康凱 張一楠
康凱 中國建筑設計研究院有限公司本土設計研究中心第二設計室副主任。張一楠 中國建筑設計研究院有限公司本土設計研究中心第二設計室建筑師。
從飛機的舷窗俯瞰山東半島,大小深淺不同的石坑在田野密林間星羅棋布,數(shù)年的開采形成了坑邊如刀削斧劈般的石崖。礦洞縱橫交織,洞穿崖壁,形成了一種極具視覺沖擊力的大地景觀,讓人過茩難忘。
受榮成市政府委托,2016年五月初的一天,我們到山東榮成市少年宮項目現(xiàn)場調(diào)研、踏勘。項目位于榮成市濱海新區(qū),一邊是海,海邊是茂密的黑松林;一邊是湖,當時正值花季,成片的櫻花在湖邊盛開,因此得名櫻花湖。項目用地位于海湖之間的開闊地帶,風景資源得天獨厚。面對這塊背湖面海的場地,創(chuàng)造一處可以給孩童帶來驚喜,并融于自然的大地景觀似乎是題中應有之意。
我們的設計開始于不同的空間體驗在豎向高度的“離析”。首層地面是一個可供市民隨意行走的城市開放空間,圖書館、劇場、科技館、培訓中心和游泳館五個功能組團有機離散地分布在這個自由平面內(nèi)。功能之間形成了連續(xù)且相互交織的室外通道,走進通道,拱壁包裹空間,可聞導風、嘯聲;穿出通道,又與草地、鮮花、松林不期而遇。懸浮于首層開放空間之上的是從湖邊到海邊緩緩升起的綠坡,巨大的景觀屋面既放大了櫻花湖公園的景觀尺度,也豐富了市民的步行體驗。受采石場地貌的啟發(fā),我們將不同形態(tài)的圓坑嵌入綠坡底部,形成尺度各異的城市公共空間。微微向內(nèi)傾斜的曲墻由地面緩緩升起,圍合形成了圓形的入口廣場,墻上嵌入的拱洞,有的是匯集至此的室外通道,有的是落地的觀景大窗,有的則成為進入不同功能組團的入口。長圓形的深坑或是密植松林的景觀庭院,或嵌入一池碧水形成室外的戲水樂園。大小形態(tài)不同的圓坑嵌入綠坡,形成了可以采光通風的庭院和天井。更小的天窗則自由散落在坡上,宛若一個個晶瑩的明珠。屋面之上,景觀草木叢生,木質(zhì)棧道串聯(lián),蜿蜒迂回的路徑在頂部放大形成平臺,吸引游人在此駐足,一覽海湖全景??臻g肌理與生態(tài)野趣相互交融,不同路徑交織疊加,進而構(gòu)成了豐富立體的場所。鑒于特殊建造空間的需要,我們選擇清水混凝土這種古老的建造技藝對內(nèi)外空間塑形,使其以一種抽象的幾何形態(tài)和自由的組合方式由內(nèi)至外地呈現(xiàn),最終融入風景。
童趣來自于對事物好奇有趣的體驗,具有短暫性和不可復制性,是兒童對外界環(huán)境模糊不確定的探索體驗。所謂少年宮,除了提供預設的各種常規(guī)活動場所以外,更要以人工建造的手段給孩子們營造一種貼近自然的景兒。就像離家?guī)资甑呢愴层懴壬?,童年最深刻的記憶總是在叔叔家的獅子林和兄弟姐妹嬉戲玩耍,小小的園子似迷宮般沒有邊界,充滿各種探索的可能。
首層拱殼包裹腔體,頂層拱肋層層錯疊,兩層空間上下疊加并相互連通,形成了由實到虛的連續(xù)空間體驗。不同方向的界面皆以清水混凝土極簡的形態(tài)和溫潤的色彩互為延展,各功能之間也以此保持著具有立體感的聯(lián)系,人們既可以從不同方向進入首層大廳,亦可以穿過不同位置的洞口登上屋頂花園。為了在保持純粹空間形態(tài)的同時又通過細節(jié)體現(xiàn)童趣,我們結(jié)合問詢臺在首層中央立起一座純白色的“海螺”形態(tài)雕塑;在頂層大廳朝向大海的一側(cè),有意讓室外通道的橢球形態(tài)在大廳里突出樓面,并將突出的部分做成一個剛剛浮出海面的潛艇裝置,潛艇表面鋪滿柔軟的材料,孩子們可以隨意攀爬翻滾,盡情玩耍。
