【AT建筑】地形建构——第十三届中国（徐州）国际园林博览会综合馆暨自然馆设计（by 王建国院士团队）
【AT导读】本期“AT建筑”聚焦第十三届中国（徐州）国际园林博览会综合馆暨自然馆。通过王建国、葛明以“地形建构”为主线的建筑设计研究，以环境构成、空间构成以及技术构成，帮助建筑恰如其分地与自然共生并传递文化意义，继而引出蒋梦麟、姚昕悦对于“叠合的系统”的设计方法分析，在强化“补山、藏山、望山、融山”设计理念的同时，使建筑呈现出特殊的系统之美。
第十三届中国（徐州）国际园林博览会综合馆暨自然馆
▲鸟瞰 ©陈颢
推荐人：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。
第十三届中国（徐州）国际园林博览会选址在徐州郊外的一处矿区宕口，以修复生态、展现园艺、打造有魅力的活力场所为目标。组织方邀请了来自全国各地的院士、大师和专家团队共同设计，由中建科技集团有限公司总承包建设。尽管建设中爆发了新冠疫情，严重干扰了设计和建造过程，但大家初心不变，在疫情防控中仍然努力坚持、全力投入，终于高质量地完成了园博会的建设任务。前不久，在王建国院士的倡议和邀请下，《建筑技艺》杂志组织专家前往徐州园博园品鉴。那一日，阳光灿烂、林木繁茂，大家徒步寻访一个个隐于山林之中的精妙之作，兴致盎然！从韩大师的“一云落雨”国际馆开始，绿坡上单脚点地的三座展厅比肩相连，如同轻盈踢腿的芭蕾舞者，令人惊艳；顺坡向上走进王院士和葛老师的大作综合馆暨自然馆，纵墙切入山体，排梁横架凌空，钢和木的混合结构清晰有力地形成了剖面关系；偏于一隅的儿童友好中心用螺栓网架技术搭建多样的空间形态，让孩子们找到搭积木的情趣；游客服务中心及1号门的单元化钢木棚架展现出尺度和力度的场所感。几件作品虽场地和功能各不相同，但共同点却都在结构技术的创新。这种创新不是对建筑形状的附和，而是一种具有耦合性的呈现，应了AT的主题：结构成就建筑之美。
第十三届中国（徐州）国际园林博览会综合馆暨自然馆（以下简称“综合馆”）位于徐州市铜山区吕梁风景区内。东临悬水湖，北依吕梁山脉，不少山体因为过往的开采呈现一片疮痍的景象，因此新建建筑如何接续自然、修复山体便成为了最为重要的命题。
王建国
东南大学建筑学院教授、城市设计研究中心主任，中国工程院院士。
葛明
东南大学建筑学院副院长、教授。
地形建构（Topographical Tectonics）是当代建筑设计思想和方法的重要组成内容之一，它试图在环境、文化、建造以及空间之间寻找结合的可能，并通过相互衬托凸显各自的力量，最终形成一种具有特别氛围的环境构筑物。地形建构突出建筑与地形的同塑，而不强调构筑物与环境之间的区分，它还体现了适度介入的思想，常常以片段的方式化解多变的环境问题。同时，地形建构也是中国传统营造方法与其他文化交流融汇的重要中介。
▲ 手绘草图 ©王建国
综合馆建于徐州吕梁山下的废弃矿区内，如何恢复自然、接续自然、展现自然成为设计伊始的重要命题。设计以场地建构为基础，融合传统文化中与山同构的思想，提出了“补山、藏山、望山、融山”的意象。在此基础上，设计综合运用了以下策略：一是以环境构成形成立意，二是以空间构成展开设计，三是以技术构成实现落地，从而帮助建筑恰如其分地与自然共生并传递文化意义。
▲ 场地原貌 ©东南大学建筑设计研究院有限公司
环境构成
环境构成既是设计意象所在，也是一系列方法的展开。设计中，环境构成配合“补山、藏山、望山、融山”四组关键词，帮助建筑形成了与山同构的姿态。
