俞慶旸

(中海環(huán)境科技(上海)股份有限公司， 上海 200135)

0 引 言

近年來(lái)，全影型聲屏障在城市快速路改造工程中得到了廣泛應(yīng)用，項(xiàng)目建設(shè)方對(duì)其設(shè)計(jì)的要求不斷提高。例如對(duì)于工程主線穿越城市居民區(qū)和商務(wù)區(qū)并接入城市高架主線的全影形聲屏障設(shè)計(jì)而言，項(xiàng)目建設(shè)方不再只滿足于要求實(shí)現(xiàn)全影型聲屏障的聲學(xué)功能，而是將其提升到了城市設(shè)計(jì)的高度，要求創(chuàng)新形式，實(shí)現(xiàn)與沿線重要地標(biāo)性商務(wù)區(qū)環(huán)境的融合，防止對(duì)區(qū)域環(huán)境造成破壞，同時(shí)保持全線設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)一致性，并保證可實(shí)施性強(qiáng)、預(yù)算可控。

在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，獨(dú)立設(shè)置的道路聲屏障的視覺(jué)效果受到的關(guān)注度甚至超過(guò)了聲學(xué)指標(biāo)。美國(guó)聯(lián)邦公路總署為解決該問(wèn)題組織編寫了《聲屏障視覺(jué)質(zhì)量設(shè)計(jì)導(dǎo)則》，并在新版《聲屏障設(shè)計(jì)手冊(cè)》中專門對(duì)聲屏障美學(xué)進(jìn)行了總結(jié)，探尋了設(shè)計(jì)規(guī)律，將聲屏障完全作為城市小品這樣的建構(gòu)筑物對(duì)待，使其融入城市生活，沒(méi)有突兀、粗陋感[1]。當(dāng)前國(guó)內(nèi)的全影型聲屏障仍主要是從工程結(jié)構(gòu)和聲學(xué)的角度設(shè)計(jì)的，缺乏對(duì)城市、環(huán)境和功能的頂層協(xié)調(diào)統(tǒng)籌，已無(wú)法滿足業(yè)主提出的更高層次的要求。這些內(nèi)容恰恰是建筑學(xué)范疇內(nèi)要著重思考和解決的問(wèn)題。

為此，本文以上海市浦東新區(qū)某快速路改造工程為例，結(jié)合業(yè)主的要求，從建筑設(shè)計(jì)的角度審視、思考和設(shè)計(jì)城市快速路全影型聲屏障。

1 全影型聲屏障設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

當(dāng)前國(guó)內(nèi)的全影型聲屏障設(shè)計(jì)均是以聲學(xué)設(shè)計(jì)為理論基礎(chǔ)，以工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為核心內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)聲學(xué)功能為目的開(kāi)展的，建筑設(shè)計(jì)在其中或缺位，或居于輔助和配合的位置。分析形成該現(xiàn)狀的原因，具體如下：

1) 全影型聲屏障本身是為實(shí)現(xiàn)聲學(xué)功能設(shè)計(jì)的，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和聲學(xué)設(shè)計(jì)在其中的作用比較直接，因此二者在全影型聲屏障設(shè)計(jì)工作中占主導(dǎo)地位。

2) 作為一種大型公共交通構(gòu)筑物，全影型聲屏障尚未大規(guī)模應(yīng)用在人口密集的城市，其聲學(xué)功能之外的其他功能尚未被挖掘。因此，建筑設(shè)計(jì)的作用還不能在全影型聲屏障設(shè)計(jì)中得到充分發(fā)揮。

3) 我國(guó)的社會(huì)環(huán)境和社會(huì)發(fā)展現(xiàn)狀決定了當(dāng)前全影型聲屏障設(shè)計(jì)中首先要解決的還是有無(wú)問(wèn)題和基本功能問(wèn)題，以能滿足工程實(shí)踐要求和方便實(shí)施為優(yōu)先選擇。因此，在工程設(shè)計(jì)中會(huì)以聲學(xué)設(shè)計(jì)和工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為核心。

對(duì)當(dāng)前全影型聲屏障設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，總結(jié)如下：

1) 全影型聲屏障設(shè)計(jì)僅以聲學(xué)設(shè)計(jì)和工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為核心，只滿足了單一的聲學(xué)功能，建成的全影型聲屏障通常給使用者留下外觀粗陋，需要優(yōu)化的印象。

2) 因缺乏建筑設(shè)計(jì)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的全影型聲屏障與整個(gè)城市和周邊的環(huán)境不協(xié)調(diào)。