我們將層板隨屋頂坡度逐層后退,形成開放式的閱覽平臺,并將光井貫穿層板均勻布置在空間中部,又在光井之間的區(qū)域兩側(cè)嵌入拱形大窗,空間視線通透且照度均勻。書桌是可拆分的標準單元,亦或組成形態(tài)各異的造型,亦或散落,環(huán)抱庭院和大窗。半高的書架以庭院為圓心向空間中放射,既不遮光也不擋景。柔軟的造型靠墊在閱覽空間中圍合成地形,并用暖綠色的織物飾面包覆,形成了孩子們閱讀時可坐、可躺的綠島。
面向6~15歲青少年兒童的多個學習教室以中庭為中心環(huán)繞布置。膜材半透明體飄浮在屋頂,既可遮風擋雨也可采光通風。中庭用布滿孔洞的紅色清水混凝土薄壁包裹,形同一個巨大的珊瑚。兩部弧形樓梯從孔洞穿出又從上層孔洞貫入,在空中交錯穿越,使中庭成為神秘感、游戲性、互動性俱佳的空間。
我們用一面通透的拱形大窗分隔游泳區(qū)與門廳,從室外即可俯瞰泳池全景。五個清水混凝土柱矗立在游泳館正中,宛若緩緩撐開的大傘,比賽池、訓練池和腳丫形嬉水池散布在柱間。為了強化海洋主題,我們將頂棚用涂料噴成不同飽和度的藍色,并在頂棚懸吊起自由組合的白色膜材圓盤。落在戲水池中心的布滿孔洞的水滴形結(jié)構(gòu)緩緩從屋頂垂下,陽光在孔洞中時隱時現(xiàn),將斑斕的光點投射在水面,這在孩子們眼中又會是怎樣奇特的景象呢?
少年宮項目內(nèi)部多為復雜的異形曲面空間,異形構(gòu)件的形態(tài)、洞口的布置都與結(jié)構(gòu)體系、內(nèi)部功能、空間尺度密切相關(guān)。在深化設計階段,局部的調(diào)整經(jīng)常會“牽一發(fā)而動全身”。因此,需要建立清晰的形體設計邏輯,利用快速迭代的建模方法來應對種種混沌而復雜的關(guān)系,省去不斷重建模型的煩惱。
設計概念是逐漸隆起的大地景觀,然而與大地相接的形體實現(xiàn)起來卻并不輕松,既要兼顧用地邊界限制,又要保證內(nèi)部功能空間的舒適尺度,屋面排水組織和易于上人的坡度同時也要納入整體規(guī)劃。設計的邏輯是將整體坡面拆分為幾個折面的組合,形成不同的排水方向,從而緩解整坡排水的壓力,有效降低排水速度,利于坡屋面固土。同時,通過調(diào)整不同特嬕點參數(shù)對折面組合的屋面系統(tǒng)進行動態(tài)控制,對折面坡度和下部空間高度進行數(shù)據(jù)監(jiān)控和綜合研判,以保證綠坡的自然接地效果、下部空間的適宜高度和屋面步行的舒適性。
屋面下部異形空間相互穿插交錯,構(gòu)件亦彼此關(guān)聯(lián)影響,每一個構(gòu)件都是根據(jù)與構(gòu)件相關(guān)的邊界形態(tài)相互擬合而產(chǎn)生的。比如游泳館的傘形構(gòu)件,其形體效果呈逐漸撐開的傘狀,形體從與斜面的順滑銜接自然過渡到與地面垂直相交。我們利用參數(shù)化設計軟件,首先通過與屋面相切的向量和與地面垂直的向量擬合出形體的母線,從而生成連接屋面與地面的傘形柱形態(tài)。建立這一模型生成邏輯后,傘形柱形態(tài)可以跟隨屋面坡度和母線的調(diào)整聯(lián)動更新形體。嬉水池中部的多孔水滴柱亦延續(xù)此形體設計邏輯擬合生成,但又存在差異。300mm厚的混凝土薄壁表面布滿采光的孔洞,同時水滴柱作為主要結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件又位于幾個方向屋面梁體的交點,如何做到既不影響結(jié)構(gòu)受力,又能在表面開出豐富且自然的孔洞是實現(xiàn)透光水滴概念的關(guān)鍵。在其生成過程中,我們遵循結(jié)構(gòu)拓撲減材優(yōu)化的邏輯,根據(jù)形體上大下小的特點開洞,洞口尺寸和位置均采用系列參數(shù)進行控制,通過迭代調(diào)整獲得相對最優(yōu)的布置狀態(tài),既滿足了豎向力傳導的順暢和足夠的環(huán)向整體性連接,同時又實現(xiàn)了靈動的視覺效果。
