淺談建筑膜表皮的靈感、設(shè)計與深化

摘 要 會議中心建筑往往都會作為區(qū)域地標(biāo)而存在，代表著城市形象，其形象設(shè)計的重要性不亞于功能的合理性。本文介紹了工作中的實際項目綠地贛江新區(qū)國際會議中心的設(shè)計過程，并對其中的具體設(shè)計難點進(jìn)行總結(jié)和剖析，詳細(xì)講述了會議中心，如何從形象造型出發(fā)，一步步深化設(shè)計，將創(chuàng)意靈感變成工程圖紙，進(jìn)而指導(dǎo)工廠以及現(xiàn)場施工。

關(guān)鍵詞 會議中心;膜材料;設(shè)計與深化

1項目概述

基地位于江西省贛江新區(qū)，南側(cè)緊鄰重要的城市界面湖濱大道，東側(cè)、西側(cè)以及北側(cè)被綠化植被和湖景環(huán)繞。項目總用地面積26459.1平方米，總建筑面積29963.69平方米。

2靈感與設(shè)計

建筑形體為“橢球體”，在造型體量上和原有城市規(guī)劃的“城之心，江之眼”的概念相契合。建筑體量在整個基地中呈一定角度的軸線布置，使得無論在城市道路界面還是沿湖景觀界面，都可以看到長短比例不同的兩種立面形態(tài)，提升了建筑形體在城市空間中的體驗度。

2.1 建筑功能

建筑內(nèi)部功能包含具有舉辦大型會議功能的會議中心和配套的商務(wù)酒店。根據(jù)不同空間的功能需求合理空間布置，會議空間要求大空間，便捷到達(dá)與便捷疏散，所以將會議中心布置在沿城市道路一側(cè);在沿湖景觀優(yōu)美的一側(cè)將酒店客房一字排開，提高酒店的居住體驗和景觀溢價。

2.2 立面造型

設(shè)計采用雙表皮的原則，首先確定的是建筑內(nèi)表皮的形式，基本上是根據(jù)建筑的具體功能自然形成的外部界面，采用框架式幕墻體系。我們把設(shè)計重點放在直接影響建筑形象的外層膜表皮上， 外面的裝飾表皮通過落地的拱券結(jié)構(gòu)以及屋面的樹狀支撐結(jié)構(gòu)支撐起整個鋼網(wǎng)架系統(tǒng)，外表皮上的網(wǎng)格單元被裝飾性的膜材料覆蓋。每一片表皮的開口呈平滑的梭形，近看像“眼睛”和“水珠”，寓意著窗口和生命;遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去，整個表皮由無數(shù)的“水珠”串成水流，仿佛隨風(fēng)波動的湖水波光粼粼，和遠(yuǎn)處的儒樂湖景相得益彰。（見圖1）

2.3 形態(tài)推演

在建筑體型的橢球形基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，我們設(shè)想一張平面網(wǎng)狀體在四個角部提供支撐，模擬計算其在自身重力作用下形成的拋物面，在這種狀態(tài)下網(wǎng)狀體內(nèi)部受力最為合理，將這種狀態(tài)水平翻轉(zhuǎn)，就形成了我們建筑外部造型的基本型。再用四個拱形去切割四個角，使整片網(wǎng)格自然地包裹形成一個斜向?qū)ΨQ的平滑的橢球體。（見圖2）

單元處理。在研究建筑立面的形體表達(dá)時，將規(guī)則的表皮單元做橫向的排列組合，形成有機(jī)的線條肌理，一方面使建筑形體在湖濱大道看過去有一定的視覺變化，減少了球體形狀在外觀上的單調(diào)感，豐富了湖濱大道這條重要的城市界面（見圖3）。另一方面這些橫向排列的表皮單元根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蚝腿照諚l件，可以在需要光照進(jìn)入的時段通過每一層表皮之間的間隔有效地幫助建筑內(nèi)部吸納有益的陽光，也可以在需要避免直射的時段通過這些表皮單元所形成的橫向桿件遮擋一部分光照[1]。

3設(shè)計與深化

在確定膜表皮的造型之后，接下來就要將膜表皮進(jìn)行優(yōu)化處理。

通過計算機(jī)輔助計算可以對建筑外幕墻的每個單元模塊進(jìn)行參數(shù)化歸類，各專業(yè)可以基于建筑基礎(chǔ)的幾何形態(tài)協(xié)同進(jìn)行建筑單元、熱工性能以及結(jié)構(gòu)受力等各項專業(yè)的分析，每一項數(shù)據(jù)都可以準(zhǔn)確及時的互相傳遞，實現(xiàn)便捷可視的參數(shù)化設(shè)計。