3) 作為一種大型公共交通構(gòu)筑物，只滿足于實(shí)現(xiàn)其單一的聲學(xué)功能，未充分挖掘其別的社會(huì)價(jià)值；同時(shí)，缺乏對(duì)建筑工程業(yè)可持續(xù)發(fā)展的思考，以及對(duì)節(jié)約資源和材料發(fā)展趨勢(shì)的回應(yīng)。

2 建筑設(shè)計(jì)在全影型聲屏障設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

對(duì)于建筑設(shè)計(jì)在快速路全影型聲屏障設(shè)計(jì)中的運(yùn)用，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

2.1 建筑設(shè)計(jì)的合理性

全影型聲屏障作為功能導(dǎo)向明確的交通構(gòu)筑物，為實(shí)現(xiàn)自身的功能性，具有專業(yè)的聲學(xué)設(shè)計(jì)構(gòu)造。

對(duì)于上海市浦東新區(qū)某快速路改造工程而言，鑒于該項(xiàng)目具有施工時(shí)間短、施工配合復(fù)雜和預(yù)算受控等特點(diǎn)，不適宜為達(dá)到業(yè)主的要求而全面推翻原有的較為成熟的全影型聲屏障造型重新設(shè)計(jì)。

2.2 建筑設(shè)計(jì)的原則

根據(jù)項(xiàng)目的現(xiàn)實(shí)情況，確定建筑設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：

1) 建筑設(shè)計(jì)模塊化；

2) 保留原有的聲學(xué)模塊單元不變；

3) 將原有的全影型聲屏障主鋼結(jié)構(gòu)作為新造型的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；

4) 重新設(shè)計(jì)部分鋼結(jié)構(gòu)件，重構(gòu)全影型聲屏障；

5) 在重點(diǎn)區(qū)域設(shè)計(jì)新的模塊化建筑外表皮，覆蓋原有的聲學(xué)模塊單元，將其作為全影型聲屏障的新外部造型。

只有遵循以上設(shè)計(jì)原則，才能充分保障整個(gè)建筑設(shè)計(jì)的合理性，使整個(gè)設(shè)計(jì)在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)、有序開(kāi)展，并在總體上做到可實(shí)施性強(qiáng)和預(yù)算可控。

2.3 建筑設(shè)計(jì)與城市及周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)性

該項(xiàng)目沿線除了有居民區(qū)以外，還有具有強(qiáng)烈的地標(biāo)特征的上海前灘國(guó)際商務(wù)區(qū)。前灘國(guó)際商務(wù)區(qū)建筑群具有建筑體型簡(jiǎn)潔、現(xiàn)代感和工業(yè)感強(qiáng)的整體外形特征，大量采用金屬和玻璃幕墻外表皮設(shè)計(jì)，主要標(biāo)志性建筑物的外立面設(shè)計(jì)均具有線性序列排列規(guī)則、清晰和強(qiáng)烈的特點(diǎn)。

該項(xiàng)目采用的全影型聲屏障為與前灘國(guó)際商務(wù)區(qū)建筑群緊臨的交通構(gòu)筑物，在設(shè)計(jì)時(shí)需結(jié)合其特點(diǎn)，在整體造型和外觀上向這些建筑群靠攏，只有如此才能提升聲屏障與前灘及周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)性。

因此，該項(xiàng)目的全影型聲屏障建筑造型設(shè)計(jì)以能與周邊商務(wù)區(qū)建筑群相互呼應(yīng)并互為延伸為基礎(chǔ)理念。從周邊建筑群中汲取和提煉設(shè)計(jì)元素進(jìn)行再設(shè)計(jì)，打造既具有現(xiàn)代新穎造型，又具有區(qū)域特征的交通構(gòu)筑物。

建筑設(shè)計(jì)通過(guò)表皮表現(xiàn)場(chǎng)所精神，以及與城市及周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)性。由此，最終汲取和提煉的設(shè)計(jì)元素如下：

1) 密集排列的淺色直線條。密集排列的淺色金屬線性元素，在項(xiàng)目沿線的標(biāo)志性建筑群中廣泛運(yùn)用，并主要集中在建筑的外表皮上，見(jiàn)圖1～圖3。

