National Botanical Museum, Kunming, ChinaArchitects: Architectural Design and Research Institute of Tsinghua University Co., Ltd.
国家植物博物馆位于昆明“大三山一水”城市格局的重要节点上。用地范围为28.55hm²，毗邻中科院昆明植物园、云南省林业和草原科学院昆明树木园及昆明市黑龙潭公园。现状场地呈现北高南低，多谷汇聚的景观格局。“水善利万物而不争。”水滴犹如滋养万物的起源，能因环境的变化而变化以适应环境，与自然是最和谐的状态。一滴水就这样注入场地，荡漾、流动、伸展、奏响一曲植物的生命之歌。自然的大山大水在场地上融会贯通，建筑与地形等高线完美融合，让自然地面漫入建筑，室内外融为一体，达到万物和谐万物融的状态，展现了大气而柔和的国家形象。本案用一个语汇将大型博物馆内展厅、温室等复杂功能融合在一起，形成统一的形象。木结构屋顶的图案仿佛自由延伸的叶脉或花瓣脉络。其中从不透明到透明的渐变，既体现了内部使用功能的要求，也让建筑好似一个自然灵动的生命体。晶莹剔透的网壳屋顶好像一朵“水绒花”绽开在山水之间，在第五立面上富有标志性。博物馆的行政办公、业务、科研等辅助空间依山就势，镶嵌在地形之中。上方形成连续的平台，平台联系了公共空间、展厅、报告厅、科普、温室等主体空间，各空间均有独立的出入口。室外，一条植物主题花车巡游道将世界花园主题的室外展场串联成一个有故事的空间，在花车巡游之外，也可休闲、散步、慢跑、运动、宿营、品茗。来自大地景观的复合通风遮阳屋面构成生态文明新地标；通过调研植物栖息地的气象数据，温室采用供暖系统和小型空气源热泵系统的策略，避免集中空调系统，用最佳的能耗性价比展现植物美好的生命循环。
崭新的国家植物博物馆，在建成后，不仅是知识的宝库，更将丰富城市生活的每个日与夜。山水神秀，智慧自然。敬请期待国家植物博物馆。联合体投标团队: 萨泽兰–弗塞规划建筑事务所（Sutherland Hussey Harris） 建筑：庄惟敏，任飞，屈小羽，沈锋，王钰，卓信成，贾精明，陈宏鹏，汤玉，杜爽，宋燕燕，许笑梅，徐灿，Charlie Sutherland, Colin Harris, Sean Douglas
Interview with ZHUANG Weimin
WA：请您先介绍一下国家植物博物馆的方案构思过程。庄惟敏：随着现在建筑学科的发展，设计理念更加强调了建筑的可持续发展和环境友好，这也是我们这个方案构思的出发点。国家植物博物馆在昆明的植物园内，它的地形和地势都非常有特点。昆明地处高原，海拔1500~1800m左右，植物园里正好也有一个丘陵起伏的地势。在这次设计竞赛中，我们一方面要考虑满足甲方切实的要求和使用的功能；另一方面，又要让它具有新意，容易让人信服和接受。所以它的立意和创意就非常重要，但是立意和创意本身不是凭空想象出来的。基于这一点，设计深层的逻辑就很重要，也就是说方案是怎样原发出来的。第一个层面，是我刚才讲的融于自然和环境友好、可持续发展；另一个层面，是借助项目的地势、地段以及项目本身植物园的特征，植物园要有温室，要有标志性的大罩棚，罩棚有各种各样的形式，如何把大跨度、玻璃结构与建筑的形态表达相结合，这是我们设计理念的核心。我们希望它是一种源于自然的想象，所有的一切都跟自然界有关，所有概念的生成都源于自然。在云南这样的一个物种丰富、气侯宜人的自然环境中，地势起伏优美，我们的想象就是源自于大自然的一滴水，“水善利万物而不争”，水这个概念既和自然贴切，又融于自然，与自然不产生任何抵触。它像一滴水滴入场地里，慢慢地晕开形成这样一个造型，由水漫延开形成的自然的触角，低洼的地方正好作为大罩棚下温室的部分，而高出来的地方就作为实体空间部分。水本身流动的特性可以将一个地势填平，这样形成的一种空间平衡感，不会给人很突兀的视觉冲击力，但却具有一种灵动性。