在环境构成中，设计以“坡法”作为切入点，从剖面出发，同时考虑坡顶和坡地设计，生成空间的同时充分呼应环境。针对坡地，设计利用坡地设置台基，区分不同标高的同时接续自然，实现了“补山”的目标，形成接地部分的系列展厅，称之为“地宫”；针对坡顶，利用坡势形成组合坡顶，并将最重要的一系列大展厅藏入屋宇之内，实现了“藏山”的目标，进而将屋顶设计成特殊的采光容器，称之为“天庭”。坡法在剖面上统一处理了场地、台基以及屋宇的组合方式，突破了通常的建筑类型组合，形成了新的“层台琼阁”，也逐步实现了“望山、融山”的环境构成目标。
▲ 效果图 ©东南大学建筑设计研究院有限公司
空间构成
空间构成通常以空间经济学为考量，注重局部与整体在关系上的统合，在形成丰富空间的情况下实现适度的空间开放。综合馆在运营上设置有展馆、办公、会议及休息等一系列不同大小的功能。设计中首先强调剖面的方法，以“叠”和“错”作为设计手段，整合各种功能，使其在使用上各得其所，相互渗透，并能彼此互观。其次空间构成还强调了平面分节的方法。在南北方向，通过形体配合功能分区。在东西方向，则以组合坡的方式进行分节，分别以混凝土、木架、混凝土进行区隔。这种分节方式在空间层面有利于平衡展览空间的灵活性和秩序性，也有利于内外整合，形成具有光线强弱层次的空间体验。
▲ 手绘草图 ©王建国
技术构成
技术构成上，设计采用了混合建造的方式，以应对多变的环境问题以及尺度过渡问题，还易于形成快速建造的体系，并能体现出建构的文化意向。
在应对环境和空间方面，混合建造提供了两种不同的体系。靠地部分，采用深灰色的木纹混凝土系统，提供“地宫”所需要的幽暗。靠天部分，采用暖色木材，提供了“天庭”所需要的轻盈与明亮。在快速建造方面，混合建造帮助形成两种体系平行制作和施工，在短时间内协同工作，从而大幅缩短了施工周期。在文化方面，混合建造形成了特定的意象，有效地实现了古今交融。混合建造结合主要空间、屋顶、台地，最终展现出宫、阁、亭、台、温室等多重的类型与空间意义。此外，通过技术构成方式的选择，形成了加强空间开放的特殊方法，以及实现层台琼阁文化意象的方法。
▲ 混合建造示意
©东南大学建筑设计研究院有限公司
综上所述，综合馆设计以“补山、藏山、望山、融山”的策略为基础，通过环境构成、空间构成以及混合建造的技术构成方法，使建筑充分呼应、融入地形并体现地形之势，完成了具有文化意义的地形建构。
▲ 融入地形的建筑 ©陈颢
蒋梦麟
东南大学建筑设计研究院有限公司建筑师。
姚昕悦
东南大学城市设计研究中心主任助理。
综合馆设计提出了以“补山、藏山、望山、融山”为关键词的策略，这既是设计意象也是设计方法和目标。对于大型公建而言，有了明确的目标，还需要有维持建筑运作的各个系统的支持。在设计目标的指导下，各个建筑系统既需要相互清晰独立，又需要相互叠加、影响和协调，只有这样才能更好地完成系统目标。
▲ 西北侧鸟瞰 ©陈颢
在这里，地形系统通过台地的互叠，使山体自东向西借由建筑平顺过渡，从而实现了“补山”的效果。空间系统通过清晰的分层与分段，帮助建筑简化功能以及流线，空间系统叠合于地形系统之上，从而能以最小的形体容纳功能，实现了“藏山”的效果。结构系统通过混合的体系，以混凝土和钢木结构，使建筑呈现出“下山上阁”的格局，从而引导视线面向山体，实现了“望山”的效果。设备系统通过藏与附着，与建筑主体骨架相互配合，叠合于结构与空间系统之上，从而很好地隐藏在建筑之中。生态系统则利用叠合系统中的间隙，将周边环境自然而然地引入了建筑，在接续自然的同时实现“融山”的效果。