圖1 變化的線性元素

圖2 規(guī)則排列的線性元素

圖3 排列緊密的線性元素

此次全影型聲屏障設(shè)計(jì)汲取該設(shè)計(jì)元素，通過(guò)設(shè)計(jì)沿道路延伸方向規(guī)則密集排列的銀色鋁方通重現(xiàn)該元素，并將其作為全影型聲屏障全封閉段的建筑外表皮使用。

2) 組合排列的三角形。三角形元素也是項(xiàng)目沿線標(biāo)志性建筑群中隨處可見(jiàn)的幾何形態(tài)，用于打破建筑物及立面線條密集排列帶來(lái)的單調(diào)感，豐富空間造型，見(jiàn)圖4～圖6。

圖4 建筑頂部的三角形元素

圖5 建筑立面中的三角形元素

圖6 建筑造型中的三角形元素

此次全影型聲屏障設(shè)計(jì)汲取該設(shè)計(jì)元素，通過(guò)設(shè)計(jì)V型排列的中柱結(jié)構(gòu)，改變?cè)腥靶吐暺琳现兄怪迸帕械男螒B(tài)，形成三角形組合排列的效果，豐富設(shè)計(jì)語(yǔ)言。

3) 圓形及弧線。圓形及弧線形態(tài)的出現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目沿線標(biāo)志性建筑群中大部分建筑物四四方方的外輪廓線起到了很好的調(diào)節(jié)和平衡作用，豐富了空間形態(tài)，見(jiàn)圖7和圖8。

圖7 建筑立面中的弧形元素

圖8 建筑造型中的橢圓形元素

此次全影型聲屏障設(shè)計(jì)汲取該設(shè)計(jì)元素，在解決建筑外表皮頂部采光問(wèn)題時(shí)，將橢圓形態(tài)用在銀色鋁方通采光開(kāi)口上。在V型中柱設(shè)計(jì)中拋棄以往的工字型截面，改用圓形截面；頂部剛性系桿和鋼梁收頭均采用圓形設(shè)計(jì)，鋼梁開(kāi)孔采用長(zhǎng)圓形孔；保留原有的全影型聲屏障設(shè)計(jì)中頂部與立面過(guò)渡處的弧形轉(zhuǎn)角設(shè)計(jì)。這些細(xì)節(jié)的處理和相互協(xié)調(diào)對(duì)改善全影型聲屏障整體造型和呼應(yīng)區(qū)域環(huán)境都能起到很好的作用，并提升鋼構(gòu)造型的完整度。

2.4 建筑設(shè)計(jì)的手法

該項(xiàng)目為增強(qiáng)全影型聲屏障全線設(shè)計(jì)的整體性，與區(qū)域環(huán)境的協(xié)調(diào)性，并保障可實(shí)施和預(yù)算可控，采用整體模塊化設(shè)計(jì)和建筑外表皮設(shè)計(jì)2種設(shè)計(jì)手法，并對(duì)二者進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。同時(shí)，對(duì)主結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行重構(gòu)和輕量化設(shè)計(jì)。

2.4.1 整體模塊化設(shè)計(jì)

模塊化思想是基于功能分析和重組，對(duì)原本復(fù)雜的功能進(jìn)行分解和簡(jiǎn)化，結(jié)合目前的實(shí)際需求重新設(shè)計(jì)功能模塊，并通過(guò)對(duì)模塊進(jìn)行選擇和組合得到具有可變性、適用性的全新產(chǎn)品[2]。該方法在提升設(shè)計(jì)的靈活性、降低設(shè)計(jì)和施工的復(fù)雜性、方便工業(yè)化生產(chǎn)和維護(hù)、節(jié)約建筑全壽命周期成本和降耗增效等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。然而，以往國(guó)內(nèi)的全影型聲屏障設(shè)計(jì)基本上都未全線采用模塊化設(shè)計(jì)方式，大部分都是針對(duì)單個(gè)屏障進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，或局限于對(duì)吸聲材料進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。

此次項(xiàng)目考慮到工程線路較長(zhǎng)，全線的全影型聲屏障有全封閉段、半封閉段、全封閉半封閉轉(zhuǎn)換銜接段、半封閉段和外造型須全新重點(diǎn)裝飾段等多種形式，采用整體模塊化設(shè)計(jì)能很好地起到協(xié)調(diào)全線全影型聲屏障造型的作用，根據(jù)不同功能地段的需要，自由組合不同的模塊單元。這樣既能保證項(xiàng)目全線設(shè)計(jì)語(yǔ)言的一致性，又能滿足項(xiàng)目全線不同區(qū)域?qū)υO(shè)計(jì)造型的不同需求。建筑模塊化設(shè)計(jì)理念中設(shè)計(jì)邏輯的簡(jiǎn)單性、單元建構(gòu)的地域性和模塊參數(shù)的自發(fā)性在此得到了很好的體現(xiàn)[3]。