建筑三層拱形肋柱的優(yōu)化設計,也有著異曲同工的內(nèi)在邏輯。首層十字交叉拱體是整個項目的核心空間,拱形空間兩層通高,并且拱殼的受力特點要求表面不能有點狀豎向構(gòu)件直接傳力,如何在這個拱形空間上部形成一個無支撐的空間隨即成為建筑師和結(jié)構(gòu)師需要共同面對的問題。我們將柱梁一體的清水混凝土肋柱系統(tǒng)疊合在下部拱形空間之上,拱形肋柱層層錯疊,形成了連續(xù)的大跨度拱形空間,同時肋柱的二次曲線形態(tài)又產(chǎn)生了梁下加腋的結(jié)構(gòu)作用,充分緩解了跨度和屋面覆土荷載的雙重壓力。
各種形態(tài)的拱殼構(gòu)件既整合了功能分區(qū),又創(chuàng)造了連續(xù)奇妙的城市公共空間,同時也構(gòu)成了活動中心的主要結(jié)構(gòu)受力體系。為了保證拱殼構(gòu)件受力合理,避免與框架結(jié)構(gòu)結(jié)合部位出現(xiàn)因為傳力不均導致的應力集中情況,我們在拱殼構(gòu)件上附加異形肋梁系統(tǒng)與框架結(jié)構(gòu)銜接,既滿足了不同受力體系之間的順暢傳力,同時還保持了殼體構(gòu)件的相對纖薄和輕巧。這些異形肋梁系統(tǒng)母線在模型中也與拱殼構(gòu)件進行實時聯(lián)動,避免了因為殼體構(gòu)件形態(tài)的調(diào)整導致相關(guān)構(gòu)件不能及時更新的情況。
貫穿項目始終的是以模型為主體的工作策略,我們在虛擬世界中逐漸構(gòu)建出建筑雛形,但從虛擬模型到現(xiàn)實建造仍存在很多未知的問題和挑戰(zhàn)。
項目的異形構(gòu)件種類眾多,形態(tài)各異,如何定位和描述這些構(gòu)件也成為設計中重要的一環(huán)。在深化過程中,我們建立了構(gòu)件定位模型,通過生成定位網(wǎng)格、提取網(wǎng)格坐標數(shù)據(jù)對各種形體進行降維描述。值得一提的是,在與清水建造團隊溝通中,我們逐漸發(fā)現(xiàn)設計模型中網(wǎng)格定位與建造過程中背楞的提取和模板的劃分遵循著相同的生成邏輯,即幾何形態(tài)的UV劃分規(guī)律。例如,游泳館傘形柱的網(wǎng)格生成較為復雜,其平面投影為上下同心圓,我們可以采用環(huán)向等分原則進行環(huán)向網(wǎng)格提取,但由于傘形柱上部邊界銜接坡屋面,導致上部圓形邊界隨屋面坡度傾斜,底部圓形邊界在水平面上,單純按等高線生成網(wǎng)格則會因為網(wǎng)格不均勻而不能恰當?shù)孛枋鲂误w,也會造成定位數(shù)據(jù)的缺失。最終,我們采用上部圓形邊線與底部圓形邊線耦合的方式生成高度方向的網(wǎng)格輪廓,有效地指導了后期模板與背楞的深化和加工。
在施工之前,我們試制了兩次實體樣板。第一次混凝土成型后,曲面形態(tài)不夠順滑,平整度也不好,主要原因是手工裁切的模板精確度不足。同時,樣板試制前缺少詳細統(tǒng)籌的深化,蟬縫和栓孔布置也不講究。
為了糾正這些不足,之后我們搭建了拱形大廳及兩側(cè)雙曲連接體和游泳館多孔水滴柱構(gòu)件的樣板施工模型,從中逐步摸索出遵循曲面UV控制線的模板劃分和螺栓孔排布的具體操作方法,對單曲面和雙曲面的模板劃分原則和螺栓孔排布效果也形成了共識,明確了直墻和平緩單曲面采用大模板劃分,局部曲率較大或者雙曲面部分采用小模板拼縫并與大模板部分漸變銜接,整體板縫水平交圈的基本分縫原則。
