【AT建筑】本土绿色智慧,大匠生态木作——品谈天府农业博览园主展馆
【AT导读】2023年4期“AT建筑”聚焦崔愷院士新作——天府农业博览园主展馆。作为四川农业博览会的永久会址,项目以农业大棚的建筑形态,打造田间地头的绿色展览空间。基于本土智慧,对尺度、氛围、环境等进行细致思考,将结构性能与生态性能悄然融入空间语言,使技术性转化为诗意的文化性,不仅拓宽对木结构使用边界的认知,更创造生态设计新范式。
本土绿色智慧,大匠生态木作
——品谈天府农业博览园主展馆项目介绍
天府农业博览园主展馆地处成都新津,项目打破传统封闭会展模式,以开放、绿色、共享为出发点,设计景观渗透、馆田相融、功能复合、节能高技的农博展馆。运用大跨度钢木结构棚架及彩色ETFE膜材,营造多场景、低能耗的半室外公共空间,打造适宜本土、面向未来、永不落幕的农博盛景。
▲油菜花田中的天府农业博览园主展馆 ©存在建筑
品谈主持人
汪大绥:华建集团华东建筑设计研究总院资深总工程师,全国工程勘察设计大师
品谈嘉宾
崔 愷:中国建筑设计研究院有限公司名誉院长、总建筑师,中国建科首席科学家,中国工程院院士
柳亦春:大舍建筑设计事务所创始合伙人、主持建筑师
袁 烽:同济大学建筑与城市规划学院副院长、教授、博士生导师
刘 艺:中国建筑西南设计研究院有限公司总建筑师
曾 群:同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司副总裁、总建筑师
郭屹民:东南大学建筑学院副教授
宋晔皓:清华大学建筑学院教授,清华大学建筑设计研究院副总建筑师、素朴工作室创始主持人
林波荣:清华大学建筑学院教授
张 准:同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司高级工程师,和作结构建筑研究所联合创始人、主持设计师
庄晓峻:上海思卡福建筑科技有限公司技术总监
康 凯:中国建筑设计研究院有限公司本土设计研究中心第二设计室副主任
史 杰:中国建筑设计研究院有限公司工程院副总工程师
01
田间地头的绿色展览空间
崔 愷:
《建筑技艺》品谈活动已举办多次,在座的多位专家几乎是每次必到,为我们提供了非常大的支持,也提升了杂志的学术性和技术性。本期《建筑技艺》将系统梳理应用木材及其他生态材料的优秀建筑案例。
天府农业博览园主展馆(以下简称“主展馆”)由本土设计研究中心设计,今天上午各位都进行了参观。当下大家都在讨论绿色建筑,畅想未来的绿色生活,绿色概念在全国范围内都正迅速由学术探讨、理论阐述推广至建筑实践,已经成为了一种风气。我觉得这在某种程度上是一次建筑学转型的大好机会。
一方面,对绿色建筑的追求与中国本土社会环境的转变有关。其实回过头来看,在改革开放之前我们对于现代性可能存在着某种困惑,面临的问题是如何将现代性嫁接到中国本土的建筑风貌中;而改革开放后人们的态度变得放松,逐渐完成了更加全面的现代化、国际化城市建设;直到今天我们不断强调文化自信、文化回归,讨论传承创新以及基于形式的多种表达,并且关注到了更深层次与园林、意境相关的建筑中国性的呈现。其实不仅是建筑学,人们的审美取向、消费习惯等也发生了巨大的变化。过去大家都向往高大的建筑、奢华的空间,但今天我看到很多家长都愿意带孩子们去田野、公园,看花、看小动物……因此我认为建筑设计如果还停留在自身的语境当中,不响应这种开放性,好像就错过了这一次机会。
另一方面,对绿色建筑的关注不仅与中国的建筑传统、社会发展有关,也已成为国际性议题。尤其在1997年《京都议定书》签订后,运用木材等负碳材料进行建设已成为很多国家的承诺,这是各国为应对低碳、绿色发展所共同做出的努力。当步入对绿色建筑的探讨时,建筑学似乎更回归本质了,它在重新思考人与环境的关系。
几年前第一次到新津区的时候,我们从成都市区出发,一路上经过了天府新区大量的现代化建筑,包括当时新建的用于举办农业博览会的中国西部国际博览城。它拥有巨大的金属结构、超长的建筑立面,然而内部空间几乎没有自然采光,需要大量人工照明。这让我思考,为什么农业博览会要在一个工业展馆中举行,为什么不能面对田野形成开放性的展览空间?
新津区给了我实现这一想法的机会,我们对此非常珍惜。能够与优秀的业主以及国际设计团队通力合作,在疫情期间将项目顺利建成,是一件令人十分有成就感的事情。我认为主展馆所代表的不仅仅是建筑本体,还包含了某种对人居环境转型的启示,其中一些策略甚至可以像《绿色建筑技术导则》中的很多关键词以及技术措施一样,在将来被推而广之。
希望借今天的品鉴会,大家能够针对我们的设计提出一些真知灼见,给出其应有的评价,谈谈对这一类建筑的思考,我很期待大家可以就这一问题达成共识。今天我们也参观了园区内的“青苗”项目、“瑞雪”多功能展示馆,以及农博酒店。这一系列项目之间的连续性,以及它们在同一场景下的介入手法、技术策略、美学呈现的异同,我认为是非常有趣的,因此我希望大家接下来的讨论不仅针对主展馆,也可以对园区内的项目进行整体的启发性评论。
▲主展馆与稻作大田 ©存在建筑
康 凯:
下面我来介绍主展馆的具体情况。正像刚才崔院士提到的,主展馆的特别之处在于它生长的这片土地是有别于城市的,因此设计手法也与传统会展类建筑有所区别。一方面,在整体布局上,主展馆没有采用并排行列式的会展模式,而是通过“指状”布局形式,使展馆与田地甚至河流连通,形成完全通透开放的建筑系统。另一方面,在交通组织上,主展馆以分散式的停车布局将车辆分流,前广场只做少量硬质铺装,除满足必要功能外,其余位置均用于植草、种树,打造田间地头的景观展场。
▲景观渗透 ©本土设计研究中心
为推动城乡可持续发展,建设初期政府提出了“在田间地头打造永不落幕的农博会”的建设诉求,主展馆既需要作为农业博览会永久会址具备展览功能,还要在非展览时段起到激发场域活力、带动产业发展的作用。于是,从策划、空间、运营等角度出发,最终形成了以会展为主体,常设文博、文创空间作为补充功能的组合模式,并通过多元互动实现主展馆未来的可持续发展。“前展后街”等概念其实也是在方案深化的过程中,随着运营策划逐步形成的。可以看到,目前主展馆已经基本实现了良性运营的状态,建筑功能完全互补,且能与周边田野中农作物的生命活动联系到一起。
▲建筑空间拆解图 ©本土设计研究中心
为应对成都多雨的气候条件,同时呼应农业博览的主题,建筑形态以种植大棚为原型。那么我们为什么要做这几个大棚?首先,“棚”所呈现的是柔软的界面,与封闭、生硬的建筑边界相比能更好地与田野融合。其次,周边的田地广阔,因此需要一个同样尺度庞大的建筑物与之呼应,这是单纯的功能性空间所无法实现的。并且,大尺度的木棚架形成了兼具结构美学和视觉冲击力的大地景观,将自然的形态暗含其中,棚架上铺装的彩膜呈现出斑斓的色彩,也能使建筑与不同季节的田野融为一体。
大尺度的棚架与其下的功能空间形成了“棚中房”的空间组合模式。由平面图不难看出,棚内空间呈聚落性,内部的平台可以承载大量活动,实现了模块化、开放式的组合模式。棚与功能用房之间“没有空间”的部分,不仅将阳光、空气和植物引入,同时营造出全天候开放的低能耗空间。除了功能性空间使用空调以外,棚下休憩、通过性空间均不使用空调。通过缩小用能空间,充分利用室外和半室外空间,实现了远大于应用局部技术措施的节能效果,最大程度降低建造和运维成本,并且有效提高了空间舒适度。
▲缩减用能空间 ©本土设计研究中心
关于建筑内部的节能及生态策略,在参观中还有几点大家比较关注。
