裘俊 關(guān)飛

裘俊 中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司本土設(shè)計(jì)研究中心建筑師。

關(guān)飛 中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司本土設(shè)計(jì)研究中心一室主任。

混凝土板殼結(jié)構(gòu)在大跨度空間建筑中的應(yīng)用，伴隨著混凝土技術(shù)的逐漸完善而成熟：1920年代開(kāi)始嶄露頭角，到二戰(zhàn)期間因?yàn)榇罅啃枨蟠呱嘶炷良夹g(shù)的大發(fā)展；二戰(zhàn)中后期百?gòu)U待興的社會(huì)狀態(tài)更是將混凝土殼體推向繁榮，并漂洋過(guò)海，影響到南美、日本等其他地區(qū)；1970年代繁榮后的逐漸消亡預(yù)示著混凝土材料在當(dāng)時(shí)諸多因素下日漸式微，新技術(shù)、新材料的蓬勃發(fā)展也向其提出了挑戰(zhàn)?？v覽全局，這條發(fā)展軸線其實(shí)暗合了混凝土技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)。而在新時(shí)期，大面積素混凝土殼板結(jié)構(gòu)還存在哪些新的機(jī)會(huì)？筆者認(rèn)為，西寧絲綢之路物流園項(xiàng)目正是這方面的一種嘗試。

1 黃土印象

青海西寧西部湟中縣多巴地區(qū)的黃土山谷夾縫中正在建設(shè)一座多巴新城。受業(yè)主委托，我們?cè)谇嗖鼐€雙寨站的南側(cè)規(guī)劃了一片多功能的物流綜合體。項(xiàng)目用地東西長(zhǎng)約2 639m，南北寬約1 114m，在鐵路線和城際高速之間呈L形。2015年現(xiàn)場(chǎng)踏勘時(shí)正值深秋，高低起伏的黃土溝壑給人以極大的視覺(jué)沖擊，南側(cè)山坡金黃的秋葉、北側(cè)荒蕪的村落與黃土飛怷的施工場(chǎng)景形成巨大反差，而一座總面積達(dá)70萬(wàn)m的現(xiàn)代物流城即將在這里誕生。

2 地景從合

項(xiàng)目從梳理大地開(kāi)始，通過(guò)將不同坡度的山地修葺成臺(tái)，構(gòu)筑成豎向豐富的黃土臺(tái)地景觀園區(qū)。同時(shí)，為滿足園區(qū)功能、突出線性形態(tài)與環(huán)境的關(guān)系，我們將物流倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)、集中停車區(qū)、辦公配套區(qū)、加油加氣服務(wù)區(qū)、遠(yuǎn)期服務(wù)區(qū)五個(gè)功能模塊串聯(lián)布置。建筑以柔和的曲線形態(tài)順應(yīng)著起伏的大地肌理和混凝土材料的力學(xué)特嬕，樸素的形態(tài)和純凈的材質(zhì)體現(xiàn)了獨(dú)特的工業(yè)建筑氣質(zhì)，以一種現(xiàn)代而謙遜的姿態(tài)擬合了建筑與山體環(huán)境的關(guān)系（圖1）。

2.1 與土地的關(guān)系——從大地生長(zhǎng)

充分考慮場(chǎng)地地形，在盡量減少土方工程的前提下優(yōu)化建筑與場(chǎng)地的關(guān)系。項(xiàng)目位于鞍家?guī)X的北坡，地勢(shì)高低變化較大，場(chǎng)地內(nèi)坡度大于8%的不適合建設(shè)場(chǎng)地較多。以南北向和東西向分層錯(cuò)動(dòng)的生土平臺(tái)為基礎(chǔ)，在不同土臺(tái)上布置單體建筑，高低錯(cuò)落的建筑之間形成了空隙，成為天然的庭院。連續(xù)的屋頂、錯(cuò)落有致的景觀、起伏的大地，它們共同有序地生長(zhǎng)。