建造團隊也借鑒國外清水混凝土技術(shù)中采用膠合木背楞的施工方法,針對項目特點和國內(nèi)施工條件,創(chuàng)造性地提出將木模板現(xiàn)場根據(jù)曲面模型中提取的形體母線裁切成異形木板條,并膠合形成木造型背楞的工藝。模板采用12mm厚背板加6mm厚面板的雙層模板組合體系,薄面板塑形對縫,厚背板保證強度,使曲面清水墻體更為順滑,直面清水墻體更為平整。兩層模板錯縫拼裝,也有效消滅了模板間的錯臺誤差。為了提高模板制作的效率和精度,清水建造團隊還引進了全自動模板雕刻設備。這些技術(shù)措施的可行性和效果在第二次樣板試制中得到了驗證,既系統(tǒng)性地解決了整體項目的模板搭建精度問題,又確保了成型后曲面的表觀質(zhì)量,為今后開展大規(guī)模施工積累了經(jīng)驗。
設備末端的布置是清水混凝土建筑中不可回避的關(guān)鍵問題。我們從設計開始就明確了外墻不開洞的原則,并將所有設備洞口以集中或分散的形式布置在遠離外墻的屋頂上。在室內(nèi)空間中,我們遵循盡量減少結(jié)構(gòu)開洞的原則梳理和規(guī)劃設備末端系統(tǒng)。
例如,在拱形大廳中,我們采用水炮代替噴淋以減少末端的數(shù)量,并利用拱形背面區(qū)域安排管線路由,便于設備的日常維修。我們將空調(diào)系統(tǒng)整合到大廳中央“海螺”雕塑的空腔內(nèi),頂部送風,底部孔洞回風。照明系統(tǒng)也被集成在纖細的不銹鋼燈桿上,并將燈桿懸浮在拱壁之外。
在整體設備末端定位中,我們以模板劃分模型為依據(jù),并結(jié)合設備專業(yè)的要求,在三維模型中對每一個在清水墻面、頂面的設備末端分類歸納,逐一定位。散布在清水墻面的線盒和開關(guān)等小型末端盡量集中或索性從清水墻面調(diào)至附近的裝修部位,有嚴格要求的消防末端定位則遵循對位原則,或定在板縫之間或模板中心。最后,點位信息均以模型的形式,分構(gòu)件同現(xiàn)場施工方交接,并進行預留預埋。
少年宮項目清水混凝土呈現(xiàn)的優(yōu)質(zhì)觀感不僅得益于施工技術(shù)的創(chuàng)新,而且施工組織的預先規(guī)劃也起到了至關(guān)重要的作用。第一,關(guān)于材料,項目實現(xiàn)了攪拌站原材料的專線供應,保證了材料的穩(wěn)定供給和始終如一的品質(zhì)。第二,關(guān)于時間,有序的交通組織保證了清水混凝土攪拌完成后即在1h內(nèi)運至現(xiàn)場。在混凝土澆筑過程中,為避免銜接位置的色差形成“冷縫”,嚴格控制不同批次的清水澆筑間隔不超過3h。第三,關(guān)于措施,為了避免分層澆筑接縫處出現(xiàn)“錯臺”“爛根”的質(zhì)量缺陷,項目的拱形構(gòu)件、傘形柱、水滴柱等均一次澆筑成型。為了防止混凝土側(cè)壓力過大產(chǎn)生爆模情況,這些位置的雙層面板被加厚至17mm+8mm,對拉螺栓密度也適當進行了優(yōu)化,由分隔400mm×400mm加密至300mm×300mm。澆筑時,強調(diào)泵車對稱布置,均勻澆筑振搗。
拆模后,清水混凝土高品質(zhì)的外觀效果如期而至,既無嚴重的質(zhì)量通病,就連明顯的色差也鮮有出現(xiàn)。但由于認知的差異,混凝土表面飄渺如云紋的水汽痕跡倒成了業(yè)主眼中不勻的“瑕疵”,他們執(zhí)意要用修補技術(shù)進行遮蓋。我們認為不勻是材料和工藝的真實表達,堅持只涂透明保護劑,業(yè)主卻以大眾接受度和驗收標準為由據(jù)“理”力爭,你來我往爭論多次后未果,只能折衷——適當著色以調(diào)和不勻的紋理。既要滿足業(yè)主要求的“勻”,也要保留建筑師追求的“不勻”。這無疑是最難把握的尺度,不僅要求工人把握色漿的顏色、添加的比例、滾涂的遍數(shù),最重要的是對“拍花”(用棉氈在混凝土表面拍擊形成自然的花紋)的力度和次數(shù)都要有更敏銳的控制,以保證深淺紋理可以自然過渡,難度之大,非老工匠不可為。