其一是自然通风。刚才有老师提到在午饭后进行品谈特别容易犯困,但今天却格外清醒,这是因为主展馆室内新风量非常充足。棚顶开口大小变化、顶部侧向开口、设置百叶等措施,都是为了让棚内全天候都有风的流动,在建筑两侧下方开口处设置的喷雾装置也能有效降低气流的进入温度。其实只要有风,室内环境就可以变得更加舒适,因为它能有效降低体感温度。在设计初期,林波荣教授团队也对空间中不同位置的风速、温度进行了模拟,以确保室内空间的舒适性。
▲自然采光、通风 ©本土设计研究中心
▲开放的棚架 ©陈尚儒
其二是建筑内引入的自然景色及绿色植物。为了把景观引入棚架,在室内营造出户外田园的感觉,建筑边界处的外部景观环境被延展至棚内,弱化了建筑与自然的边界。这也与结构的布置有一定关系,棚架结构和内部建筑结构是完全脱开的两套系统,这不仅使得栽种植物的土地可以尽可能靠近内部建筑,也可以将棚架系统从建筑中独立出来,更好地解决消防问题。此外,我们在中庭、檐廊、平台等开放空间内,设计了带有滴灌系统的立体绿植墙,形成既能透光也可观赏的绿植帷幕。但比较可惜的是,今天参观时大家看到的绿植都是假的,之前也使用过真实的植物,但是运营维护成本较高,希望未来能够得到改善。
▲植入自然空间 ©本土设计研究中心
接下来我详细介绍一下主展馆的技术难点。
第一项技术是彩色透光顶棚。最初设计彩色顶棚时,我们总觉得它看上去有点别扭,用业主的话说就是感觉建筑被“糊”住了,非常沉闷,在棚下虽然能感受到光,但从外侧看非常不通透。最终在一次会议上,崔院士的一张草图让这个问题迎刃而解——在不同的色块之间随机插入透明条。这些参数化生成的跳跃式的透明条,既消除了色块之间的连续感和沉闷感,也将光直接引入空间中,让室内不只有朦胧的光色,还有了斑驳的光影。
▲彩膜间穿插的透明条 ©《建筑技艺》杂志(AT)
顶棚膜结构使用ETFE膜材,它的特征是透光性强,且能定制成各种颜色,即使是相同颜色的膜材,因透光率不同、厚度不同,色彩也略有变化,能够形成自然、柔和的色彩搭配。主展馆全部膜材均为进口,彩色膜材也都是定制的。我们根据德国诺沃孚膜材厂家提供的编号原则,对膜的透光率、色彩纯度进行了不同的搭配。在得到色彩编号后,通过参数化工具将各颜色的膜单元打散重组,在顶棚实现了抽象化、像素化的田园风光。其色彩也能在阳光下将木结构渲染成不同的颜色,十分生动丰富。
▲ETFE彩膜色彩构成 ©本土设计研究中心
ETFE膜材的优势同样体现在消防性能上。原本计划顶棚使用彩色阳光板,但未能通过消防审批,因此选用了ETFE膜。其排烟性早在水立方的实践中就已得到验证,因为膜材厚度仅200~300μm,遇火时可迅速熔透,排散室内烟气。主展馆侧面开启的百叶也是出于消防的考虑,能够强化通风,在火灾时及时将烟气排出,并保证每处平台上人的活动安全。根据棚架内建筑的标高设置百叶,在立面上实现了虚实渐变的效果。
▲百叶立面分布 ©本土设计研究中心
在膜材的加工安装方面,首先在工厂内通过冷压胶合技术,将不同颜色的小块膜材像织布一样连接,得到一卷完整的膜。在施工中,整张膜被从上到下逐渐展开。在木次梁的上方有小型的索夹,膜与膜之间也并非平接的焊缝,而是存在一个索套,膜每展开一部分,都需要将索先穿到索套之中再绷紧,因此在空间中看不到任何复杂的结构,膜仿佛漂浮在顶棚之上。可以说, ETFE膜材不仅帮助建筑通过了消防审批,还将轻量化的效果做到了极致。
▲ETFE彩膜 ©本土设计研究中心
▲膜材在工厂内加工成整幅 ©本土设计研究中心
▲单元膜材百叶 ©本土设计研究中心
▲彩膜施工 ©本土设计研究中心
第二项技术是LED网屏。这是国内首次应用超大尺度网屏,且全部采用集成化设计,使网屏和幕墙构件完全结合在一起。在白天,网屏微微发亮,为主展馆带来朦胧梦幻的色彩,形成半透明的模糊界面,既不影响建筑的通透性,又能防止鸟误入棚架筑巢。当夜晚屏幕亮起时,建筑内部基本看不见了,在一定的距离以外网屏的观赏清晰度与真实的LED屏幕相差无几,可以播放电影,甚至直播世界杯,2022年中国农民丰收节的开幕式就直接将网屏作为大屏背景使用。LED灯点的间距也经过了多次测试,以同时满足内外的透景效果。
▲夜幕中的主展馆 ©存在建筑
▲中国农民丰收节现场 ©成都市新津区委宣传部
第三项技术是大尺度木构及其数字建构。当前木结构的兴起不仅是因为其负碳性,也因为它是实现柔性大跨度建筑的常用材料,它的跨度及冗余度甚至已超过钢结构。主展馆棚架采用钢木混合结构,胶合工程木作为上下弦杆,和钢腹杆共同形成三角形截面的空间组合拱形桁架。桁架之间以木次梁连接,形成共同受力的系统。
▲整体结构
©本土设计研究中心、StructureCraft Builders
结构设计的第一步是形态优化。为了让拱棚形态兼具视觉美感和受力合理性,首先对单榀母线进行优化,由贝兹曲线(Bezier Curve)调整为悬链曲线,最大程度利用木材的结构性能。拱形桁架最常见的形态是利用三角形杆件前后左右搭接,形成结构系统。但我们认为这种做法最大的问题在于杆件方向性太多,在视觉上逐层叠加,非常凌乱,难以实现轻盈的效果。主展馆拱形桁架系统最大的突破,在于它用实心钢腹杆组成三角形单元,并与上下弦杆组合成立体四角锥,取代了传统的交叉三角斜撑,形成独立且稳定的受力单元。之后,根据不同位置的受力情况对立体四角锥单元进行疏密调整,形成拱顶受力小、支撑单元稀疏,拱底受力大、支撑单元密集的渐变形态。
▲单跨几何体形选型
©本土设计研究中心、StructureCraft Builders
▲拱棚形态优化
©本土设计研究中心、StructureCraft Builders
除单元分布优化外,我们也依据结构受力分布情况,对拱形桁架空间尺寸进行了变截面优化,使得上下弦杆在顶部间距窄、底部间距宽。同时对单根弧形弦杆进行变截面处理,同样是底部最宽,逐渐收窄至顶部为最细,形成渐变的收分。这一优化结果既能降低自重、节省木材,实现拱形桁架空间通透程度的最大化,也能让受力系统更加高效合理。弧形弦杆的尺寸渐变并非通过传统胶合弯曲工艺实现,而是应用了CNC技术,每一段杆件都直接在完整的木头上进行切割制作。
▲结构截面优化
©本土设计研究中心、StructureCraft Builders
主展馆的结构施工非常复杂。虽然木头原材料全部从欧洲进口,且会在工厂预制加工,但所有的钢框架都需在国内手工焊接,需要极高的施工精度;因为棚架形态不对称,拱形桁架一端垂直于地面、另一端倾斜,导致所有构件均存在微差,每一个钢板和钢附件之间的焊接角度都不同;构件上的每个钉孔对于角度、螺纹的要求也存在差异,需要以不同的角度钻孔成型;在钢腹杆和木弦杆之间又出现了多孔共心的情况,为避免现场焊接,最终所有节点均采用螺栓连接,用一个螺栓穿不同构件的多个孔,对工艺要求非常高。但在复杂的施工条件下,我们采取了多种控制方法提升节点安装精度。例如,木构件上有很多小的卡口,相当于构件原型上的预定位标尺,在每榀桁架组装时,无需在高空进行二次定位。此外,参观时提到的45°斜孔、不同角度的耳板和钢腹杆之间的角度、CNC切割时原件上预定位的槽口等,在施工前都绘制了详细的图纸。
▲棚架端部前倾 ©陈尚儒
在主展馆的结构中还有一些与传统工艺不同的细节。
其一是对钉子的使用。由于本次木结构设计是与加拿大StructureCraft Builders公司及上海思卡福建筑科技有限公司合作的,海外设计团队对于木结构的处理与中国的设计师不同,我们更习惯用钢结构的处理方式来做木结构,而他们更喜欢使用钉子。这与钢结构的逻辑不同,会形成“半刚半铰”的节点,钉子的螺纹能够提供受力,并且带来了一定的冗余度,允许木结构在受力中发生一定的位移。