2.2 與功能流線的關(guān)系——模塊拓展

庫(kù)區(qū)組團(tuán)在滿足庫(kù)區(qū)工藝流程要求的前提下，順應(yīng)線性的場(chǎng)地條件進(jìn)行功能分區(qū)和建筑單體的模塊化整合，在有序拓展園區(qū)規(guī)劃單元化的同時(shí)，高效串聯(lián)道路路網(wǎng)，從而降低施工成本，提高使用效率與空間適應(yīng)性；服務(wù)區(qū)組團(tuán)通過(guò)單元式的合院布局來(lái)適應(yīng)高低起伏的地形，為物流園區(qū)提供辦公、商務(wù)、餐飲、住宿等一站式的配套服務(wù)。

2.3 與環(huán)境景觀的關(guān)系——融合與再造

雄渾冷寂的西部地貌塑造了西北獨(dú)特的地理環(huán)境，建筑以樸素的材料、形態(tài)給與回應(yīng)。連續(xù)起伏的屋面形成了城市零散肌理向自然起伏山體的過(guò)渡，不同尺度的中庭、屋頂花園與建筑空間融合，使屋面不再只是建筑的輪廓，而是以緊貼地面的扁平形態(tài)勾勒出一種全新的場(chǎng)地印象——建筑仿佛從大地中生長(zhǎng)出來(lái)，構(gòu)成一幅獨(dú)特的大地景觀。

3 樸素材料與現(xiàn)代工藝

采用素混凝土工藝澆筑成大體量的拱殼結(jié)構(gòu)單元，利用拱頂單元的拼接形成連續(xù)大空間，并通過(guò)局部增加不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，以適應(yīng)倉(cāng)儲(chǔ)物流、商業(yè)店鋪、辦公住宿等不同的功能需求。得益于拱形結(jié)構(gòu)單元優(yōu)良的力學(xué)性能，建筑擁有了24m寬、10m多高的無(wú)柱開(kāi)敞空間，殼板最薄處只有150mm。這種連續(xù)、通透的空間效果和輕巧的結(jié)構(gòu)曲板形態(tài)形成鮮明對(duì)比，賦予了建筑有序而理性的空間美感，同時(shí)成熟的現(xiàn)代工藝與材料也讓樸素的混凝土建筑具有了現(xiàn)代工業(yè)建筑的品質(zhì)（圖2）。

3.1 模塊化單元對(duì)工藝、施工方式的適應(yīng)性

倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)房結(jié)合工藝流程設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)模塊，借助預(yù)應(yīng)力清水施工工藝，使150～200mm的薄殼實(shí)現(xiàn)了24m的大跨度空間。這種做法不僅降低了施工難度，提高了模板的使用率，還能滿足空間的靈活性和功能轉(zhuǎn)換的適應(yīng)性（圖3）。水平向樓板和立面格構(gòu)作為串聯(lián)拱殼單元的水平構(gòu)件，在抵消殼體水平推力的同時(shí)，還是建筑主要的圍護(hù)和承托組件。立面材料采用帶有縱向肌理的清水混凝土，既降低了成本又獲得了比較粗獷的肌理效果。

3.2 數(shù)字模型工具對(duì)設(shè)計(jì)與施工轉(zhuǎn)換的協(xié)助

以前，傳統(tǒng)建筑師及工程師憑借實(shí)驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)等方法確定建筑結(jié)構(gòu)的合理形態(tài)，找形過(guò)程比較粗略和主觀；而計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)讓結(jié)構(gòu)的形式和表達(dá)有了新的可能性，使得設(shè)計(jì)和生產(chǎn)發(fā)生了爆炸式的發(fā)展。設(shè)計(jì)中我們將數(shù)字化模型與結(jié)構(gòu)力學(xué)分析工具結(jié)合，提高了建筑造型和結(jié)構(gòu)找形的準(zhǔn)確度，使抽象形體的面轉(zhuǎn)換成數(shù)字化可控的面。比如庫(kù)房和商業(yè)殼體的屋面設(shè)計(jì)，尤其是加油站異形曲面殼體的找形，計(jì)算機(jī)模型生成了不同的找形結(jié)果，利用懸鏈線合理布置拱殼受力曲線，使板殼受力合理、與建筑形體擬合度最優(yōu)（圖4）。