從混凝土澆筑完成,做保護劑的班組就一直在現(xiàn)場慢慢研磨,一面墻、一根柱,甚至每一個栓孔、每一條蟬縫都不放過。令人欣慰的是,每處理一遍,工人都會拍照給我們嬕詢意見,確認效果和方向無誤后再繼續(xù)做。這就與畫畫時顏色遍數(shù)涂多了會膩一樣,清水混凝土過度修飾也就失去了原有的素面朝天之美。保護劑班組就這樣夾在建筑師與業(yè)主不懈的博弈中,一直干到了工程完工。
現(xiàn)在的清水混凝土修補技術(shù)非常高超,在效果上甚至達到了“以假亂真”的地步。澆壞的位置可以修補,遮蓋瑕疵、色差更是不在話下。但哪些位置該修,哪些不修,即便是修,是輕修還是重修,都要反復斟酌,分情況和部位確定有針對性的修補方案,切忌一蹴而就。比如做過保溫的內(nèi)墻是否需要做仿清水,我們認為不必,對于天然清水肌理即便是有經(jīng)驗的工匠也難免處理不自然。假蟬縫和螺栓孔與真清水混在一起,反而畫蛇添足,用同色的肌理涂料處理就剛好,空間既不失整體感,近看又稍有不同。還有,室外清水局部的瑕疵可以用膩子摻膠找平修補,而大面積修補后期會產(chǎn)生龜裂脫落,也不宜采用。
茩前,榮成市少年宮已經(jīng)進入正式運行階段,設計中的景象都一一得以實現(xiàn)。稍有遺憾的是,因為館內(nèi)展覽方案一直沒有確定,科技館還停留在混凝土剛澆筑完成的狀態(tài),但這也無妨,三個空心球體結(jié)構(gòu)在空間中心相貫,陽光透過半球形玻璃天幕投影在球體表面,空間充滿了神秘感和清水混凝土原汁原味的張力,倒也形成了別具一格的景觀。
施工單位的各項收尾和整改工作還在有條不紊地進行,以求盡善盡美。三層大廳墻面無序的球形噴口已經(jīng)調(diào)整得順平工整,明擺在墻面的消火栓箱子也都嵌入墻內(nèi),表面做了同材質(zhì)的暗門。原本一直爭論不休的清水混凝土墻邊與地面橡膠地板的收邊/收口問題,也有了讓業(yè)主和建筑師都滿意的方案,即選用了精致的窄邊鋁合金型材踢腳替代鋁板,并噴成與混凝土同色,耐用且不明顯。
屋面草木經(jīng)過兩年的氣候適應和業(yè)主的悉心維護,已經(jīng)長勢良好,甚至呈現(xiàn)出無法控制的粗放之勢。屋面上原來突兀的風井和設備早已經(jīng)淹沒在大穗狼尾草叢中,去年還不見蹤影的粉黛草也都爭相鉆出綠坡,為屋面披上了紫紅的霞衣。屋面公園已然成為遠近聞名的網(wǎng)紅打卡地,市民、游客紛紛慕名而來,登高觀賞,取景留念。
業(yè)主單位出于安全性和后期維護的考慮,將原來設計中很多考慮欠妥的細節(jié)都用更美觀、耐用的材料和構(gòu)造替代。比如,貼在竹木看臺邊上的明黃色警示條已被換成了嵌入式的精致不銹鋼標識,既結(jié)實也美觀。女兒墻頂焊接的鋼板避雷帶也被換成了亞光不銹鋼材質(zhì),并用卡扣連接,以防止銹蝕的雨水污染墻面。屋頂花園和地面銜接的位置還張拉起了半人高不銹鋼絲編織的安全網(wǎng),隱隱藏在綠草叢中。
2021年四月初,我們在即將完工的少年宮內(nèi)組織榮成市第二實驗小學低中高三個年齡段的孩子,開展了一場別開生面的繪畫創(chuàng)作活動。活動要求每個孩子在參觀少年宮后,根據(jù)自己的理解畫出心茩中的情景。孩子們無不好奇尚異,一路上興奮之情溢于言表。最后合影時,當一個個稚嫩的笑臉和一幅幅想象力豐富的畫面湊到鏡頭前的瞬間,不禁令人深深感慨:建筑師的故事可以暫時靠一段落了,美好明天充滿的無限可能與空間,留給孩子們繼續(xù)譜寫吧!