將此次項(xiàng)目中的全影型聲屏障分為中柱單元(見(jiàn)圖9)、半封閉屏體單元(見(jiàn)圖10)和建筑外表皮單元(見(jiàn)圖11)等3個(gè)基本構(gòu)成模塊單元，其中：中柱單元包含路中支撐柱和支撐柱與地面及屏體鋼結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)造形式；半封閉屏體單元包含半封閉屏體主鋼結(jié)構(gòu)、半封閉直立段屏體組合和半封閉頂部透明屏體；建筑外表皮單元包含鋁合金外裝飾及其附屬連接結(jié)構(gòu)。在實(shí)際使用時(shí)，可對(duì)三者進(jìn)行自由組合，得到不同形式的全影型聲屏障；各單元之間采用裝配式組合方式，拆裝便捷。

圖9 V字型排列中柱

圖10 完整半封閉屏體

圖11 建筑外表皮及其附屬結(jié)構(gòu)

1) 1組半封閉屏體+中柱組成全影型聲屏障半封閉段(見(jiàn)圖12)；

圖12 完整的全影型聲屏障半封閉段

2) 1組半封閉屏體+中柱+建筑外表皮組成全影型聲屏障分幅路基全封閉段(見(jiàn)圖13)；

圖13 帶外表皮的全影型聲屏障(分幅路基)

3) 2組對(duì)稱半封閉屏體+中柱+建筑外表皮組成全影型聲屏障全封閉段(見(jiàn)圖14)；

圖14 帶外表皮的全影型聲屏障全封閉段

4) 半封閉屏體+中柱+全封閉屏體組成全影型聲屏障銜接段(見(jiàn)圖15和圖16)。

圖15 半封閉屏體與全封閉屏體銜接段(鳥(niǎo)瞰)

圖16 半封閉屏體與全封閉屏體銜接段(人視角)

在此次模塊設(shè)計(jì)中，首次采用不對(duì)稱的半封閉屏體作為基本全影型屏體單元，以其不對(duì)稱性和不穩(wěn)定性打破原有全影型聲屏障始終對(duì)稱穩(wěn)定的造型，為后續(xù)應(yīng)對(duì)全線設(shè)計(jì)中的各種變化打下基礎(chǔ)。同時(shí)，因聲屏障的不對(duì)稱性，最大程度地降低了總體設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，增強(qiáng)了模塊的通用性，大大減少了后續(xù)施工所需加工構(gòu)件的種類，節(jié)約了材料，減少了浪費(fèi)，便捷了施工，單位造價(jià)也與原有全影型聲屏障維持在同一水平。

2.4.2 建筑外表皮設(shè)計(jì)

建筑外表皮設(shè)計(jì)是現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用的一種外立面設(shè)計(jì)手法。對(duì)表皮的關(guān)注可追溯到德國(guó)建筑學(xué)家森佩爾的理論，赫爾佐格和德梅隆設(shè)計(jì)的國(guó)家體育館“鳥(niǎo)巢”無(wú)疑是當(dāng)代中國(guó)最著名的表皮建筑之一。簡(jiǎn)單地看，建筑中直接與人接觸的圍合部分就是建筑表皮，是建筑與其外部空間直接接觸的界面。建筑表皮可理解為建筑外裝飾，既獨(dú)立于建筑結(jié)構(gòu)之外，又與建筑結(jié)構(gòu)有內(nèi)在關(guān)聯(lián)。通過(guò)塑造表皮，使建筑既獨(dú)立于環(huán)境之外，又參與到環(huán)境中[4]。建筑外表皮在此次項(xiàng)目中的運(yùn)用具有以下特點(diǎn)：

1) 設(shè)置靈活便捷，受原有全影型聲屏障內(nèi)部功能性構(gòu)造的約束較小，造型變化可通過(guò)形象和構(gòu)成的方式形成鮮明的風(fēng)格；

2) 不影響原有全影型聲屏障的內(nèi)部設(shè)計(jì)，可保障從聲屏障內(nèi)部行車視角協(xié)調(diào)其與道路沿線其他未作建筑外表皮設(shè)計(jì)的全影型屏障的視覺(jué)一致性；