▲节点图示
©本土设计研究中心、StructureCraft Builders
其二,参观时很多专家提出,为什么上弦杆中间有一道缝?这是由于主展馆木结构原料为实木锯材,所以单个木构件尺寸不宜过大,如果想获得更大的截面,双拼的形式是比较经济高效的方法。
其三,为了加强整体结构的抗侧性能,采用X形的整体拉索提高结构稳定性,这样每榀拱形桁架在协同晃动的同时能够受力互补。相比集中布置交叉支撑的方式,这种做法是一个以“柔”代“刚”的巧妙创意。
棚架使用多种参数化软件辅助设计,并建立了从受力计算、构造节点到木材加工、现场施工的一体化数字模型。在施工中,所有木结构的拆分尺寸都依据集装箱的尺寸来确定。构件运抵现场后,首先在车间内完成构件间的组装,例如双拼构件组装、单段小尺度构件组装、底部插接等,并使用胎架控制标准尺寸,保证安装精度。其次是场外大尺度构件的拼装,包括场地上的吊装段拼装、空中的吊装段对接等,以完成单榀桁架的安装,再通过木次梁将单榀桁架连接到一起,形成整体结构。最后在结构中加入拉索。
▲单榀拱形桁架拼装 ©庄晓峻
▲单榀拱形桁架施工 ©庄晓峻
在木结构防火方面,耐火实验是消防论证中不可跳过的一步,因此我们在都江堰搭建了实体场景,模拟木材防火及碳化层厚度情况,再将碳化后的木结构有效截面代入到所有计算公式中,将能够保证结构安全的木结构视为通过耐火实验。
成都湿热多雨的气候也对木材的耐候性提出了严格要求。与很多木结构项目不同,我们希望人在室内和室外都能感受到木结构的存在,因此将ETFE膜放置在下弦杆的位置,上弦杆暴露在室外,而非用膜完全将木结构封住,使棚架更有立体感。我们为暴露在室外的木材选用耐候性与硬度俱佳的落叶松,室内部分则选用木质细腻、色彩温和的云杉。此外,木结构的侧面也是非常薄弱的部分,很容易渗水,因此桁架侧面用铝镁锰构件进行了封装。
▲棚架细部 ©陈尚儒
02
从技术性到文化性
柳亦春:
虽然之前在很多场合听崔总介绍过这个项目,但今天早上远远看到主展馆,它巨大的建筑尺度在淡淡的雾气下缓缓显现在田野之中,如同大地的景观,这个情景还是令我非常感动。我刚才在项目手册上看到了崔总写的诗,“如天空中舞动的道道飞虹,如大地上隆起的座座金山。无论四季变换,它总是丰收的景象。无论阴晴冷暖,它总是充满阳光。”我的感受和诗中描述的非常相像,因为主展馆带给我的第一印象就是一种诗意。当我们在倡导绿色建筑、低碳建筑的时候,好像一直在关注技术,但如何将技术转变成诗意的建筑是特别重要的。可以说,主展馆是第一个让我感动的绿色建筑,它让对绿色建筑纯粹的技术讨论演变成一种诗意的建造文化,是诗意的绿色建筑。
▲雾气中的主展馆 ©存在建筑
主展馆的诗意来源于建筑形式对人和自然的关怀。主展馆建设于田野之中,其形态也来源于人们熟悉的农业大棚。二者的不同之处在于尺度及建造方式,可以让人产生既熟悉又陌生的感觉,继而心中有所触动,联想到建筑与大地的关系,与农业的关系,与自然及人类劳作的关系。二者的相同之处则在于它们来源于同样的建筑原型。主展馆的建筑形式是一个大尺度的拱形,空间十分单纯,我常称之为有着“原始感”的空间类型。原始空间往往起源于自然界中的鸟窝等,再发展至洞穴,而随着农业社会的诞生,大棚也会被在田地里劳作的人理解为某种原型(原始的空间类型)。主展馆和大棚都可以被视作庇护所,只不过真正意义上的庇护所是保护人的,而大棚是保护植物的。因此我认为以大棚的形式设计农业博览会的展览空间是再合适不过的,因为它既代表了对人的庇护,也代表了对植物的庇护。当绿色建筑的概念介入到其中,它又成为了建筑的庇护所——大棚的出现改善了内部功能空间的生态环境,能够降低能耗、减少雨水侵蚀。可以看出,绿色建筑在这里不仅代表了对建筑本身的关怀,还延伸到了对人、自然的关怀,这是一个非常有意思的巧合。
▲G4馆剖面图 ©本土设计研究中心
在这个建筑中,对人的关怀除了体现在降低建筑的能耗属性,还有对健康舒适度的考量。一方面是对光照的关注。因为四川日照较少,雾天较多,所以主展馆在顶棚使用了彩色的膜,可以模拟日光,让人一进入室内就有心情舒畅的感觉。另一方面是对风的利用。自然风与人体舒适度有着直接的关联,在主展馆设计中考虑到了利用地势导风、利用自然风降温等。通过整合各种因素而生成最后的建筑形式,是主展馆有机会孕育一种建筑文化的重要前提。
▲G1馆会议中心 ©存在建筑
结构形式作为建筑形式的一部分,也体现出了与文化的相关性。主展馆完美的受力体系最终成为建筑的外在形式,让人联想到农业大棚。我将这种结构在建筑中相对本体化的作用及概念性的体现称为“structure-scape”——我一时还没找到一个合适的与之对应的中文词语。它使得结构不仅能呈现技术概念,也能够契合特定的文化氛围,最终成为一种融入场地的风景或景象,将技术转变为文化。
在诗意形式的前提下,主展馆的建造技术又进一步提升了建筑质量。这一胶合工程木预制建造体系,从材料看,木材的生长过程可以吸收二氧化碳,是名副其实的负碳材料;从美学角度看,木材天然的肌理和温润的色彩也极具地域性,最终建成的空间也对人非常友好;从预制建造技术来看,能够有效减少污染,提升建造速度及精度,最终提升建筑质量。
▲棚架细部节点 ©存在建筑
这里所讲的“建筑质量”,并非只针对构件制作的精细度、交接的精确度等,也指通过新的建造思维来塑造诗意的空间氛围,是一种整体体系的品质提升。可以说,主展馆既延续了传统文化习惯下的建筑质量,又改写了传统文化习惯下的建筑质量。以往提到工业化体系、标准化生产,我们总会有一种刻板印象,认为以这种方式生产出来的房子都是很呆板、单调的。但随着智能技术的不断发展,目前我们已经可以在相同的技术规范、造价下实现设计的多元化。并且,预制建造的经济、快速等优势恰恰是当今的技术才可以实现的,而不像过去人们总认为慢工才能出细活,只有精雕细刻的东西才是高质量的。
在当前的技术背景下,建筑既可以追求传统的建筑质量,关注低碳、工艺方面的技术性标准,同时也要关注建筑节点、构造所能产生的文化性的建筑质量,将两者融合起来创造具有诗意的绿色建筑文化。我也想将其作为我未来建筑实践的重要目标,希望主展馆可以引领新的建筑风气,成为真正的诗意的绿色建筑典范。
▲拱形桁架吊装 ©庄晓峻
郭屹民:
首先,刚才柳老师讲到了建筑的文化性,主展馆中建筑性能与建筑语言的融合也能让人感受到文化性。回顾历史,其实很久以前基础科学是不能够被普通人理解的,人们所能接受的是通过技术将科学转化成有形的物件,将抽象的概念转化为具象的事物。当下我们一直在强调建筑的绿色化,但我在想,这是要把建筑变得更“绿色”,还是将“绿色”变成建筑的一部分?前者可能意味着在建筑外挂很多光伏板或者添加很多机械,而后者意味着将性能变成建筑语言。例如我们现在感受到室内有微风吹拂,采光也很舒适,这就是通过建筑设计将性能转化为空间中身体能感知到的语言。我们接受这是一个有形的建筑,它的性能虽然已完全融入了建筑语言之中,看不见也摸不到,但也不会被人所忽视,它没有成为工业化的建筑,而是实现了文化性的转化。
▲G1馆绿植墙间的敞廊 ©存在建筑
▲绿植墙墙身轴测图 ©本土设计研究中心
其次,主展馆也让我联想到2004年伊东丰雄曾在一个讲座中提出“作为农业的建筑”的说法。与“作为工业的建筑”相对应,他认为空间不应该被看作是效率的产物,更应带有个体性的舒缓体验,具有随心所欲的“冗余”性格,这是进入21世纪以后人们应该在观念上做出的转变。20世纪强调的是柯布西耶向工业学习的理论,但伊东丰雄认为在这个时代我们应该向农业学习。