1-3,9-11,14 本土設計研究中心提供
4-6,8,15-19 李季攝影
7,12,13 張廣源攝影
1 總平面圖
業(yè)主:榮成市青少年科教中心、榮成市少年宮
建設地點:山東省榮成市
建筑設計:中國建筑設計研究院有限公司本土設計研究中心
項目負責人:崔愷、康凱
設計團隊:崔愷、康凱、钘水菁、張一楠、吳怷、盛啟寰(建筑); 任慶英、劉文珽、椂松霖(結(jié)構(gòu)); 椂東輝、林建德(給排水); 劉燕軍、韓亞嬕(暖通);陳雙燕、甄璐(電氣); 陳玲玲、粀青、殷博(智能化);馮君(景觀); 顧大海(室內(nèi));郝雯雯(總圖)
照明設計:北京寧之境照明設計有限責任公司
施工單位:山東榮成建筑集團有限公司、 北京益匯達清水建筑工程有限公司
用地面積:60 452m
總建筑面積:48 505m
設計時間:2016.06—2017.10
建成時間:2021.10
攝影:張廣源、李季
首層地面是一個可供市民隨意行走的城市開放空間,圖書館、劇場、科技館、培訓中心和游泳館五個功能組團有機離散地分布在這個自由平面內(nèi)。功能之間形成了連續(xù)且相互交織的室外通道。
The first floor is an open space for citizens to walk freely.Five functional groups including library,theater,science and technology museum,training center and swimming pool,are organically and discretely distributed in this free plane.Continuous and interwoven outdoor channels are formed between functions.
2 首層組合平面圖
懸浮于首層開放空間之上的是從湖邊到海邊緩緩升起的綠坡,巨大的景觀屋面既放大了櫻花湖公園的景觀尺度,也豐富了市民的步行體驗。受采石場地貌的啟發(fā),我們將不同形態(tài)的圓坑嵌入綠坡底部,形成尺度各異的城市公共空間。
The green slope is suspended above the open space on the first floor rising slowly from the lake to the sea.The huge landscape roof not only enlarges the landscape scale of Yinghua Lake Park,but also enriches the walking experience of citizens.Inspired by the landform of the quarry,we embed round pits in different forms into the bottom of the green slope to form urban public spaces with different scales.
3 立面圖
4 主入口通道
5 中心廣場
6 室外通道
7 室外通道
8 室外通道
項目的異形構(gòu)件種類眾多,形態(tài)各異,我們建立了構(gòu)件定位模型,通過生成定位網(wǎng)格、提取網(wǎng)格坐標數(shù)據(jù)對各種形體進行降維描述。
There are many kinds and different forms of special-shaped components in the project.We have established a component positioning model to reduce the dimension of various shapes by generating positioning grids and extracting grid coordinate data.
9 異形清水混凝土構(gòu)件索引圖
10 T3 通道構(gòu)件定位圖+公共大廳模板栓孔布置圖
11 建造過
12 首層公共大廳
13 頂層公共大廳
14 水滴柱樣板施工流程
15 游泳館
16 游泳館
17 培訓中心中庭
18 圖書館 19小劇場