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大天鹅科普馆 ▲ 北立面(摄影：杨天周) 项目名称 / 大天鹅科普馆 设计单位 / 若本建筑工作室 建筑师 / 李立 岳文昆 孔维薇 地点 / 山东荣成 设计 / 2016年 / 竣工 / 2018年 业主 / 荣成市好运角旅游度假区管委会 合作设计 / 上海中福建筑设计院有限公司 / 和作结构建筑研究所 结构顾问 / 张准 张冲冲 基地面积 / 2.23 h㎡ 建筑面积 / 2663㎡ 结构形式 / 钢、木、混凝土混合结构 摄影 / 姚力(除标注外) ▲ 结构层叠与水中倒影 ▲ 底层列柱与黑松林 ▲ 主结构与空间分隔(摄影：杨天周) ▲ 外廊与环境的对话(摄影：杨天周) ▲ 贯穿中庭的独柱结构 ▲ 三角天窗与内部空间(摄影：杨天周) ▲ 自上而下的结构渐变 ▲ 光井空间与结构秩序 ▲ 总平面
▲ 一层平面
▲ 二层平面
▲ 屋顶平面
▲1-1 剖面
▲ 2-2 剖面
▲ 仰视轴测分解 结构叠加与建构表达 —— 大天鹅科普馆建筑创作
在山东半岛的最东端，有一个世界著名的天鹅越冬栖息地——荣成天鹅湖，独特的沿海地貌和优越的自然环境使这里成为亚洲最大的天鹅冬季栖息地。每年冬季，数以万计的大天鹅从西伯利亚长途跋涉来此越冬，成群结队、鼓翼欢歌，景象蔚为壮观。 荣成当地政府为了解决天鹅湖旅游配套设施缺乏的问题，在天鹅湖畔规划了一处以生态保护为主，融合旅游观光、文化创意展示、休闲度假功能的天鹅小镇，并在紧邻天鹅湖湿地公园的北侧布局了“三件套”公共服务设施：观鸟塔、摄影平台和大天鹅科普馆。观鸟塔、摄影平台由华黎设计，我们负责设计大天鹅科普馆(图1)。这是一个非典型的展览建筑，业主只提出了2000㎡左右的面积控制要求，功能组成则非常笼统地表述为一些普适的展览空间，兼做一处可以瞭望天鹅湖的摄影场所，更多的内容交由建筑师根据场地条件自行决定。
▲ 1 科普馆与天鹅湖
这块场地位于湖区边缘的湿地北侧，地势平坦，场地上已有的黑松林是不可动的国家防风林地，除此之外就没有更多的外在线索了。我们在调研中认知到大天鹅对环境要求高度敏感，选择荣成天鹅湖作为栖息地还是归因于这里优良的自然生态环境，低调谦和的建筑形态、合理的建造方式都是设计中必须考虑的因素。 现状的黑松林和风景区的道路之间刚好围出了一块空地，如果将科普馆建筑小心翼翼地布置在黑松林的后面，只露出一个角部，隔着芦苇荡遥望天鹅湖应该是个合理的选择。以人的视角，从道路看向场地，建筑不应该阻断人们看到天鹅湖的视线；以湖中天鹅的视角，从湖区看向场地，也不应该出现明显的视觉阻隔；这些关于场地的多视角观察都指明了建筑应对原始场地最小干预的姿态，一个“悬浮”的建筑概念自然产生了——设想把建筑尽可能地架空，尽量减少与场地的接触，提供一个可供人和天鹅自由穿越的空间(图2)。一条架起的引桥自北向南，把人们从道路直接送往二层的科普馆展区，观看有关天鹅的科普展览以及参加互动体验(图3)，观展完毕以底层的架空层作为出口，进而继续向南游览天鹅湖，从而形成一个完整的观展体验动线。
▲ 2 悬浮的建筑空间
对场地、环境的判断产生了建筑布局的悬浮策略，对于建筑自身的内在组织逻辑，我们倾向于选择一种自治的、系统性的设计语言，另外也试图找到与展示主题的适度关联。 大天鹅身姿优美，品格孤高、纯洁，这些很难转化为具体的设计语言，但是它们的体型高大，翼展可达2m以上，饱满健美的身姿支撑在两只稳定有力的黑色脚蹼之上，这启发我们可以尝试从结构性的单元入手，组织一种具有识别性的空间。 我们提出的最初方案采用形如脚蹼的多边形伞形支撑单元，但是在深化中遇到困难，我们希望的混凝土不规则伞形结构施工难度极大，而且现浇混凝土的湿作业工作量很大，对周边环境会构成较大的影响，由于大天鹅的周期性往返，每年只有半年左右的施工周期。这个时候，我们意识到要选择更适合环境的建造方式，于是在六边形网格的控制下，方案发展成为整体的木构网格单元，可以预制现场拼装、便于施工。 底层架空的悬浮体量很容易让人联想起萨沃伊别墅和范斯沃斯住宅这两个现代建筑的经典案例，二者都是单一的结构体系。萨沃伊别墅是混凝土结构，架空的底层是住宅入口，二层作为生活空间的主体、以一个明确的体积与底层的支撑柱形成鲜明对比。