2013-10-30 新浪家居
主持人：感谢杨总监的发言，陶板幕墙作为新的产品崭新亮相，为建筑幕墙的更新换代带来了新的契机地接下来我们有请上海现代建筑设计集团，上海建筑设计研究院有限公司总工程师李亚明先生，为我们分享的题目是中国航海博物馆帆体形建筑幕墙设计。
上海建筑设计研究院有限公司总工程师 李亚明
李亚明： 谢谢大家，我知道今天这个论坛是上海的建筑师们和企业家们的一个联谊会。我是一个结构工程师，被邀请参加这个会议，并在这个会议上做一个发言。非常感谢会务组，感谢在场的建筑师和企业家们。其实我也是一直想把我们在设计航海博物馆这个项目的时候一些心得，一些体会跟大家一起分享。
我今天讲的这个题目大家感觉这上面，把幕墙是一个主题，是一个论坛。但是我把幕墙打了一个括号，后面是一个结构设计。我把今天的这个报告主要还是从一个结构工程师，把一个主题的结构设计和建筑的表皮，幕墙怎样结合起来，一起来思考，更多的还是讲的一个结构上来做，和幕墙结合起来的一些问题。这个项目是GMP和我们上海建筑设计研究院联合设计的一个项目，这是一个建筑方案图，那么今天在讲的主要是这个效果图上的一个大屋面，这个平台以上的这一块的建筑，这个形体上看上去是两个帆体靠在一起的建筑。这个很明显的可以看得出，两边像一个金属物面又像一个幕墙。正面是一个幕墙形成的一个空间。这个建筑因为在临岗新城，可能很多人不会到那边去，可能看见了有一些人还不一定完全了解。我这里大致介绍一下它的尺寸，从顶点，这个顶点绝对标高大概在70米左右，那么它的帆体整个建筑的高度是58米，这两个交叉点差不多也有40米，然后这一点到后面的深度也有70米这样的尺寸，应该说这个尺寸是非常大的然后在临岗新城，在海边的一个新城。
我们对于一个增长来理解建筑师的一个要求，然后高度的完成，建筑师的创作意图来完成的。这是一个建筑好以后的照片，这是一个原来的照片对比下来感觉是一个很高的，应该是一个很高的完成度的项目。那么从晚上，从里面的灯光出来的时候，感觉这是一个非常通透的，前面的玻璃幕墙是非常通透的，结构的构件细化几乎是看不见的。刚才讲的这一点到后面这一点是70米的尺度，那么整个这一个形状像一个帆，那么两边抓住，这个角，这一点建筑师也是一个要求，应该是一个非常小，就像一个帆用绳索拉住的时候，肯定不能是一个很大的支柱。这个是从室往外看的一个玻璃幕墙。
那么我们把这个建筑物大概定位三到部分内容：一个是这一块定位，我们称它表皮是一个玻璃。从我们一拿到这个项目，我们听取了各方面的意见，尤其是业主，选中这个方案以后，也征询了很多专家方方面面的意见。总体对这个体型感觉是非常好，但是对这样一个体型的建筑是否稳定，是否安全，或者技术上是不是可行，那么各种各样的声音都有。那么归类起来就是对我的结构体系怎样来选择，或者整体的造价到底怎么样，那么有不同的声音。归类起来大致从结构的体系上来讲，归纳为两种形式，当时也有比较多的一种声音，业主那里也有出来。当然也是征询很多专家的意见，希望外形是符合建筑师的要求，但是也考虑到我们生产的工艺也好，或者我们的技术，现在目前的技术，或者我们的经验，或者参照已经建完的一个建筑物的情况。
那么有一部分的声音是想希望把这两边的金属幕墙形式的一个帆体，之间连成的一个玻璃幕墙之间用索拉起来或者钢架机构也可以。这是一个最简单也是一个最安全的做法，经济上讲也应该是不差的。但是我自己感觉我们结构工程师怎样来理解建筑师真正的一个意图是非常重要的。一个很好的建筑创意，如果没有各方参与的工作，参与的设计人员没有很好的理解，很好的一个投入，可能到最终不是一个完美的作品出来。其实一个就是两边的帆，两边的形状是曲面形的，感觉是两个帆体靠在一起，如果我们这样做的话，很多构件支撑起来以后，不像两边是一个帆，或者整个结构不是很轻的，比较笨重的结构了，不能完全表达建筑师的要求。那个建筑师更强烈的要求是我们现在做得这个方案。最终我们的团队也是通过各方面的认证，最终选择了现在完成的这个。正面是用一个索张拉起来的一个玻璃幕墙。最终完成的效果应该是非常好的。