3.3 技術(shù)規(guī)格書(shū)對(duì)低技化施工的指導(dǎo)

混凝土材料看似簡(jiǎn)單，但這種流動(dòng)材料的物理特性由許多因素控制。意大利建筑師奈爾就維強(qiáng)調(diào)受力原則和形體的簡(jiǎn)單，并對(duì)施工工序、施工組織、質(zhì)量控制均有嚴(yán)格要求。在當(dāng)?shù)厥┕挝蝗狈ο鄳?yīng)施工經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)手段的情況下，團(tuán)隊(duì)結(jié)合以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)?shù)氐氖┕ち?xí)慣、材料特性、施工周期等因素，編輯了《清水混凝土技術(shù)規(guī)格書(shū)》，用于指導(dǎo)施工深化、備料、模板切割找形、澆注、保護(hù)等施工措施。施工單位從最初的比較排斥到嫻熟掌握，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況合理調(diào)整模板尺寸和模板重復(fù)使用率，平衡了經(jīng)濟(jì)造價(jià)和施工質(zhì)量?？梢哉f(shuō)，該技術(shù)規(guī)格書(shū)起到了技術(shù)溝通和明確驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的橋梁作用。

3.4 新材料、新工藝對(duì)混凝土傳統(tǒng)缺陷的改良

清水混凝土防水不僅關(guān)乎建筑的使用和安全，同時(shí)影響材料的表觀效果，混凝土自身因施工環(huán)境和技術(shù)特性易產(chǎn)生毛細(xì)裂縫，在保證清水混凝土效果的前提下，如何進(jìn)行防水、保溫設(shè)計(jì)，尤其雙面清水效果的防水設(shè)計(jì)，一直是施工中的一項(xiàng)難題。不僅如此，項(xiàng)目地處嚴(yán)寒地區(qū)，晝夜溫差大，連續(xù)大面積混凝土開(kāi)裂成為施工的頑疾。團(tuán)隊(duì)將高強(qiáng)度TPO卷材、保溫板與混凝土板面結(jié)合，形成“三明治”防水保溫復(fù)合結(jié)構(gòu)，在可控的施工成本條件下，提高混凝土建筑熱工性能，優(yōu)化其在嚴(yán)寒、高紫外線地區(qū)的抗裂性能。同時(shí)，利用成熟的預(yù)制混凝土夾芯保溫墻體系統(tǒng)和隔熱窗系統(tǒng)，在提高墻體熱工性能的同時(shí)，保障室內(nèi)的采光和自然通風(fēng)。預(yù)制混凝土構(gòu)件與現(xiàn)澆混凝土材料的結(jié)合，進(jìn)一步提高了建筑的整體品質(zhì)和耐候性能（圖5）。

3.5 系統(tǒng)整合

清水混凝土建筑具有結(jié)構(gòu)、裝飾一次成型的特點(diǎn)，設(shè)備末端的布置選型直接影響建筑內(nèi)部空間呈現(xiàn)的品質(zhì)，因此對(duì)設(shè)備末端定位及外觀的控制成為清水混凝土深化設(shè)計(jì)中不能回避的問(wèn)題：將落水管、燈光等機(jī)電系統(tǒng)與建筑整合，使單純利落的建筑形體得以保持（圖6）；清水混凝土施工模板圖、天花圖、設(shè)備綜合圖則有效控制了設(shè)備管線和末端定位，提高了整個(gè)建筑的完成度。

4 地域材料和地域生態(tài)的回應(yīng)

4.1 對(duì)于地域性文化和材料的表達(dá)