▲ 西南角人视 ©陈颢
▲ 总平面图 ©东南大学建筑设计研究院有限公司
地形系统
—— 修宕成台，分节互叠
场地位于徐州园博园东侧高处的一处山坳，地形东高西低、北高南低，东西最大高差接近42m，南北高差22m。这处人工山坳是旧时矿产开采遗留的痕迹。在现场踏勘时，山体的葱绿和宕口的荒芜所形成的鲜明比对给我们留下了极为深刻的印象，于是如何利用新的建筑及周边场地织补这片被破坏的山体就成为了设计的启动点。设计提出了“补山”的目标，希望山体的葱绿能顺势而下，接续山体，面向城市展园。技术上提出以台地连接各个标高，重新修复宕口及原有地形。台地将场地标高在竖向上有计划地分节。
▲ 原始地形 ©东南大学建筑设计研究院有限公司
▲ 地形改造（修宕成台）
©东南大学建筑设计研究院有限公司
▲ 建筑介入（补山成房）
©东南大学建筑设计研究院有限公司
从东到西，在东侧与山体接近的区域采用台坡结合的方式与山体交接，解决最为陡峭的部分，同时在场地东南角刻意保留了一段皴纹特别的区域，展示场地本身的地质特点。在主体建筑部分设置了较大的平台区域，容纳主入口广场空间以及建筑主要标高层。在西侧面向城市展园方向，台地则部分利用了建筑的局部下沉空间，结合建筑形体，顺接至东侧城市展园道路标高，在这里部分建筑体量直接成为了台地地形的一部分。北侧台地由于用地收窄，较为紧密，南侧用地逐渐宽敞，于是台地也较为舒展，从而容纳了更多的种植区域。
▲ 东南侧鸟瞰 ©陈颢
▲ 西南侧鸟瞰 ©陈颢
从北到南，在北侧利用相对较高的地势，平接建筑北侧后勤区域，形成后勤小广场。往南侧发展，利用自然走势进行局部开挖容纳部分建筑功能。这种顺势而为的策略也是因为山地地质本身较硬，开挖成本较平地而言高出不少。整体工程尽量减少下挖，在减少工程量的同时也能够节约用地并加快工期。
▲ 北侧鸟瞰 ©陈颢
▲ 南侧鸟瞰 ©陈颢
通过东西方向以及南北方向对地形调整和干预的有组合叠合，最终形成了设计中的台地地形系统，它有意识地将部分建筑体量变为台地，很好地消解了体量，将建筑藏于山中，也帮助地形接续自然，修补了宕口遗留下的自然山体。
空间系统
—— 补山成房，分层清晰
空间系统延续地形系统修补山体的意向，将空间也作为修补山体的重要一环（补山）。在平面上，设计根据空间尺度均匀布置了4组共8个核心筒，既作为疏散也作为垂直向的服务空间以及主要竖向结构，支持整个建筑的运作，明晰地区分服务与被服务空间。这4组核心筒将空间切分为南北方向的三大段完整空间。南北端头均为最大的展览空间，中间为联系展览空间的休息大厅。这些作为服务空间的核心筒形成了展览之间的间隙空间，为整个建筑提供了具有节奏的服务与被服务系统的组合。
▲ 一层平面图
©东南大学建筑设计研究院有限公司
▲ 二层平面图
©东南大学建筑设计研究院有限公司
在东西向短剖面上，设计采用叠合错层的方式，在东侧依靠山体的低标高处，布置了主入口门厅以及首层展厅空间，由于展厅位置对于东侧山体而言好似下挖的空间，于是我们称之为“地宫”。高标高处则设置与屋顶系统紧密相连的主要展厅序列，由于展厅位置较高且通过屋顶采光，于是我们称之为“天庭”。在西侧最低处设置了报告厅，配合下沉室外庭院引入充足光线，在结合山体的同时也让空间体验始终维持首层的感觉。在外观上，短剖面东接山体、西续缓坡，将自然和建筑自然而然地融合在了一起。
▲ 东西向剖面图
©东南大学建筑设计研究院有限公司
▲ 天庭室内展厅 ©魏羽力
高处的空间采用局部悬挑，在连通内部空间的同时，通过材料从明亮温暖的钢木向深色的混凝土转换，实现了明暗交错过渡，在丰富空间层次的同时产生了空间漂浮的感觉。