“向农业学习”最重要的一点就是在绿色化和人工化之间创造连续性,这不是一件容易的事情,而主展馆恰好体现出这一点。它处在一大片田野之中,虽然使用了很多前沿技术、精密建造手段,但并没有明显的机械感。相反,它让人感受到一种非正式性与非完成性,这与农业建筑非常相似,因为农业建筑本就不需要像城市中的建筑一样那么正式,而是能够以自如随意、不拘小节的方式呈现。可以说,主展馆并非创造了一个建筑,而是创造了一个大棚,与田野之间形成了良好的连续性,并与场地契合。这同样体现出农业建筑的地域文化性,并以此消解了绿色技术的工业性。
▲油菜花田中的主展馆 ©存在建筑
最后,我想谈谈木材这一负碳材料。主展馆让我想到了法国结构工程师尤金·弗雷西内(Eugène Freyssinet)于20世纪20—30年代间设计的飞机格纳库。库房用于战争期间停放飞机,所以整个建造过程需要非常快。弗雷西内是预应力混凝土技术的奠基人,他不仅建造了大跨度的拱形库房,而且设计了一套滑模装置,在浇筑完单个抛物线拱之后,通过滑移混凝土模板,就可以继续浇筑下一个混凝土拱。当飞机格纳库建成时,人们惊讶于混凝土竟然可以打造出如此大尺度的构筑物,拓展了人们对混凝土材料的认知。而今天看到主展馆时,我也十分惊叹,原来胶合木也可以用于建造如此大尺度的建筑,刷新了我对于集成材的认知。
《建筑技艺》杂志2022年12期由我担任客座主编,主题正好就是“正交胶合木之于建筑”。我很希望能够通过这些符合当下绿色、低碳需求的材料来完成对技术的突破,并且让技术纳入建筑的语言体系之中,而不是破坏其语言体系。将全新的技术与建筑既有的文化性相结合,对我们来说是一个挑战。其实我的心态很开放,我认为新技术的出现并不会剥夺建筑的主动权,在建筑与技术的博弈之中,建筑有很大的包容性来接受技术,而技术也能够让建筑变得更有力量。
▲木结构施工现场 ©庄晓峻
通过今天对主展馆的参观,让我对绿色建筑,以及胶合木的可能性都有了全新的认知。希望未来能出现更多类似的作品,改变大家对于材料、技术的固有观念,并为今后的建筑设计树立更好的前进目标。
曾 群:
我在比较早的时候就听过主展馆的介绍,那时它还没有完全建成,当时我莫名产生了一种感触,觉得这个房子肯定非常有意思,就向兴钢总推荐了这个作品,今天的参观也印证了我的直觉。
之前我们参观过崔总设计的江苏园艺博览会主展馆以及荣成市少年宫,每一次都让我感触很深。在建筑学转型的时代背景下,崔总会从文化性、技术性等方面进行建筑研究,一直在推动学科的创新发展。其实崔总做过非常多文化建筑,这几年的作品既延续了自己以往的设计理念,也做出了非常大的提升。这种提升在于对建筑学的发展和认识没有被我们过去对地域性和中国性的简单理解所禁锢,而是体现出将中国性与当代性相结合的观念。
这一观念集中体现在建筑的包容度上。主展馆中虽然有着对文化、地域、技术、性能、建造等的深入思考,但最终呈现出的是一种既复杂又不非常正式的状态。它将上述种种内容包罗其中,但又能够提供日常的感受,允许很多可能性在其中发生。
▲通透的会议空间 ©李季
首先是技术上的包容性,即如何使技术的精确理性与人体验的冗余性相契合。在结构技术上,主展馆的木结构非常精确,但这并没有成为建筑设计的限制,最终建造出来的大棚充满诗性,完美呈现出崔总草图中的随性,并且与大地、自然紧密结合。在绿色技术上,主展馆虽然对低碳节能有着很多探讨,但它更追求的是温度、风速的舒适程度,而不是要达到精确的性能最优解。这也是我最近想要探讨和研究的“开明设计”,建筑中更多的是包容性,而非精确性。
▲崔愷院士草图 ©本土设计研究中心
其次是尺度和密度上的包容性。一方面,主展馆的建筑尺度非常大,但因为它处于田野之中,所以远观时会让人觉得这种巨大的尺度是很自然的。而当进入建筑内部,大的尺度转变成了复合型的高密度功能空间,这是由大尺度的包容性所带来的化学反应,让建筑的体验变得更加丰富。另一方面,这类建筑很容易让人联想到以拱形为原型的建筑案例,例如伦敦世博会上的水晶宫,好像从侧面就能够明晰整个结构,甚至掌握它的尺度。但是主展馆对拱形进行了全新的演绎,各个展馆不是完全对称的,有一些偏移的角度;每一榀桁架的尺度也都做了由大到小的变化,与后部小尺度的街巷、村庄相融合。这些在尺度上的变化将非常经典的拱形原型打破,产生了自由的形式和包容的空间氛围。
▲主展馆后侧林盘商街 ©存在建筑
我认为主展馆所呈现出的“质地”与江苏园艺博览会主展馆非常相似,可以看出崔总的设计越来越轻松,越来越具有弹性,越来越“不确定”,这是主展馆留给我最深刻的印象。
03
作为中国性事件的建筑创作
刘 艺:
作为一名成都本土的建筑师,同时也因为“青苗”项目的缘故,有机会在工地上看着主展馆一点点建起来,正好借此谈一谈我的感受。主展馆是一个非常完整的作品,有很多内容可以讲,给我印象很深刻的一点就是其中的中国性。
第一,主展馆不是单独出现的建筑,它与园区一同建设。崔院士作为行业领军者,将木结构的理念传递给业主,才使得园区成为了木结构建筑的集中展示地,我和袁烽老师才有机会在此进行木结构建筑实践。主展馆将政府推动乡村振兴、关注农业发展的背景,与建筑领域的木结构创新实践等多种诉求结合起来,成为一个极具中国性的当代建筑事件。
▲总平面图 ©本土设计研究中心
第二,建筑的尺度具有中国性。农博园核心区域的规划设计也由崔院士团队完成,其规划思路类似于中国传统绘画所言的“入画”,而非轴线、几何式的布置。最开始看到主展馆的项目资料时,我对于田野间跨度百米的大棚非常好奇,不知道建成后的尺度会是怎样。后来看着主展馆一点点建起来,从远观时棚架融于田野环境,让人很难判断其尺度大小,近看时则既有超人的空间尺度,又有对人性细节的处理。这种在大尺度与小尺度之间的转换也极具中国性。因为农博园作为政府项目,需要面向庞大的人口基数和产业规模,对“大”的追求是必然的。而在四川郊野这种平和闲适的环境中,对小尺度的处理又让建筑更加人性,贴近地方的生活。
▲稻作大田中的主展馆 ©存在建筑
在庞大的田野尺度之下,主展馆对重量的处理使建筑能够完美融入这片田园风景。建筑的尺度往往跟重量有关,重量又与构造有关。如果人们无法理解构造和材料,那么肯定无法感知建筑的重量。主展馆的构造是“透明”的,大尺度的建筑重量被分解为一个个可观、可感的结构尺度,例如拱形桁架的组合式构造消解了巨大的尺度感,让建筑变得更轻盈。在倡导绿色低碳建设的当下,我们对结构的追求可能不再是绝对的跨度或高度,如何使结构变得更轻也是一种方向。因为“轻”代表着对资源的节约、对材料特性的极致利用。这肯定会成为未来建筑的发展方向,也是结构设计努力的方向。
第三,主展馆对气候缓冲层的设置十分符合成都的地域传统。人对温度的适应性在某种意义上是文化课题。古时人们对温度的感受要宽容很多,而现在有了空调,温度控制变得越来越精准,差一点都觉得不舒服。但成都人喜欢户外,冬天不太冷的时候大家会坐在户外吃饭,夏天即使气温很高,也一样在露天吃火锅。成都人对温度的高适应性,本身也是在地文化的一部分,因此将大尺度的灰空间作为主展馆的气候缓冲层是再合适不过的。如果将这个建筑放到北方,可能就不适合了。
▲开放的建筑空间 ©存在建筑
从这个意义上讲,主展馆不仅延续了传统的木构文化,更延续了人在建筑中的生活方式——在户外生活就是成都的传统。同时,主展馆也示范了一种大型公共建筑的半户外使用方式,这也许能够成为一种全新的范式,例如长江流域的公共建筑都可以尝试打开公共区域,以一种非空调或局部空调的方式调控环境温度。这一范式的意义已经超出了建筑学范畴,体现出一个重要的政府建筑项目对于社会和公众生活的引领作用。