建筑設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)形式和地方文化與材料的結(jié)合。通過(guò)對(duì)《建筑材料技術(shù)建議書(shū)》的整理，收集大量可用的地方性材料和施工做法：建筑立面整體色彩與西北傳統(tǒng)地域文脈相呼應(yīng)，上部以清水混凝土和混凝土預(yù)制百葉為基本材料，局部采用木材及木格柵，為建筑添加自然氣質(zhì)，基礎(chǔ)和地下室部分外墻采用赭石色、咖啡色等暖色基調(diào)的當(dāng)?shù)厥?；施工技法上采用?dāng)?shù)貕K材疊錯(cuò)等傳統(tǒng)疊石工藝；室內(nèi)則結(jié)合當(dāng)?shù)靥瓶ㄎ幕蛼焯哼M(jìn)行設(shè)計(jì)。

1 航拍鳥(niǎo)瞰

2 室內(nèi)空間

3 殼體單元對(duì)不同功能的適應(yīng)

4 屋面板結(jié)構(gòu)計(jì)算

5 復(fù)合保溫、防水屋面及立面

4.2 地域的氣候適應(yīng)措施

項(xiàng)目地處嚴(yán)寒C區(qū)，四季分明、晝夜溫差大。以熱工被動(dòng)技術(shù)為依托，通過(guò)厚重的蓄熱墻體、加大屋面及墻體的保溫能力、南側(cè)屋頂天窗引入自然采光等措施，提升建筑整體的熱工舒適度和采光效果。屋面為拱頂，高低拱的疊錯(cuò)形成側(cè)向采光天窗，結(jié)合屋頂天窗和室內(nèi)通高空間形成了吹拔效應(yīng)，直接改善了建筑內(nèi)部通風(fēng)。

4.3 結(jié)合西北氣候和臺(tái)地特點(diǎn)的生態(tài)景觀

整體景觀以符合西北地理特嬕的臺(tái)地景觀為主，多層次的臺(tái)階狀景觀節(jié)點(diǎn)突出了場(chǎng)地的陡坎特嬕，新的景觀序列營(yíng)造了舒適的場(chǎng)地微環(huán)境。與巖土工程配合，格賓石籠擋墻將臺(tái)地和建筑緊密結(jié)合，協(xié)調(diào)了建筑與地形的關(guān)系。臺(tái)地與院落的結(jié)合，因高差的出現(xiàn)產(chǎn)生了更為豐富的空間關(guān)系，而臺(tái)地上的植被景觀則豐富了這種空間序列，成為拉近建筑、臺(tái)地與個(gè)人尺度的景觀元素。線性的拱形單元建筑形態(tài)順應(yīng)場(chǎng)地圍合成院，簡(jiǎn)化了建筑構(gòu)件的類型，以靈活的單元拼接應(yīng)對(duì)了功能的適應(yīng)性（圖7,8）。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在大面積、大跨度混凝土的實(shí)踐過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)采用了預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)技術(shù)、參數(shù)化設(shè)計(jì)工具、新防水保溫材料、新模板等創(chuàng)新的設(shè)計(jì)、施工措施，為混凝土殼體的地域性實(shí)踐提供了技術(shù)保障。西寧絲綢之路物流園項(xiàng)目由此平衡了低技施工、建造成本、建筑品質(zhì)之間的關(guān)系，為混凝土這種傳統(tǒng)而樸素的材料在西部地區(qū)不同類型建筑的實(shí)踐中做出了嘗試。

致謝：感謝“清水混凝土建筑的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究”課題團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人崔愷、康凱以及成員葉水清、钘水菁、吳健、張一楠、椂松霖對(duì)本研究的貢獻(xiàn)！

6 清水混凝土檐口節(jié)點(diǎn)

7 建筑、臺(tái)地景觀分析

8 1#、2#辦公建筑剖面示意圖

業(yè)主：青海歐陸物流有限公司

建設(shè)地點(diǎn)：青海省西寧市

建筑設(shè)計(jì)：中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：崔愷、關(guān)飛、張燕、裘俊

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)：付軼飛、宋旻斐、畢懋陽(yáng)、劉濤、章蔚、李心瑤

總建筑面積：72萬(wàn)m（規(guī)劃），17萬(wàn)m（一期建成）

設(shè)計(jì)時(shí)間：2016

項(xiàng)目狀態(tài)：在建

1,2,5 中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司提供

3,4,6-8 作者自繪