基座部分则通过高墙以及光线控制，使得空间在一侧体现出融入地面的姿态，而在另一侧则通过下沉庭院的设置引入部分光线，维持空间开放。天庭和地宫的相互结合，让光线有机会从天窗系统穿越天庭进入地宫。在这里空间系统充分利用了山体的标高变化，产生了两种截然不同的空间感受。通过剖面的“错”与“叠”，又使得这种不同在使用和行进过程中能够自如地转换，从而产生一种在维持空间特征情况下适度的开放。
▲ 西南侧人视 ©陈颢
▲ 东北侧鸟瞰 ©陈颢
在南北向长剖面上，南侧接近主要入口广场，布置较为公共的门厅和主要展厅。向北延伸，中部设置休息厅，北侧设置办公区域以及第三、第四展厅序列。由于地形从南向北逐渐增高，空间高度也被部分压缩，从天庭南部走向北侧，人会逐渐接近屋架，这也是从南到北逐渐向上升腾的过程。场地上，功能分区配合空间系统从南至北纵深发展，南侧布置主要人行广场，北侧布置小广场供后勤进出，并与周围环境形成清晰的环路。
▲ 南北向剖面图
©东南大学建筑设计研究院有限公司
随着东西向、南北向的剖面叠合，设计产生了复杂的空间交叠机会，通过设置立体8字形流线，将游客从地面自然地引向天空，而后又从天空回到地面，在体验不同空间特征的同时完成了环形的参观流线。在这个过程中光线也伴随人不断上下的行为，从暗到明逐渐展开升腾。
▲ 参观流线 ©东南大学建筑设计研究院有限公司
空间系统的叠加让不同功能的空间特征更加鲜明，相互串联，借力互含。天庭通过地宫的比对显得更为敞亮。分层清晰、叠合呈现的空间系统与地形结合，使得建筑以最小姿态出现在场地中（藏山），为场地留出前后广场接续更大的园博区域。
结构系统
—— 半山半阁，混合叠加
结构系统顺应地形系统和空间系统整合后的要求，下半段以为地而设的混凝土基座作为山体（融山、补山），上半段以为山而设的钢木琼阁作为屋宇。为了帮助埋在山里的空间形成较为强烈的洞穴感，下部的混凝土结构体通过短墙消隐柱子并强化结构梁的方式，弱化框架体系。混凝土框架梁采用双梁处理，两个梁为一组夹住竖向柱，梁的间隙可以容纳部分设备，将设备空间局部整合进结构系统中。从文化意味上看，通过以混凝土模仿木构的方式，再次弱化了混凝土框架结构的感觉。这组沉在底部的混凝土结构就好像是一组“石化”了的木结构，似乎已经存在千年。
▲ 混合建造材料分析 ©东南大学建筑设计研究院有限公司
上部钢木结构主要位于天庭空间上方。出于空间需求，钢木结构对内需要完成27m的较大跨度，对外则需要表达重檐叠嶂的感觉。于是钢木结构需要解决南北向的大跨以及东西向的重檐。在这里，设计采用南北向主要结构完成27m的跨度，东西向设置了两组菱形结构连接南北向大跨结构。由于纵向结构较为强大，东西向的连接构件可较为纤细，通过在南北方向复制，形成了非常强烈的结构序列美感。这种一层层的重叠，也将整个屋盖结构做成了一个空间光线过滤器，把原本直射的天光柔和地过滤成为漫射光线。从内部看，这两组菱形结构端部的屋檐完整地伸进天庭空间，使天庭产生了室外感，这也是一种帮助展览空间适度开放的方式。从外部看，重檐形成的钢木结构屋宇则较为轻松地从混凝土屋面上漂浮起来，南北两组钢木屋架也将底部的混凝土结构屋面尺度向小尺度过渡。从远处看，由于深色混凝土部分充分融入了山的背景，只有这两组钢木屋宇能够被看见，在白天为整个建筑提供了两道深远的阴影，出檐深远，凹凸有致，夜晚则通过外部照明设计为清冷的山景提供了两抹暖色。
▲ 天庭木阁细部 ©陈颢
▲ 北立面局部 ©陈颢
▲ 木阁近景 ©江苏省住建厅园林处