3.1 外幕墻單元化

外幕墻單元的尺寸及開口大小的設(shè)計考慮了造型效果和工程造價的平衡。在設(shè)計過程中，由于材料與PTFE膜的拉結(jié)方式不同，將引起材料用量與工程造價的變化，通過多方案比較確定了三點張拉的方式， 表皮上的每一片網(wǎng)格由菱形構(gòu)成，邊長限定為2.5米，以鈍角為頂點設(shè)置張拉膜，每隔網(wǎng)格中形成兩片等腰三角形張拉膜。利用頂角角度變化來做類型統(tǒng)計，為進(jìn)一步的參數(shù)化設(shè)計提供數(shù)據(jù)支持，方便最終的設(shè)計交底和施工。

3.2 單元優(yōu)化

首先，通過grasshopper軟件統(tǒng)計橢球形表皮分割成邊長為2.5米的等腰三角形模塊單元。由于每個三角形單元具有兩條相等的邊長，在忽略遮陽板開口大小變化的情況下（通過控制遮陽板開口大小控制室內(nèi)的進(jìn)光量），三角形頂角角度變化將成為決定不同模塊間是否存在差異的唯一因素。通過軟件對所有單元板塊中的頂角角度進(jìn)行分析，存在著1678種完全不同的模塊單元，即有3556塊不同的遮陽板。為了簡化工程量，節(jié)省造價，需要在不影響整體效果并符合建造施工過程的容差的情況下，對遮陽板塊進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕幚韀2]。通過與拉膜廠家的共同討論，嘗試將圖中紅色標(biāo)記的角度容差值設(shè)定為5度，簡化后，夾角將從45度至140度，等差為5度，共20種，圖4顯示了模板簡化結(jié)果。圖中藍(lán)色區(qū)域為45的板塊位置，變至紅色區(qū)域為140度的板塊位置。其中，在忽略遮陽板開口大小變化的情況下，有超過1400塊的單元成為完全相同直角等腰三角形。從這個圖中也可看出夾角越接近90度，板塊數(shù)量越多。

遮陽膜的夾具直接受到板塊形狀的影響，變化規(guī)律及種類數(shù)量均與板塊夾角變化一致，共20種，且直角夾具數(shù)量最多，超過1400個。

單元遮陽膜與太陽輻射設(shè)計。在建筑頂部，由于太陽輻射強(qiáng)烈，需減小此處遮陽膜片開口面積，而在建筑立面，由于太陽輻射量少，需增大此處遮陽膜片開口面積以使獲取更多太陽輻射。根據(jù)這個規(guī)律，在設(shè)置遮陽膜片開口尺寸時，根據(jù)膜片在建筑表面的位置，將遮陽膜片開口尺寸由50%遞減至20%。通過grasshopper程序，將遮陽膜片開口尺寸計入對膜片種類的影響，將有共計42種不同的遮陽膜片。

優(yōu)化結(jié)論：將3556個遮陽膜片簡化為42種形狀不同的遮陽膜片，共有20種頂部膜片夾具，膜片角部夾具由于角度變化不大（變化范圍為：5.5度至24.7度），通過與拉膜廠家的協(xié)商，可設(shè)置為1至2種，不需進(jìn)行具體計算。

優(yōu)化過程的創(chuàng)新點在于在運用rhino、grasshopper等參數(shù)化設(shè)計軟件將南昌的日照規(guī)律以數(shù)據(jù)的形式輸入，并計算每一片遮陽板開口大小、簡化PTFE拉膜、連接桿件類型，使這些遮陽單元按照當(dāng)?shù)厝照找?guī)律控制開口尺寸及進(jìn)光量，以保證充足的日照并滿足節(jié)能要求，從而達(dá)到為建筑提供舒適性、經(jīng)濟(jì)型的室內(nèi)空間。

4結(jié)束語

綠地贛江新區(qū)國際會議中心項目作為地標(biāo)性建筑，代表著區(qū)域形象，造型上追求美觀大方，創(chuàng)新卓越，引領(lǐng)贛江新區(qū)的城市形象的發(fā)展風(fēng)向標(biāo)。然而每個郵箱的創(chuàng)意真正落地，往往是在設(shè)計時手中反復(fù)打磨，細(xì)節(jié)上的推敲，技術(shù)上的支持，多方的協(xié)調(diào)，最終呈現(xiàn)在市民眼前，而每一位建筑師都是帶著使命感在創(chuàng)造作品。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔡權(quán).基于環(huán)境參量的參數(shù)化建筑設(shè)計研究[D].南京：南京工業(yè)大學(xué)，2012.

[2] 駱耀輝.基于優(yōu)化算法的參數(shù)化建筑設(shè)計探究[D].成都：西南交通大學(xué)，2015.

作者簡介

邵菁菁（1991-），女，黑龍江哈爾濱人;學(xué)歷：碩士，建筑師，研究方向：建筑設(shè)計。