袁 烽:
在天府农业博览园内,我也有幸设计了“瑞雪”多功能展示馆。因此在我穿梭于工程前前后后的过程中,也能够深入观察学习主展馆的建设过程,这让我感觉非常幸运,更重要的是有了很多感想与收获。
首先,主展馆的设计与建造意义不仅在于它是一个优秀的作品,其技术与文化属性,也将使它成为中国当代建筑史上非常重要的里程碑。回看现代建筑史上很多高光时刻,正如刚刚郭老师提到了法国的尤金·弗雷西内在20世纪20—30年代的实践贡献,还有德国的弗雷·奥托(Frei Otto)在20世纪50—60年代所做的一系列研究性实践,都是在用技术展现文化,也在用技术书写文化,进而让当时的欧洲建筑设计走在了世界最前沿。反观中国的现代建筑史,我们始终缺少这一环,过去所强调的中国性,往往是通过符号或意象的方式回应传统。而主展馆从绿色设计与建造视角为建筑设计带来了转折,其尺度、力量感给人留下了非常深刻的印象,以技术上的创新书写了新的文化内涵。这是一个博览建筑,更是一个以创新的技术创作和建造流程方法所产生的全新技术文化体。
主展馆由内而外的文化性也体现出一种独特的“氛围感”(Atmosphere),即“大尺度意象”与“小尺度体验”相融合的氛围感。一方面,这一大尺度的建筑诞生于政府主导的农业博览会,不仅反映出中国全新的乡村农业人居环境,助力新津区域发展,更体现出国家目前在乡村建设上的力度与尺度,以及对农业发展的关注度;另一方面,小尺度的叠台与街区空间塑造了人性化的体验氛围。大小尺度相得益彰,二者的综合作用超越了建筑和空间本身,体现出技术、技艺与中国当代文化的融合。从这个角度讲,这是一种全新的“技术现象学”。现象学的本质是通过感官获得体验,而主展馆设计将气候调控、在地文化融合于空间氛围当中,形成了技术属性与体验属性的融合创新。因此我认为,这是一座值得被反复注解与讨论的建筑。在当下这个时间点,就如前面所提到的欧洲建筑史一样,总会有一些建筑实践作为转折点起到了非常重要的作用。主展馆应该在这样的思维框架下展开讨论。
▲油菜花田中的主展馆 ©存在建筑
▲导风透景的棚下开放空间 ©康凯
其次,主展馆的设计可以概括为“弱性能、强形式”。我近几年的研究重点是性能化建构。通常通过结构计算得出的形式绝对是非现代性的形式,但它具有绝对的强性能。我之所以认为主展馆不属于强性能,是因为它虽然具有性能化的求解与设计过程,如立体四角锥钢腹杆单元,使用悬链线作为棚架单榀母线等,但如果完全依据结构计算,可能建筑的受压构件需要全部使用木材,受拉构件需要全部使用钢索,还需要用壳体进行整体式的力学分布等,然而根据我的研究与实践,这种完全基于结构最优解的强性能会让建筑失去一些内容。
我曾跟谢亿民院士等结构大师有过探讨,提及结构设计更追求强性能,而建筑设计往往追求弱性能,因为建筑设计不需要选择最优解,而是综合全面因素做出整体考量。就像扎哈·哈迪德(Zaha Hadid)和帕特里克·舒马赫(Patrik Schumacher)的合作方式一样,扎哈凭借直觉进行设计,而帕特里克是一个实践者,他需要让建筑形式变得更具风格化,更有形式主义生成的道理。我想主展馆最初的设计也是来源于崔总在草图上展示的直觉,尽管后续有一系列对性能的考虑,也通过计算找形,但并没有选择最极致的结构性能化设计结论,而是创造性地将钢木结构巧妙融合,实现了唯一性的设计特色。这也是我一直在思考的如何将建筑语言呈现为具有技术现象学意义的文化体,这需要深厚的设计与实践功底,而在主展馆中体现得淋漓尽致。
▲单榀桁架拱吊装 ©庄晓峻
主展馆的绿色性能化设计也可以被视为另外一种“弱性能”设计。在绿色建筑性能化领域,可以将建筑空间分为缓冲区(Buffer Zone)和舒适区(Comfort Zone),对缓冲区加以利用可以大幅节约能源。例如我们前段时间发布的上海市徐汇区牙科医院项目,其中除了牙科诊室的温度需要维持在21℃,其他区域作为缓冲区允许有能量外溢,温度可以达到26~28℃。性能计算是不可见的,而建筑实体是可见的,建筑师需要在可见与不可见之间进行权衡,将性能化设计潜移默化地隐藏在建筑语言之中。
在主展馆中,如果严格依照风模拟计算结果,开启扇的位置需要非常精确,这是强性能的做法。但是它将大尺度的灰空间与城市空间连接在一起,成为建筑的缓冲区,让人时刻都能感受到流动的风,体验非常好。我在最热、最冷的季节都在主展馆里开过会,即使是夏季室外温度达到38℃的时候,室内温度依旧明显低于户外,灰空间的遮阳通风起到了很大的作用。
▲G1馆内部棚架边缘 ©陈尚儒
主展馆的“强形式”体现在建筑的大棚外形与农业之间的关系,以及它的复合性功能。也许未来内部空间中还会发生加建或改建的情况,但它也不会因此失去场所感,不会丧失建筑留给区域的场所记忆,这一点是非常高明的。同时,主展馆创造了大量的城市级绿色空间,以强形式承载弱性能。
最后,我想用一个词来形容我对主展馆的综合感受——大象无形。这其中有着大尺度的场所感与震慑感,抓住了场地的灵魂,但它的“大”又通过种种设计手法化为了无形。我很荣幸能够看到主展馆的建设过程,也对建筑整体的完成度表示敬意。
04
基于泛适应的生态设计范式
宋晔皓:
首先,正像刚刚大家讲到的,主展馆在绿色建筑设计方面起到了标杆性的示范作用。尤其值得称道的是它从建筑师的角度推动了绿色建筑设计的发展。
我特别认同柳亦春老师的观点。柳老师认为主展馆是绿色设计的标杆,如果绿色建筑设计都是这样子进行的,他将非常乐于以此作为自己未来的设计方向之一,可以看出崔总作为中国建筑届的旗手之一,通过自己的绿色建筑设计实践,以及设计内涵和外延的本体表达,触动了柳老师这样的明星建筑师,宣传和推广了绿色建筑设计理念(笑)。
1998年,我在栗德祥先生的指导下完成博士论文,当时尝试提出了“生物气候缓冲层” (Bioclimatic Buffer Layer)的概念。作为一种建筑形式之于生态思考的应答逻辑,这个比袁烽老师刚才提到的缓冲区多了“生物气候”(Bioclimatic)一词,这代表它的缓冲是由人体的生物气候舒适性决定的,否则很难回答为什么要缓冲,或者需要缓冲到什么程度等问题。当时的设想比较理想化,希望通过三个递进的层级来逐层推进设计:第一层级是聚落空间,例如通过建筑群的定位实现遮阳、避风等;第二层级是建筑实体,例如对庭院的利用,根据不同朝向的光照条件进行立面设计等;第三层级是建筑细部,例如通过墙体设计减少热量交换等。当然这些都只是25年前的纸上谈兵。
▲内部空间与外部棚架 ©存在建筑
今天学习完主展馆的设计构思,参观完主展馆的建筑实体,我非常认同袁烽老师的分析:它的泛适应体现出了中国本土的设计智慧。因为很多生物气候舒适的标准都是非常精准的,且暗含着如果要达成人体的生物气候舒适要求,离不开设备的调节作用,进而也就暗含着强调建筑高性能的趋势。而主展馆的室内灰空间作为缓冲层,与主要功能空间的环境温度及体验感截然不同。在上午参观时我特意到顶层平台转了转,它的温度确实不如功能空间低,但体感依然是相对舒适的。这种“泛”的操作带来了巨大的节能减碳潜力,是气候适应的新思路,也可以说是中国本土智慧对国际绿色建筑设计做出的贡献。我们一定要突出自己的特色,从建筑师的角度去解读绿色设计,不一定要严格按照美国的ASHRAE标准来进行高性能设计。
▲G5馆错落的平台 ©康凯