这整个一个结构的体系我就不再多的展开了，无非就是讲了两边是一个用钢结构形式的一个翘体，正面两面是用一个索网张拉的玻璃幕墙。那么对于这个结构，前面讲到的，业主担心也好，或者征询了其他的一些专家也好，无非是对这个建筑的一个是不是安全，更多的一个担忧，或者是一个建造上的，是不是费用很高。那我们也是做了很多的分析研究，也请教了很多专家，最终我们决定了我们现在做的这个方案。但是从基本的概念上讲，我们把这个角度来讲，是一个四菱锥体的一个机构，无非是这两个面我用钢结构形式一个翘体，然后其他的两面紧紧的靠在一起，拉在一起，我拉的越紧靠的越紧，那在整个四个面曲面化和延伸化，就形式我们这样一个结构。当然它也不是这么简单，它还是有一个很大的难度，就是尺度非常大。
我每个面结构的一个厚度是非常薄，然后选挑的面尺度又是非常大，那怎么样来平衡设计，我们也做了一些细部的工作，这个就是刚才想展开的意图，曲面化，网格化来做。那么还有一个比较难的问题，就是前面的通透的一个玻璃幕墙，现在我们做的是一个纵深索拉起来的一个支撑的索网。这个比较难方面是，我们这个点到这个点大概有40米高，尺度非常大。第二个我两边拉张的边，相对来讲是比较薄的钢结构形式的翘体，如果我这个水平索张拉一大我就会变形，那么无非就是从材料，还有钢度和索的张力怎么来平衡。还有一个方面是我这个面是一个双曲面，不是一个平面。那么你要达到一个双曲面，这个曲面还要满足建筑师的要求，你不是一个很平坦的双曲面。
这里就是我们怎么样来取舍怎么来平衡。还有一个问题，是我们前面这个索网张拉了以后，目的是支撑前面的玻璃幕墙，这个从图上可以看，出去是一个方块就是一个玻璃的话，那么数量是非常之多。那么大家都知道那个曲面，我用平板玻璃去模拟一个曲面是非常困难的，就是我一个平面有三点是很简单的，如果是一个四边形的，四个点全部在一个平面上需要花很大的工夫去做的。还有一个就是索网必须要考虑的问题了，我张拉完了以后，我跟周边的一个钢度是一个平衡状态，你无论怎样立下来，它平衡以后就可以了。但是这个平衡了以后，它在外力作用下，或者是冬天或者夏天外力的作用下，它会重新找到一个平衡点，重新找到一个平衡点以后，它这个网的形状变了。那么我们这个网是支撑一个玻璃的，玻璃是一个钢性的，是一个脆性的材料。那么换句话说，就是我这个钢度是有一定要求的。我这个索网是有一定要求的，变形不能太大。
这两边的一个帆体就是用钢杆做得，这里相对还是比较传统的，我就不多展开讲的。无非是满足建筑师的要求，感觉视觉上是薄，正好我们这个是弧形的，如果你从这个角度看，是看不到里面的，我可以根据我的需要来调。这个是我们工作当中的一个过程，把两边叠合起来以后，然后怎样来进行做。还有一个是刚才前面讲的比较大，上面的那个比较大，那么它摆动比较大，可能还会产生一些风振动等等，振动以后还会出现一些声音等等。这个都是征询了一些专门搞风方面的专家提的一些建议，那时候他们还提议是不是在上面开一些孔洞，可以把这个风引流掉，那么这个从技术解决这些问题了，但是不符建筑师的初期的意图，所以怎么样来平衡，也是一个比较大的问题。那么这里我们有一个体会，就是说我们结构工程师，从整个一个过程当中，建造设计过程当中要不断的反复来进行研究平衡，才能做到一个正确完美的作用。
比如说网格上面，除了我们前面讲到的，形状，力的平衡等等，除了这些问题，我们跟一般项目的结构工程师的经验非常不同的，还有一个是四边形的一个平板玻璃模拟这样一个双曲面，那么完全模拟是做不到。那么就是允许如果有翘曲面，有多少尺度是可以允许的，当然这个是有一个科学的依据的，当然我们要跟做玻璃幕墙的厂商进行探讨，到底多少是可以允许的。第二个我们整个的网格尺寸是均匀化，不能要大大小，或者讲是讲曲形的，你也不能看上去很明显是一个平行四边形或者梯形的，基本上保证是一个曲形的面。另外一个要把视点不供面的数量达到最小，然后要满足它的技术要求是不供面的一个数量，是在哪一个范围内，那我们这里做了一个数学以后，差不多分了这几个颜色。