从平面来看，两种结构采用了同一种模数化的处理方式。混凝土结构采用9m×9m的模数，上部的钢木结构则进一步细分，以4.5m×4.5m间隔出现，下一个层级的幕墙系统则以2.25m×2.25m的模数进行再次细分。这样的模数化处理使主要结构能够上下贯通传力。另外在钢木结构和混凝土结构交接的地方，设计采用了最为轻巧的接触，结构转换处用木构外包局部预埋构件，配合横向长条玻璃，产生最大范围内的一种脱离状态。这种处理也为后续整体钢木结构从混凝土结构上漂浮起来的效果奠定了基础。细节上承袭了下部混凝土结构的组织模式，上部的钢木结构也采用了双梁夹柱模式，这种传统的木结构连接方式也将屋架内的设备系统隐藏于其中。
▲ 门厅与天庭 ©陈颢
▲ 室内实景 ©陈颢
模数化的结构带来的是层叠的美感以及纵向主要跨度结构的消失，均匀地引入光线，配合剖面上空间布置的策略，帮助空间进一步实现漂浮感。钢木与混凝土的混合建造模式则帮助建筑形成半山半阁的状态，纵跨横挑，结合有序，藏于山中，融于山中。
▲ 木阁细部 ©陈颢
▲ 北侧主入口鸟瞰 ©陈颢
设备系统
—— 藏于结构，附于空间
设备系统作为维持现代建筑运行的基础体系，在当代建筑设计中起到了越来越重要的作用。其中较难处理且对空间影响较大的，是暖通专业中的空调以及水专业中的喷淋设备。综合馆的设备系统均利用空间和结构的预留空隙进行布置，藏于结构，附于空间。
最大的暖通管道首先通过设置在建筑东侧半地下庭院的室外机组引入8个核心筒内，进行多层不同标高的垂直输送。水平面上，处于低处的空间利用结构楼板进行水平向服务，通过吊顶隐藏末端设备。到了天庭位置，由于屋盖的展示需求，末端设备利用屋盖下的楼板向上局部翻折，可在人体尺度范围内进行空气调节。从图解的角度理解，上部的天庭以及下部的地宫均是通过中间的结构楼板完成了向上以及向下的设备服务。
▲ 天庭室内结构
©南京工业大学现代木结构工程研究中心
相比起可以线性间隔布置的暖通设备，全覆盖的水专业喷淋设备将会是又一个对空间呈现效果的挑战。喷淋主管通过核心筒垂直联系，水平向支管则布置在屋盖处，利用双梁结构中的间隙穿针引线，让支管随结构而走，藏于结构间隙之中，在近人的位置做到最大程度的消隐。在高处天窗位置，喷淋末端紧贴幕墙构件布置，在天窗强烈光线的比对下，处于暗处的喷淋设备也就不容易被察觉。
电气专业设备主要通过8个核心筒进行垂直向服务，在水平方向遇到无法吊顶的部位则可通过双梁之间的空隙进行布置和联系，较为轻易地融入了钢木屋架体系之中而不被察觉。
▲ 钢木屋架细部 ©陈颢
如果说结构是建筑的骨架，空间是肌肉，那么这些纵横交错的设备管线就是其中维持运作的血管和神经，均需要仔细处理。设备系统的设计思考其实是前置的，在方案设计时已经做了策略性的考虑，在空间和结构设计中预留了余量，为后续施工图设计以及施工安装时能够贯彻最初设想提供了良好的基础。
生态系统
—— 半苑半房，接续自然
生态系统的建立基于设计之初所提出的“补山、藏山、望山、融山”的策略，在空间经济学的铺垫下通过建筑各系统的叠合予以展现。
之于地形，建筑以长条姿态静卧于山坳，顺应山势，接续自然。建筑中段的休息厅提供了与自然对话的场所，东侧高标高处直面山体，绿树扑面犹如画境，西侧低标高处俯瞰园区，葱郁满园，心旷神怡。地宫和天庭的空间氛围也正如它们在山体中的位置一般，前者因融于地形而幽静沉稳，后者因浮于山间而明亮轻盈。
▲ 西侧远眺建筑 ©陈颢