范斯沃斯住宅是全钢结构，上下层结构清晰裸露，它的架空层高度只有约1.2m、并不行人，架空层的意义可以忽略。 天鹅馆的建筑平面采取了规整的长方形，由于功能需求在建筑二层设置了环绕建筑的摄影外廊，导致上下层结构同时裸露。按照预设的参观路径，架空的底层作为出口层，行人的感受凸显了底层的意义，底层的架空高度是2.2m，建筑比例的不同(与范宅相比)导致建筑的意义也发生变化。于是，我们决定底层的架空结构不能重复上层结构做法，所以在修改方案中选择了与二层六肋木柱相同截面的六肋混凝土柱。但是在施工图阶段，六肋的混凝土柱截面尺寸无法满足结构要求，如果直接变更为常见的方形或圆形混凝土实心柱，这就与一个普通的停车库空间无异了。作为参观流线的重要组成部分，我们坚持架空层与二层的展览空间应该具有完全不同的氛围。于是，我们要求结构专业提供尽可能细的结构柱做法，经过多种结构方式的比较，结构工程师张准提出了钢列柱的可能性，钢柱直径可细至6cm，空前强化了建筑的悬浮感。在此基础上，上下层结构在统一网格的控制下，根据不同材料的性能确定各自最佳的结构网格模数，钢、混凝土单元的密集与木梁、木檩单元的舒朗清晰对比，形成了建筑结构从底层的钢、混凝土再到上层木结构的渐变叠加体系(图4、5)。
▲ 4 “芦苇上的建筑”——结构四阶振动模态图
相较于一般情况下结构专业的工作方法，天鹅馆结构设计突出了施工控制所起的作用，引入桥梁设计中常用的动态荷载控制手段，以达至精准的设计目标。如果按照常规的施工方式，二层框架柱的集中荷载将集中于底层柱列端部位置的细柱，容易导致细柱屈曲、结构失效。我们的办法是通过对端部立柱的固定时间进行控制，使结构受荷后竖向荷载分摊到端部6根立柱，达到调整内力分配方式的目的。 底层钢列柱之间的结构分工有所区别：列柱由d60的实心钢柱及空心钢管组成，端部的6根实心柱承受主要的竖向荷载，其他空心柱作为受力储备共同参与抵抗水平力。在施工阶段采用增加柱脚钢套筒的办法实现延时：在第一阶段，不固定列柱外侧的1、2、3号柱子的柱脚，人为控制屋面荷载经过上层立柱传递至列柱内侧的3根柱子(4、5、6号)，避免1、2、3号钢柱参与受力，在第二阶段(结构封顶后)，再固定1、2、3号钢柱的柱脚，通过这样的施工控制，1、2、3号3根钢柱仅参与承担活载，从而使得列柱内力分布相对均衡，有效地利用了各处细钢柱的截面(图6)。
▲ 6 底层钢列柱结构及施工示意
天鹅馆的设计在建构表达方面秉持选择性表达的立场，做到有所侧重、有所取舍。钢柱列的竖向受力主要由端部的6根实心细柱承担，抵抗水平力的中间空心钢柱是有冗余的，但是考虑到柱列对人的视线的引导以及空间围合作用，还是选择成排的布置方式。窄而高的木梁包容了腋撑木框架结构的受力模式也有所冗余，但为了妥善处理与展示空间的整体关系，没有再做精细的区分处理。钢、木两层结构布置均以统一的截面呈现，但由于平面开洞的存在，结构平面的布置并非均匀布局，在洞口周边以及跨度大的地方，结构梁均有一些增大补强的措施(图7)，这些都采用反向的做法予以隐匿，避免干扰整体单元网格的观感。屋顶的木梁与木檩的铺设，为了突出钢、木两种结构形式的对比，并未暴露木檩的竖向截面尺寸，而是选择与吊顶木板材做平、弱化(图8~15)。
▲ 7 底层楼板结构布置(红色梁与黄色梁为结构补强措施)
▲ 8/9 边柱节点 / 中柱节点
▲ 10 边柱与木梁安装
▲ 11 中柱与木梁安装
▲ 12 钢结构格构
▲ 13 底层钢列柱与钢梁
▲ 14 屋面结构施工
▲ 15 钢木节点详图 在整个设计过程中，建筑与结构在设计阶段紧密配合，结构专业充分领会建筑意图并给出系统性建议，凸显了结构专业的自主性价值，可以视为突破当前设计院工作模式的有益尝试。当然，特殊的结构体系设计导致这个小建筑的施工图审图工作障碍重重，当地审图部门不予受理，在业主的全力支持下，图纸最终被送至省会济南，山东省建设部门为此在济南专门召集了由全国结构大师汪大绥领衔的5位结构大师组成的评审会。依据结构四阶振动模态图的状态显示，汪大绥把科普馆形象地比喻为“芦苇上的建筑”(图4)。我们在优化了二层钢柱断面以及钢结构根部刚性连接之后，图纸终于通过审查并顺利付诸实施。 |
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