其次,谈谈主展馆在社会可持续发展层面的意义。目前联合国提出了可持续发展目标(Sustainable Development Goals,SDGs),针对其中的17项目标,联合国人居署(UN-Habitat)和国际建筑师协会(UIA)也在组织一系列竞赛,征集解决方案,推广国际可持续建筑范例。其实主展馆就是一个非常优秀的案例,在这方面也起着示范作用。除了各种常规意义上和建筑设计相关的可持续关注,例如对固碳材料木材的应用、建筑的环境表现等,仍然可以从以下四个方面展开,突出其特点:其一是空间属性,主展馆能够将这么大尺度的空间向市民全天候开放,为老百姓服务,与海口市民游客中心类似;其二是建筑属性,主展馆作为农业博览会的举办地,不仅关注农业文明、农业发展,还聚焦公民的教育,这些都是可持续发展目标所关注的非常重要的锚固点;其三是文化属性,主展馆将具有中国本土特色的文化以技术的形式融入了建筑之中;其四是经济属性,主展馆使用了大量木材和膜材,这些其实都是相对小众的材料,这一工程建设不仅自身为产业带来了效益,也将作为示范项目持续带动未来产业的发展。
▲G4馆天府农耕文明博物馆 ©李季
在今天的参观中,我还看到了很多人性化、精巧的细节处理,例如膜结构的精细划分以及与色彩的结合,通风和遮阳的结合等。虽然天气有些阴,但我完全可以想象出晴天时阳光由棚顶洒下的情景。这个建筑有一种看得见的美,并且更有一种想象的美。
林波荣:
非常高兴有机会来参观学习。在这里我想以“qīng/qīn”和“shì”两个字(读音)来概括我的观点。
第一个字(读音)是“qīng/qīn”,它可以是轻柔的“轻”、亲近的“亲”,也可以是代表绿色的“青”,包含着我对建筑场所的直观感受。
其一是“轻”。轻即是柔,是处理建筑与自然环境关系时最好的解决方式。我注意到康总在介绍中使用了“柔软的界面”这一说法,有些类似于“轻介入”。而且主展馆和江苏园博园未来花园在某些方面有些神似,都是以崔总寥寥几笔的草图为起始,再到结构和材料,全部凸显出 “轻”的意味。
▲崔愷院士草图 ©本土设计研究中心
其二是“亲”。参观中我一直在思考,为什么主展馆给人的感受这么好呢?其实就像很多专家提到的,是因为尺度,主展馆不会让人察觉到建筑的尺度感。这让我想起自己作为一个非建筑学专业出身的人,第一次跟随建筑学团队前往日本参观,那时日方建筑师介绍隈研吾等建筑师在做位于街道两边的建筑设计时,都会想办法让建筑变轻,这其实是一种让人相互亲近,拉进人与建筑之间关系的做法。过去我对此感受不深,但多次参与品鉴,慢慢有了深入的体会,让建筑与自然亲近、与人亲近是非常重要的。
其三是“青”。青也代表着绿色。一方面,主展馆使用了很多低碳降耗的技术,本身就是绿色建筑。另一方面,它虽是大尺度建筑,却完美地融入了自然环境中。今天看到雾气弥漫之中的建筑,让我想到了那句歌词“天青色等烟雨”。
第二个字(读音)是“shì”,它是因势利导的“势”、舒适的“适”,也是范式的“式”,是我对主展馆中生态技术应用的看法。
其一是“势”。这代表着建筑的规划、布局、区位与周边自然环境的关系。刚刚很多专家提到在室内能感受到风,这与建筑旁的羊马河有很大关系,因为局部的微气候一定是取决于 “势”。在白天,水陆风由河边吹向陆地,到了晚上则有山谷风,风的走向是从山上吹向山下。建筑设计的选址一定要顺导风向。例如传统徽州民居的使用方式,因为白天人在外耕作,所以室内热一点也没关系,白天热空气会由山下往山上吹,夜晚冷空气会由山上下来,因此晚上将与山垂直一侧的窗户打开,室内会非常凉爽,这就是“势”对建筑的影响。在这里,我看到主展馆很好地利用了周边的生态环境。
▲开放透景,馆田融合 ©本土设计研究中心
其二是“适”。这个项目让使用者感到舒适,符合人的心理和生理预期。以往很多会展建筑都以冰冷的界面示人,但主展馆通过各种空间变化以及引入的绿植,让人感觉不到空间的工业属性。国际上曾有过相关研究,如果人处于一个完全密闭的空调房里,他的舒适温度在26℃左右,如果再失去一些对空间的控制权(比如不让他拉窗帘),那么他会要求空间温度在24℃或者更低。这说明人一旦在心理上感到适应了,感到环境可控了,温度容忍度能高3~5℃。
▲G1馆拱棚下敞厅 ©李季
其三是“式”。其实在与崔总团队合作的过程中,因为时间比较匆忙且变化很多,所以对一些细节的处理完全是依照崔总和康总的经验,将生态技术和建筑融为一体,例如刚才提到的将通风与人的活动场景相结合的设计手法。我觉得这其中很多思考和做法都可以总结出来,让经验成为一种全新的范式进行推广,并供大家学习。
▲ETFE彩膜百叶节点 ©本土设计研究中心
最后提供一些清华大学和四川大学团队对主展馆室内环境共同监测几个月的数据。通过对主展馆不同季节的室内环境实测,过渡季透明壳体下的半室外空间可实现设计初期的半开放空间标准——有效温度SET*比室外低3~5℃的目标,在炎热工况下可比室外低11℃。在室外温度32℃、太阳辐射强度1 300W/㎡的情况下,室内太阳辐射强度可以下降67%~85%(侧廊、前廊空间的太阳辐射强度为120~400W/㎡)。建筑半室外的空间通风效果好,室内风速在0.5~1m/s之间。半开放空间与室外环境温度变化同步性高,各空间通透性和通风换热效果好。
05
木结构的技术之思
庄晓峻:
对我而言,参与主展馆项目是一次很不同寻常的经历。我们从概念阶段就开始与崔总的建筑设计团队配合,直到项目建成落地。
当时看到最初的概念方案,我们中加双方的木结构团队就觉得这个建筑设计带着情感,草图所表达的概念也很浪漫。同时,作为木结构深化设计施工团队,我们也认为主展馆的超大木结构体系想法非常大胆。为了木结构深化设计,崔总还专程去了加拿大,与加方团队进行了非常详细的沟通。崔总的构思和态度激发了团队的动力,大家一致的愿望就是把这个建筑做好。
▲拱棚施工过程 ©庄晓峻
整个项目实施过程中,木结构深化团队、参数化设计团队、构件加工团队,以及现场施工团队都在不断提出意见反馈给崔总,他也非常欢迎我们提出想法。虽然涉及到跨国的合作,但沟通都非常顺畅,大家充分利用北美、欧洲、中国的时差,24小时不停地运转着,所有的注意力都集中在建筑的呈现效果上。在主展馆的建设过程中,首先完成结构设计,然后考虑加工和施工的细节,再反推给结构设计团队进行优化,最后由建筑师把控建筑效果。在不断的沟通、调整中,梳理出清晰的整体结构逻辑,同时在结构的细节上提出创新性的突破,最终呈现出与众不同的建筑效果。
▲木结构施工现场 ©庄晓峻
当下木结构建筑在国内还处于起步阶段,木材资源匮乏,且材料的加工工艺相对落后。因此对我而言,参与这些项目都是非常珍贵的学习过程。能够将高新技术应用在精巧的设计概念上,并最终实现建筑师和业主满意的效果,是非常有意义的。在这其中,建筑师开放、宽容的态度也很重要,能够激发并引导团队共同向前探索推进,最终使项目圆满落地。
值得一提的是,主展馆被美国《工程新闻记录》(Engineering News-Record,ENR)杂志评为2022年度三甲,以及最佳体育/娱乐类建筑。在评奖时,所有的评委都被这个完全出自中国建筑师之手的建筑方案深深打动。主展馆所体现出的中国本土智慧和情感是大家有目共睹的。
史 杰:
非常幸运能够有机会和崔院士、康总以及优秀的木结构设计团队合作,共同完成这一在全国乃至世界范围内都特别有影响力的大跨木结构建筑,下面我主要谈谈作为项目结构工程师的一些感悟。
可以说,我印象最深刻的是在本项目中与庄总以及加拿大木结构设计团队的全过程配合。以往我们与建筑师的配合大都比较被动,基本上是建筑师提出自己的创意,结构工程师想办法实现,只要满足建筑设计的需求就好。但在主展馆设计中,不论是加拿大StructureCraft Builders团队还是庄总的上海思卡福团队,都会先从自己的视角理解建筑师的意图,再主动提出想法去影响建筑师。这是我通过主展馆项目学到的很重要的一点。