之于空间，综合馆采用竖向叠合、错层布置的方式，恰当地处理了各使用空间的高度关系，解决了展览建筑层高要求较高的问题，使建筑尽可能小。同时对西侧建筑体量进行了屋顶绿化的处理，以自然的方式衔接到场地。作为园博园中面积最大的建筑，综合馆藏房于山，尽量从视觉上减少建筑的压迫感，也让出了最大的场地空间予以自然。
▲ 展厅内景 ©陈颢
之于结构，钢木组合结构本身就是一种绿色的结构形式和建造趋势，混合建造的方式能够灵活应对山地环境和空间需求，并缩短了工期。综合馆基座、屋盖两部分结构分层清晰，当混凝土结构在现场进行作业时，钢木结构可以在工厂进行预制，并采用了模数化、单元化的设计，帮助这一复杂空间实现快速建造。此外，两种结构交接部分的空隙也能成为后续设备系统依附的基础。
▲ 屋面桁架 ©陈颢
之于设备，设计从方案阶段即开始考虑各类管线的走向，同步于其他各系统。根据使用需求和空间特质，设备利用预留的空隙布置，同时建筑的构件模数也与设备的效能相互配合，使得绝大部分设备设施能够藏于结构中或置于不起眼处，成为另一种骨架，与建筑空间和谐共处。
▲ 展厅内景 ©陈颢
此外，综合馆所采用的现代木结构、装配式建造、立体绿化、雨水循环等均是生态友好的措施。这些系统都帮助建筑成为一种半苑半房的模式，融入自然，接续自然，创造出一种新的生态系统。
结语
有关系统，英文中“system”一词来源于古希腊文“systεmα”，意为部分组成的整体。不难理解，系统是多样性、差异性的统一，不存在孤立的元素，所有元素之间相互依存、相互作用、相互制约；之于建筑设计而言，系统是建筑相关元素构成的复合统一整体。建筑设计通常被认为是理性与艺术的结合，事实上在当代，建筑设计也是系统与艺术的结合。密斯的少即是多背后正是对结构、形式、空间高度整合的结果；路易斯·康的服务与被服务空间之间的逻辑也是一种系统思维。这都彰显了系统在现当代建筑中的重要作用。
中国传统建筑有其自身的系统（比如结构构件和空间形制），如果能够提炼这些系统，在与现代建筑系统的碰撞中就能够产生特殊的化学反应，形成现代和传统的融合。一种方法是通过对适应现代系统的合理叠加来产生新的形式语言。在各个系统叠加的过程中，似乎发现了建筑设计的一个秘密：在大的框架下面，每一个建筑设计的层面都在进行有效的系统化思维，并将彼此相互连缀，相互影响，最终达到一种平衡，并发生化学反应，使建筑呈现出理性与灵动的古韵。综合馆的木阁参照传统建筑形制，对内作为覆盖也作为一种采光方式，产生了较为宏大的室内空间，对外则通过层叠的方式体现了木阁的特殊形制，提供了足够的文化意象。
▲ 北立面局部
©南京工业大学现代木结构工程研究中心
▲ 天庭室内结构
©南京工业大学现代木结构工程研究中心
与传统认识中的系统不同，综合馆设计通过建立系统，并以特定的方式叠合，强化了原有的设计理念框架，空间系统叠合地形系统，结构系统叠合空间系统，设备系统叠合结构系统，生态系统叠合各个系统，最终整合成为一个完整的设计系统，以此呈现并强化了“补山、藏山、望山、融山”的设计理念，形成了特殊的系统美学，并创造出一种适度的空间开放性。
清晨当光线昏暗时，综合馆建筑好似几个简洁的长体块，依附于山间。晨曦初露，光线落在木阁的水平构件上产生反光时，这层层金色的斗栱突然显露，建筑的古意也就瞬间扑面而来。这亦古亦今的两副面孔融洽地出现在一个建筑中。
▲ 建筑与山体 ©江苏省住建厅园林处
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编辑：付丽娜
校核：王文慧
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