水滴晕开来形成流动漫延的态势，本身就是非常自然的，没有任何人为的痕迹，漫延开来最大的部分就成为热带雨林的展厅，中间还有干热性的沙漠，以及少年儿童中心、教育中心和会议中心几大部分。白天，玻璃罩棚在阳光的照射下烁烁发光；夜晚，玻璃罩棚在星空下散发出蓝宝石般的光泽。所以它是一个非常让人心动又和自然高度贴切的创意和造型，毫不造作，也没有非常强势的姿态，而且非常自然地使内部功能和形态高度契合。WA：这个建筑采用了木结构的屋顶，这么大体量的木结构在设计和施工上应该是一个很大的挑战，请问为什么考虑使用木结构呢？庄惟敏：建筑的结构形式一定是非常重要的关键点。既然我们考虑它和环境、自然贴切，不仅仅是外观的造型以及总体布局，我们希望它最重要的部分，包括结构体系也能够是绿色、生态、可持续的。在混凝土结构、钢结构等众多的结构体系中，木结构无疑是最绿色的，它源于自然，最后还会回归自然。而且木结构非常轻，根据现在的建造工艺，它的耐火性能也符合规范的要求，甚至木结构的防火性能比钢结构还要好。最重要的是木材有一种非常温暖的贴合人性的表达，所以我们就选择了木结构。而且木结构形成的这样一个整体的网壳体系非常漂亮，结构本身就是一种特别美的表达，我们不用做任何的遮蔽。它所形成的两类单元体，一类是六边形的，一类是三角形的，是由我们团队里的黄蔚欣老师运用参数化设计来实现的屋顶体系。三角形的部分小，作为开启屋面，结合以后的防排烟、通风；六边形的地方是封闭的，采光下来，有一部分室内不需要采光，我们就通过复合屋面的形式把它落实下来。它在外表面上所形成的六边形和三角形纵横的沟壑，这些小沟槽构成屋面的排水，我们将这些屋面的排水和玻璃窗结合起来，可以对雨水进行收集，同时还形成特有的自然的肌理，这种肌理与自然界的纹路，比如树叶的脉络，也有一定的呼应。木结构目前还正在细化，包括梁格的高度、底部的宽度，现在正在做技术设计。WA：博物馆的展陈、会议、办公和一些后勤辅助空间都汇聚在一个大屋顶之下，请问您在设计中如何梳理这些不同的流线？庄惟敏：观众部分主要是强调几条最重要的流线：第一条就是普通观众的流线，他们主要从城市干道进来，通过一条架空的栈道直接通往共享大厅，在共享大厅分流到不同的展览空间——热带雨林展厅、干热性沙漠展厅、儿童展厅，还有几个特殊的展室。这个共享大厅的空间通过人、建筑和环境之间的互动，形成一种特有的空间感受。另一条观众流线是来自公园的人流，形成一个次入口，这两个入口的两端和城市的主要干道衔接，以防止瞬间过大人流的聚集。除了普通观众，还有一部分特殊的人群，是跟会议和教育普及有关的人群。比如少年儿童，考虑他们的特征是团体参观，上下大巴车会瞬间汇聚很多人，这些都做了特别的处理。当然，除了人流之外还有一部分货流，货流最主要的就是展品和一部分设备的搬运等等，也要把它们很好地组织起来。建筑的平面是星状展开的，所以在每一个凹槽的地方，几乎都和出入口有一定的关联性，我们可以很好地把它们进行区分，并和外部的场地相结合。在场地东南角的位置我们还预留了一块未来发展用地，现在是一个椭圆形的湖，这也是考虑以后会作为另外一个主要入口，和外部活动空间整体结合起来。WA：最后，请您介绍一下这个方案的可持续性设计的要点。庄惟敏：首先，它是一个水滴的形状，因为水的表面张力，它所形成的这样一个鼓起来的水滴和球体有很相似的地方，所以它可以保持一个相对良好的经济的体形系数，体形系数和节能是有关系的。当然我们在优化过程中，还会有一些微调，这是一方面；另一方面，就是刚才所说的，它的结构体系是木结构，所以它也形成了一个完好的绿色、轻质的结构体系；第三就是复合屋面系统，在这个大的玻璃屋顶下还有一部分房中房，是会议厅等不需要采光的空间，会议厅的屋顶是可以上人的，所以这种两层屋面的方式可以减少对底层建筑的热辐射。另外，通过屋面开启扇的部分，刚才说三角形的部分，来解决通风、排烟，实现降温的效果。另外，结合屋面的造型和结构的方式，形成了纵横交错的排水的沟，这些排水沟将雨水汇集起来，可以再利用作为场地的浇灌。
受访人单位：清华大学建筑学院，清华大学建筑设计研究院有限公司