现在我们全部用平板玻璃模拟做的这样一个双曲面的效果。那么这里就提出了一个，结构工程师的工作已经超出了仅仅将建筑支撑起来，完成力的平衡的那些工作，还要将建筑的外形和合理的受力状态，以及材料特性，施工问题合并起来搞，已经远远超过我们常规的一些经验了。这两个网翘就不展开说了，刚才前面已经讲过了。那么还有一个就是讲的建筑师的一个要求，就是我这个感觉是一个满风的风帆，那么下面几个点，这个下面落地的点是要小，不能很大的。那么我们这个尺度，刚才前面讲的是很高，最顶点的标高要70米，它这整个这么一个形体大家很明显的看出会有性，整个这么大的一个建筑，只有四的点是落地的，是两片风帆靠在一起，然后下面每个风帆两个点落地，整个建筑四个点落地的，这么大的一个体量，如果是很细小的一个支柱落地，那么很明显，你这建筑变形是避免不了的。那么在这个情况下，如果我这样一个建筑建构要强度是很明显是不满足的，还有一个办法就是我们不抗，就是用放，放弃抗。
我把整个结点是做成任何一个角度可以转动的，我只要承受得住这个轴下的一个压力和拉力就可以了，可以转动的。当然对于这整个对于这么大的体量来讲，它的变形量是非常小的，只能从数字分析上看出来，从视线上是不能明显看得出的。那我们在这个项目当中，还特意为这个项目开发了一个有自主知识产权的有专利的这样一个制作，通过一些分析等等，然后怎样跟这样大的一个体量联系起来，这是一个施工的安装过程中，这是一个可以转动的脚。还有一个就是前面讲到，我的所索网，那整个索网不是我一次可以完成，它整个过程当中肯定会存在着误差，还有一个就是材料也会有误差，还有一个施工的误差，还有一个不同季节都会有一些不一样。那这里我们设计对它的整个这里讲的一个曲面，索网曲面是不断的调整，不断跟踪的。就是说我们每一次，其实你到任何一个建造过程当中，如果有一个误差，我们要重新把这个反馈到我计算中的理论上的曲网是怎么样，然后再跟建筑师协商。还有一个我结构上面有一个什么样的更合理的状态，这不是一次设计可以完成的，是整个过程当中不断调整的。
这里就讲到结构工程师根据力和形的活力性进行建筑的一个找形，这个过程，结构工程师可以有很多发挥得空间。从某角度讲，结构工程师还起到一个主导的作用。那这个计算分析这里就不讲了，拿到这个项目的时候，我们国内的规范也好，经验也好，是缺乏的。我们也查了一些国际上的一些相同的例子，也是缺乏的。他不仅仅只是正面的一个索网的一个曲面的角度是相同的，它这么大一个体量是缺乏经验的，我们做了很多的实验来进行了一个验证，这是一个科学的提高的保证。当然我们这里做了很多的实验来保证结构的安全。这里是我们很大的一个体会，就是讲的，建筑师对于建筑造型的标志性无止境的追求，对结构工程师提出了更高的要求，新材料，新技术的出现，带来了结构体现的创新。
挑战着既有结构设计的经验，现有的规章制订的一些指标已经无法满足这个新型结构的需要了。我们结构工程师在整个时间当中，我们的一些体会应该秉承下面的一些原则，就是结构设计和建筑造型是高度完美的结合，既要考虑技术，又要考虑经济方面的，还要考虑兼顾到人和社会的一些因素。这里我们一直有这样子一个体会。就是一个建筑是一个完美的创意创作，那么要真正变成一个完美的作品，我们各个参与这个项目的各个参与人员都必须要高度的投入。尤其我们结构工程师，只有充分的理解了建筑师的意图，充分尊重建筑师创作的思想，这样才能真正做好一个完美的作品。
当然还要一些技术上面的，比如一些新的思路等等方面的就不再展开了。我这个下面也有一个当时我们设计的时候，为了在各个场合评审太多，每一次给介绍我们这个建筑是怎么建成的，我们有一个动画很短的，大概只有三分钟这样子，大家一起来看一下。因为这个项目是我们上海建筑设计研究院空间手完成的，我们一直长期进行这种类型的结构在设计和研究，我们的一个体会是这样子的。我们感觉21世纪注定会因为高效新型结构的巨大发展而被人们铭记，设计师们也因为建筑技术的大发展而获得更多的最佳的解决工程问题，创造出工程的杰作。谢谢大家。