在本项目的合作过程中,建筑师对建筑效果的追求,也会迫使我们进行结构突破。例如在做LED网屏节点的时候,从结构设计合理化的角度出发,我们认为顶棚的下弦屋面整体性较好,因此网屏的拉索上端应该固定在下弦屋面位置,这样抵抗风荷载时水平力能够有效传递给下弦屋面。但康总觉得这种做法对建筑效果有一定影响,会让网屏处的下弦构件变得很粗壮,从而失去了建筑的轻盈感。而拉索如果直接拉至上弦杆,水平荷载传递至上弦的侧向力会引起上弦构件的侧向失稳。随后我们想了很多办法,最终将拉索固定于上弦杆,为了避免上弦杆件承受侧向力,在下弦位置设置了一个拉杆,拉索与拉杆在下弦位置通过卡扣连接在一起,卡扣可以在承担水平力的同时仅将竖向力传递至上弦构件。通过与建筑师不断地沟通协调,最终呈现出了现在比较轻盈的网屏建筑效果。
▲透光透景的网屏 ©李季
张 准:
之前在网上看过一些主展馆的介绍,对它产生了非常强烈的好奇,因为使用木材实现如此大跨度的结构系统,在世界范围内都是十分罕见的。而今天实地参观以后,让我对很多细节处理有了更深的体会。
首先,主展馆完整的效果与结构上的精巧处理是分不开的。主展馆的棚架采用了钢木混合结构,且其中钢和木的使用都经过了深思熟虑。在远观时,由于腹杆采用钢构而大幅削减了构件截面尺寸,使得建筑给我最直观的印象是连续、流畅、富有韵律感的木结构曲线形态,格构化处理的钢构件消隐在视觉中,强调了木结构的线条。而这些以悬链线作为力学基础的顺畅结构线条作为一种力学的形态,与建筑师的结构选型密不可分。
▲拱形桁架施工 ©庄晓峻
在设计中,格构内斜腹杆的实施方案经过了多轮讨论。在现场参观时,我也注意到它和以往的三管桁架系统非常不同,引入的四棱锥腹杆单元并不是连续的。这里包含了对结构的弱操作,将钢腹杆单元在顶部做疏、下部做密,弧形木弦杆同样采用了顶部细、底部粗的轻微收分。这些操作不但与结构受力有着内在的关联,还极大增强了整体结构的视觉通透性。这种以力学为根基,最终得到具有结构与建筑双重优势的设计方式,给我留些了深刻印象。
▲拱棚细部 ©陈尚儒
其次,主展馆最终完美的呈现效果也与整体的施工方案有关。准确的说,建筑在设计时就已经对施工进行了很深入的思考,是一种先构思到最后一步,再反馈推演回前端进行设计的工作方式。其中一些数字化加工方法、现场附加节点精确连接等都是之前很少见到的,也让我学到了很多经验。
▲数字化结构施工模型
©本土设计研究中心、StructureCraft Builders
除此之外,主展馆拓宽了人们对于木结构建筑所能实现的尺度的认知。以往提到木结构,大家都认为它只适合于中小型建筑,但主展馆以钢木组合结构的方式实现了如此巨大的跨度,我认为它的意义并不仅仅是对力学、工程的挑战,而是拓展了木结构的使用认知。这背后也蕴藏了很多现代化的施工技术、设计技术等,这些都是思维拓展的前提条件。
未来我们再使用木结构时,思考的起点会因此而发生改变,这个项目带来了对木结构使用边界的思考,也让我们对木结构的实践更加有勇气和信心。
汪大绥:
不论从功能、文化,还是地域的角度,主展馆都很成功,刚刚大家也给出了非常高的评价。这是我第一次来到天府农业博览园,我很惊讶周边竟然有这么大的人流量,我想人们都是被主展馆所吸引,它不仅为成都增添了一个亮丽的建筑和独特的场所,也为成都市民创造了一个休闲度假的全新目的地,这是中国院同仁为四川省做出的重要贡献,应该表示祝贺。
作为结构工程师,我觉得主展馆的木结构令人印象深刻。不论建筑形式还是尺度,这样的木结构建筑在世界范围内都很罕见。我仔细看了主展馆的结构,其实使用的都是很传统、成熟的结构系统,比如屋面体系是多榀落地的无铰拱,是很可靠的结构,既满足受力要求,也符合钢木结合的构造需求。用大家都能理解的方式实现这样一个复杂的木结构建筑,确实十分巧妙。
▲单拱形态
©本土设计研究中心、StructureCraft Builders
主展馆的结构实施难度非常高。建筑在平面、立面上都有着丰富的变化,这种独特的建筑效果也带来了结构跨度的细微变化,每个构件之间都会因平面、高度或曲率的变化而存在微差,几乎没有可重复利用的构件。在这里,技术难点首先需要在设计阶段解决,然后在制作阶段进行调整,一旦进入组装阶段就很难再修改,如果不借助当下先进的技术手段可能很难区分这些细小的差异。而主展馆地上主体建筑的装配率几乎达到了100%,构件安装非常顺利,这充分反映了设计水平和加工制作水平。
▲结构模拟
©本土设计研究中心、StructureCraft Builders
在参观过程中,我也注意到了一些结构上的亮点,印象最深的就是主展馆对侧向刚度的加强处理。结构的横向刚度完全能够满足要求,因为每个拱都落地了,但如何保证侧向刚度,是很值得探讨的问题。按照常规做法可能会在两榀桁架之间加一些剪刀撑,这样做无可厚非,但建筑的空间感受就完全不同了。主展馆采用的方式是在落地拱所形成的曲面内布置群索,这些索从侧向端部开始沿曲面逐步上升,到中间以后再反向下降至另一端结束,利用索的水平投影抵抗侧向地震波。这是我第一次见到这种做法,非常有创意,而且整个结构体系中完全没有多余的构件。人们可能不会注意到这一点,但它对于结构的受力来说非常关键。
▲X形整体拉索
©本土设计研究中心、StructureCraft Builders
▲稳定索节点
©本土设计研究中心、StructureCraft Builders
我认为,主展馆的建成对未来中国木结构建筑的发展有着非同寻常的意义。目前国家正在大力推行减碳、轻量、绿色化的建设方针,这些领域都让木结构大有用武之地。虽然我国的木材资源不算丰富,但木结构的应用市场在全国范围内还是非常广泛的,因此需要选择合适的项目进行推广。主展馆在这方面为我们树立了高品质的样板,再次对设计团队表示祝贺。
06
创新与合作成就高质量建筑
崔 愷:
最后我再做一些补充,也回应大家的评价。相比我们以往的很多工程实践而言,主展馆项目的实现确实是非常幸运的。大家都知道每个项目从设计到实施会遇到很多障碍,但主展馆在各方面都很顺利,有一种“天时地利人和”的感觉。
首先,再简单回顾一下主展馆的设计及建造过程。业主最初找到我进行设计,是因为他们看到北京世界园艺博览会中国馆,觉得建筑与环境融合得非常好,于是请我到新津来看农博园的场地。但当时的想法是,我肯定不会以同样的思路设计主展馆,因为北京世园会中国馆具有国家性质,而且二者的环境语言也不一样。我希望主展馆能轻松一点,因此将设计立场确定为向农业建筑学习,希望能找回田园的感觉。当时四川省农委的领导一看到草图就非常喜欢这个方案,我们也很高兴能和大家达成共识。但负责会展运营的单位提出了不同意见,他们认为主展馆作为会展建筑必须创造人工环境,照明、温度、管理等都需要是可控的。但我反复强调这是农业展馆,它就应该像是田间地头的蔬菜大棚或者集市的形式。后来这个方案也得到了包括新津区委书记唐华在内的多位领导的认可,运营负责人也就慢慢接受了。
▲G2馆展览空间 ©存在建筑
在方案深化的过程中,对于主展馆的内部功能也提出了很多疑问,大家不知道要怎么使用这几个大棚,怎么创造出办公空间、会议空间、博物馆等等。因为在当时的方案里,棚内并没有大家现在看到的这些空间,我们只能向他们演示,这里可以举办音乐会,那里可以作为羽毛球场地,也能办展览,似乎用它来做什么都是可行的。并且考虑到棚内空间很高,我们希望不仅做出平面化的考虑,而是能垂直利用空间,于是搭建了装配式钢结构展架。后来大家也就理解了,这一套展架系统可以创造很多可能。在后续的设计中,我们逐渐为内部空间赋予了很多功能,也是一开始没有想到的。一方面,建筑形式确实为后续的操作带来了很多可能性,也就是刚才袁烽老师提到的“弱性能、强形式”;另一方面得益于过程中的良好沟通与互动,我们在多方反馈中不断做出调整。