WA：国家博物馆的设计是从哪些层面具体回应“建筑可持续”和“环境友好”策略的？体现方式有哪些亮点？任飞：体现建筑可持续和环境友好有几个层面。首先，设计充分考虑用地地形。项目用地是处在城市近郊浅山环抱的地方，建筑顺应用地，随形就势自由伸展开，轮廓和周围平缓的自然山体协调呼应，整体比较通透轻灵的建筑形态和周围的自然环境相互融入。其次，设计也充分地考虑了当地气候。昆明四季如春，空气很好，特别适合户外活动。所以建筑主体里面除了一些必要的陈列厅有温湿度控制要求的，大部分公共空间并没有封闭，这样室内外环境之间是开敞流动的，空气、阳光、风都可以直接进入室内，让人感觉亲近自然的同时，也对建筑节能方面很有利。第三是材料。设计里面木结构的应用是一个重要的亮点。我们知道，伐木不等于毁林。恰恰相反，在不破坏生态的前下，把木材有价值地利用起来，是一个高效生物固碳的做法。木材本身就是一种固碳非常好的材料，从生成到加工、建造，在全生命周期内，能耗和环境影响都是现有主要建筑材料中最低的。而且木材本身也能给人一种温暖亲切的感受。1-科普出入口 2-藏品管理出入口 3-非洲热带景观区 4-行政/VIP出入口 5-临展、国际会议入口 6-主入口广场 7-博物馆主入口 8-场地主入口 9-国博大道 10-科研出入口 11-科研温室 12-欧洲地中海景观区 13-国家植物博物馆主体建筑 14-博物馆次入口、温室出入口（独立运营时） 15-藏品管理出入口 16-静水池（未来扩展区） 17-大洋洲景观园 18-北美洲热带景观区 19-地震工程研究所 20-省林科院办公室 21-南美洲热带景观园 22-室外展场 23-扶荔宫 24-亚洲亚热带景观区 25-黑龙潭公园 26-昆明植物园 27-次入口广场 28-场地次入口 29-龙泉观 30-树木园任飞：建筑形态在创作过程中也经历了多次反复。我们比选了多个层面的植物主题创作方案，但总觉得没能体现出国家馆让人一目了然的整体形象。庄惟敏院士倾向于形态相对聚集、有明确的整体形象、同时又能和自然地形、室外环境充分融合、与自然特别友好的形态。顺着地势的漫延，自然就有了水滴的意向。水和生命、植物也有一种内在联系，这种温润和滋养万物的气质，适合环境，也非常契合植物博物馆的主题。另外，博物馆的重要展品之一，就是种类丰富的活体植物。像水滴一样漫延的形态，也增加了建筑和室外的接触界面，在展陈设计时，能最大限度地将室外活体植物引入展线。WA：在设计策划和功能设置方面，博物馆与植物园或温室最大的区别是什么？对于人的互动及人的关怀有怎样的考虑？任飞：定位上植物园和温室主要展示活体植物，而博物馆还包含了大量的收藏、陈列、科学研究、科普教育、国际交流功能，也更注重它的公益性。博物馆设置了若干个专题的基本陈列，从时间轴、空间轴、人文轴等主题展开，让不同类型的观众都能有比较全面的观看体验。时间轴从整体植物演化的全过程展开，空间轴涉及全球不同地域不同环境和植物演化的主题，人文轴从人类社会演化和植物之间的密切关系展开。另外，馆内设置了专门的科学研究室，还有儿童科普教育培训室功能。这些都是植物园和单独的温室难以实现的。关于建筑与人的互动和对人的关怀，除了给观众种类丰富、内容有趣的观展体验，也考虑了知识性和参与感更强的功能。我们把观众分成普通参观、亲子游、准专业爱好者、专业研究者等若干类人群，对每一类参观者都做了需求友好及提高参与性的设置。比如对于亲子游人群，公共空间里会有孩子可以参与的培训、临摹科学植物画等，小孩可以“挖一挖”“画一画”，甚至“种一种”；对准专业的植物爱好者人群，考虑到他们的特点是不定期、长时间逗留在特定区域，我们也设置了研究区域和专门流线。另外，考虑设置了一些不同主题的活动，像“博物馆之夜”“魔法植物游行”或“森林音乐会”等，来服务不同人群的需求。针对老人或行动不便的人群，我们做了特殊人群流线，车辆可直接开到博物馆功能入口，可无缝接驳建筑无障碍系统，确保主要流线对各个不同人群的可达性。整体来说，未来的植物博物馆将会面对更广泛的人群，拥有更为复合的功能性和更为亲切的科学性。让不同身份的参观者都能深度参与博物馆的展示与互动功能，享受公共空间带来的美好体验。