了整體項(xiàng)目建設(shè)的高效推進(jìn)。

（3）投資總控管理模式研究。通過投資總控管理模式提前充分考慮影響項(xiàng)目投資的各種風(fēng)險(xiǎn)因素，確定項(xiàng)目投資總控目標(biāo)和內(nèi)容。然后把這些項(xiàng)目投資總控工作內(nèi)容與成果及時(shí)分解到各單體或標(biāo)段的設(shè)計(jì)深化、發(fā)承包招標(biāo)階段、施工階段的造價(jià)專業(yè)咨詢工作內(nèi)容中去。各階段專業(yè)咨詢工作按投資總控目標(biāo)和內(nèi)容開展，其控制結(jié)果動(dòng)態(tài)地反饋回項(xiàng)目投資總控，投資總控對(duì)反饋結(jié)果進(jìn)行評(píng)估和校對(duì)，從而建立有效的項(xiàng)目投資控制機(jī)制。

4 結(jié) 語(yǔ)

世博溫室作為上海面向未來的與世界接軌的超大型展覽溫室，設(shè)計(jì)理念超前，技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)先。新舊統(tǒng)一、虛實(shí)結(jié)合的設(shè)計(jì)理念，既保留了城市文脈，又彰顯了時(shí)代特征。創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)體系和建筑結(jié)構(gòu)一體化，實(shí)現(xiàn)了獨(dú)特建筑造型、精致材料特質(zhì)和高大空間的復(fù)合需求。在有限的場(chǎng)地內(nèi)通過植物的合理種植與科學(xué)營(yíng)造、環(huán)境與科技相結(jié)合，建成富有特色的展覽溫室。在建設(shè)管理方面，通過項(xiàng)目總控模式這一新興的工程管理模式的探索與研究，打造設(shè)計(jì)、施工、投資三大專業(yè)總控模式和平臺(tái)，形成基于全過程效益最優(yōu)的展覽溫室項(xiàng)目總控專項(xiàng)技術(shù)。