▲G1馆内景 ©李季
▲G1馆剖面图 ©本土设计研究中心
参观中,大家都对主展馆的结构设计和施工非常感兴趣。正像刚刚大家提到的,以往中国建筑师对建筑形态、空间以及趣味性的关注较多,相关研究也比较多,但对于如何将具体的技术及结构与建筑创意相结合,似乎实践的条件并不好。很多时候建筑师并不知道是否能用某种结构来营造建筑,往往会保持一种相对宽松的态度,如果有条件就做钢结构,没有条件就做混凝土结构,这也解释了为什么那些便于实施的基础结构是我们最能熟练掌握的。
从一定意义上讲,主展馆确实提供了一次难得的木结构实践机会。虽然我们之前在海口市民游客中心里有过尝试,但严格地讲那并不能算是木结构建筑,只是使用了木屋盖,下部还是钢结构。主展馆中虽然也有钢结构发挥作用,但整体全部为木结构,实现了钢与木的巧妙组合。项目施工方北京城建集团很下功夫,最终的建成效果也不错。但其实在施工初期,他们的总工程师因为不熟悉木结构而很担心项目是否能落地,所以提出一些质疑。尤其展馆的第一榀拱形桁架是往外倾斜的,这源于最初草图时的思考,希望在建筑侧面增加一些动感,但给结构稳定性、施工吊装等都带来了挑战。从草图到最终建成,我们在业主、结构设计团队、施工团队的支持下,克服困难完成了全过程设计。这种不断提出问题、解决问题,大家齐心协力一往无前的感觉,让我觉得非常难得。
▲施工过程 ©庄晓峻
我认为主展馆确实可以被称为是高质量的项目。国家目前正在提倡高质量发展、绿色发展,我们这几年的课题研究也在逐渐朝这个方向转移。这并不是为了“作秀”,而是希望切实地将这些观念自然融入到设计语言之中。当面对每个项目时,我们都会自觉地考虑周边环境、技术方法,思考是不是能够满足环境需求、创造绿色生活,这也成为了我们设计的动力与创新点。
高质量设计意味着对全过程的质量把控。以前提到高质量建筑,大家总是会抱怨施工队水平不高,做不出高质量的作品。但这几年的设计实践让我逐渐意识到,从设计阶段就应该关注技术、结构、建造,从初始环节开始解决质量问题是最关键的。比如一些建筑师在给出概念方案后,就认为质量控制可以完全依赖类似幕墙顾问、清水混凝土建造的专业公司,并没有把设计质量真正纳入思考范围。在我们院每年方案评选中,也会出现只凭一张漂亮的效果图就被误选为优秀方案的情况,但仔细看就会发现它的平面不完整,对节点和材料的表达不正确等等。我会比较严厉地批评年轻建筑师,告诉他们不能只重视图纸的表现效果,如果缺乏对方案的深入认识,即使有幸中标,最后还是无法落地。因此,我希望本土设计研究中心可以在中国院带头做好高质量设计,我们并不是做方案的团队,而是关注建筑的全过程。团队中的很多建筑师通常都是同时负责多个项目,需要频繁跑工地,但我发现这已经成为他们自发的习惯,大家都很愿意到工地上守着一个房子一点点建起来。我认为这是一种非常好的风气,他们能真正认识到建筑师对建筑质量控制的重要性。
▲施工过程 ©庄晓峻
主展馆建设也让我对技术创新有了新的认识。在以往的建筑设计中,我们很少强调技术语言,只是在看到像蓬皮杜艺术中心那样的现代主义高技派建筑时叹为观止。我们常常会有一种先入为主的观念,认为高技派建筑离我们非常遥远,就好比他们在用造飞机的加工精度造建筑,而我们还在用砌墙的本事做建筑一样,那些建筑不可能在中国实现。
近几年随着各个行业的快速发展,建筑业也迎来了技术创新的时代。在最近几次行业协会的演讲上,我都以“用工业化思维做设计”这一主题,讨论对结构、节点、材料的重视,以及如何将技术表达与建筑语言结合起来。很多专家都对此表示高度赞赏,这让我非常欣慰,因为建筑师们已经意识到了技术的重要性。以主展馆来说,我们作为建筑师很愿意表达技术,也能够在业主的支持下带动施工技术的创新和发展,尤其是思卡福团队和StructureCraft Builders团队绘制了所有深化图纸,真正做到了工业化设计。在新技术的实施过程当中,确实需要建筑师带动结构及施工团队的技术创新能力。这就好比通过建筑方案来搭设一个平台,建筑师是出题人,然后大家共同解决这个难题,因为设计从来就不是一个人的构想。
▲节点详图
©本土设计研究中心、StructureCraft Builders
当然,我们也需要在国际合作中,不断推动技术的发展。很多年前我在马来西亚参加会议时遇见了杨经文,他是一位在绿色建筑领域非常出色的建筑师。会议结束后,我拿着杭州广电中心的方案向他请教,希望得到一些建议。他很快就翻开一个气候手册查找杭州的气候,然后迅速拨通了伦敦朋友的电话咨询风向的问题。我当时非常惊讶,马来西亚必然有本国优秀的建筑师和自己的设计系统,但不可否认在我们眼中马来西亚是一个小国家,然而他们与国际上很多领域的专家都有着非常广泛的合作。事实上,当你真正搭建起一个技术创新的平台,自身的视野就会逐渐变得国际化,并能够与各国专家建立起沟通渠道,这也是我在近两年的实践中与国外设计团队合作时的体会。
在这个时代,当我们的设计理念符合国际低碳建设潮流,且国家战略、地方政策等都有着相同的绿色发展目标时,我们更需要形成一个开放的系统,在国际合作中推动我国建筑技术的发展。过去对于一些大型项目,往往是由国外建筑师先给出一个有意思的造型或者理念,我们再用可行的技术来实现,但这本质上比较形式主义,容易落到一种圈套里。现在应该反过来,由中国向世界展示兼具本土性和国际性的绿色生态思考。例如,最近我们经常提到“轻”的概念,这不仅仅对方案设计提出了要求,也需要结构选型、施工技术等的配合。它让建筑由传统的资源占有变为轻轻触摸大地、融入大地,我认为这就是基于本土思考所提出的当下建筑学的转型方向。
▲稻作大田中的主展馆 ©存在建筑
总的来说,主展馆建设让我收获颇丰,我们不仅提出了问题,而且找到了志同道合的合作伙伴逐一解决这些问题,最终完成一个高质量的建筑作品。在这里,我要对所有参与项目的合作者表示感谢,这是我们共同创新的成果。
项目信息
项目名称:天府农业博览园主展馆
业主:四川天府农博园投资有限公司
建设地点:四川省成都市新津区
建筑设计:中国建筑设计研究院有限公司本土设计研究中心
主创建筑师:崔愷、康凯
设计团队:吴健、马欣、张一楠、陈谋朦、蒋涧楠(建筑);史杰、郭俊杰、杨飞、张优优、胡洁婷、刘浩男、李明娟(结构);车爱晶、陈静、张笑菡(给排水);李京沙、姜红、李想、赵雪莲(暖通);马霄鹏、邵子尧(电气);刘艳雪(智能化);路璐、刘玢颖、候月阳、任威、赵金良、魏晓玉(景观);魏黎、王佳旭(室内);齐海娟(总图)
木结构顾问:StructureCraft Builders、上海思卡福建筑科技有限公司
照明顾问:北京宁之境照明设计有限责任公司
幕墙顾问:道澈科技(北京)有限公司
施工单位:北京城建集团有限责任公司
用地面积:134 777.4㎡
总建筑面积:131 769㎡
设计时间:2018
建成时间:2022
▼品谈现场 (左右划动查看更多)
本文刊登于《建筑技艺》杂志
2023年4月刊
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编辑/文字整理:付丽娜
校核:王文慧
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