WA：如何运用设计手段满足游客在温室中的体感舒适度和植物生长的舒适度？屋面系统在绿建及后期维护等层面分别有怎样的考虑？任飞：温室是植物博物馆中的重要部分，设计的目标也希望能够达到世界级的专业水平。温室分为热带雨林温室和荒漠温室两个。我们以雨林温室为例说明一下环境控制策略。热带雨林温室大约8000m²，是个封闭的人工环境。昆明的温湿度变化幅度相对其他气候区较小，对温室环境控制非常有利。我们也跟植物科学家做了深入探讨，为满足植物生长需求和人行区域的舒适度控制要求，温室采取主动式与被动式相结合的室内控制策略。冬季设供暖保证室内温度不低于15℃。夏季和过渡季通过对室内温度的监控，控制温室侧边及顶部的幕墙开启，从而增强自然通风，降低室内温度。另外，方案结合遮阳帘、微雾加湿等方式，保持室内温度不高于35℃，并控制室内温度梯度。在人行区域，辅助设置风扇的局部微气候调节设施，进一步保证室内的舒适度要求。 在夏季自然通风方面，我们通过CFD模拟，明确了夏季通风条件下的温度场和速度场分布，以及理想的开窗位置和开窗面积，并在深化设计中予以落实。在遮阳方面，雨林温室跨度大、高度高、几何形状较复杂等条件都对遮阳提出了挑战。我们正在研究攻关，希望最终做到机械原理尽量简单，经济可实施。此外，我们考虑采用双层中空夹胶玻璃，提升保温性能，避免冬天结露；采用紫外线透过性能更好的胶片和超白玻璃，为植物生长提供更为宽阔、更接近自然环境的光谱区间。昆明干湿两个季节差异很大，每年雨季都会有几次比较集中的降雨，而且强度比较大。屋面的造型整体是中间高四周低的一个壳体，雨水靠屋面坡度流向地面的排水沟。通过计算，绝大多数玻璃坡度不小于0.3%，能够满足排水要求，整体屋面没有滞水点出现。屋面也有上人维护和清洁的需求。玻璃单元之间的天沟，兼顾排水和上人通行功能。由于屋面是非线性的表面，有很多不同规格的结构构件，这些天沟设计要考虑3个方面因素，第一要能实际做得出来，第二精度要能控制，第三造价也要能控制。我们幕墙团队也正在努力寻求更优的解决方式。此外，绿建层面也在努力去实现更高效的节能，国内的绿建三星和国际上的相关星级认证都是我们既定目标中的一部分。WA：项目推进过程中有哪些难点或挑战？计划尝试应用哪些突破性的技术手段？任飞：挑战主要来自于大跨度不规则形态的木结构网壳屋面。木结构本身在国内的应用还不是很广泛，因此有许多具体技术问题需要研究落实。木结构的可实施性和耐久性是我们和甲方共同关注的问题。如何保证木结构稳定的力学性能？如何防火、防潮、加工安装、成本控制等等，这些都是团队目前在重点研究的问题。规范对木结构的防火有非常明确的要求。工程木耐火主要依靠构件本身燃烧时表面形成的碳化层，截面尺寸较大的胶合木结构构件，一般能达到1h~1.5h的耐火极限。但由于项目的木屋盖规模较大，还需要做专门的技术论证。目前，结构设计考虑采用互承结构单层木网壳，最大跨度超过70m，最大悬挑接近20m。这是一个超静定的体系，即便是局部杆件受损，结构完整性也不至于破坏。有利于安全性，也有利于杆件的维修和更换。互承结构体系大大减弱了整个结构对节点连接刚度的敏感性和构件加工精度要求以及施工难度。木结构后续需要进一步落实的问题还有节点设计、施工模拟以及干湿交替下的稳定性评估等。后期我们还会通过一些大比尺模型实验，进一步排除技术风险。另外，我们也同步在优化幕墙设计，力争使建筑复杂形态的表皮能有完美的呈现。同时，通过表皮的更轻量化，留出更大的荷载余地。WA：场地东南角预留了一块未来发展水域，请您分享一下后续可能的计划。任飞：这部分是设计考虑的弹性预留，定位是陈列展厅，为未来更多展品和不同主题的陈列预留发展空间。任飞：预计2020年内完成施工图纸设计并开工，具体开放时间欢迎随时关注博物馆方面官方消息。受访人单位：清华大学建筑学院，清华大学建筑设计研究院有限公司
注：本文已于2020年7月发表于《世界建筑》杂志。
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