3) 基本上保留了原有全影型聲屏障的主體鋼結(jié)構(gòu)。

此次項(xiàng)目中的建筑外表皮由沿高架道路縱向密集排列的銀白色金屬鋁方通組成(見(jiàn)圖17和圖18)。排列形式和間距呼應(yīng)周邊商務(wù)區(qū)建筑群內(nèi)的外立面設(shè)計(jì)語(yǔ)言，強(qiáng)化區(qū)域特征。為保障全影型聲屏障內(nèi)部的自然采光和行車安全，打開(kāi)頂部的鋁方通，將其設(shè)計(jì)成由橢圓形幾何圖案組成的開(kāi)放部分，與外表皮的硬朗線條形成對(duì)比，緩和單一排列線條造成的單調(diào)感。該設(shè)計(jì)能使整個(gè)建筑外表皮既排列有序、形式感強(qiáng)烈，又兼顧自然采光和行車安全，同時(shí)與周邊建筑群相呼應(yīng)。

圖17 前灘區(qū)域全影型聲屏障設(shè)計(jì)效果

圖18 前灘區(qū)域全影型聲屏障實(shí)景

2.4.3 主結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重構(gòu)和輕量化設(shè)計(jì)

此次項(xiàng)目中的全影型聲屏障的中柱作為行車視角中的一個(gè)主要獨(dú)立建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其形式對(duì)改變?nèi)藗儗?duì)全影型聲屏障造型的印象有重要作用。因此，重新設(shè)計(jì)該構(gòu)件的形式也是此次全影型聲屏障設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

遵循從周邊建筑群中汲取設(shè)計(jì)元素的原則，使設(shè)計(jì)的聲屏障與周邊環(huán)境相呼應(yīng)。由此，汲取三角形設(shè)計(jì)元素，將其運(yùn)用到中柱造型(即前文提到的V型排列中柱)設(shè)計(jì)中。三角形本身能代替原有的垂直立柱，給人更強(qiáng)的視覺(jué)穩(wěn)定感，搭配全新設(shè)計(jì)的具有不對(duì)稱性和不穩(wěn)定性的半封閉屏體單元更加合適，使其在視覺(jué)的不穩(wěn)定中獲得穩(wěn)定的支撐(見(jiàn)圖19)，從而在變化中維持整體造型的穩(wěn)定性。三角形的斜邊能給中柱單元帶來(lái)變化和動(dòng)感，改變?cè)瓉?lái)單調(diào)的垂直排列的中柱設(shè)計(jì)。

另外，為在不對(duì)稱設(shè)計(jì)中獲得美感和穩(wěn)定感，改變?cè)薪ㄖY(jié)構(gòu)構(gòu)件的笨重感，需使結(jié)構(gòu)構(gòu)件簡(jiǎn)潔輕盈。因此，在此次項(xiàng)目中對(duì)原有全影型聲屏障的主鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化和減重。在主鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸變化不大的情況下，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)主鋼結(jié)構(gòu)單跨跨度翻倍(見(jiàn)圖20)；所有大尺寸主鋼梁都在保證強(qiáng)度的情況下開(kāi)橢圓孔(見(jiàn)圖21)。這些方法取得了良好的效果，在大大緩解構(gòu)筑物內(nèi)部的視覺(jué)壓抑感的同時(shí)，減少了鋼材用量。

圖19 三角形元素在中柱設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

圖20 輕量化結(jié)構(gòu)構(gòu)件示意圖

圖21 輕量化結(jié)構(gòu)構(gòu)件實(shí)景

3 建筑設(shè)計(jì)在全影型聲屏障設(shè)計(jì)中的應(yīng)用效果

將上述建筑設(shè)計(jì)手法應(yīng)用在某快速路全影型聲屏障設(shè)計(jì)中，主要取得以下效果：

1) 建筑設(shè)計(jì)的加入大大提升了該項(xiàng)目的完成度，使原本功能單一的全影型聲屏障達(dá)到了城市小品的高度，挖掘了聲屏障新的社會(huì)價(jià)值，得到了沿線居民的好評(píng)；

2) 滿足了業(yè)主提出的全影型聲屏障要與周邊環(huán)境相融合的要求，取得了良好的視覺(jué)和藝術(shù)效果；

3) 通過(guò)系統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了降耗增效，控制了單位造價(jià)，可實(shí)施性不輸原有的全影型聲屏障，各單元間采用裝配式組合使得后期維護(hù)便捷，體現(xiàn)了綠色與可持續(xù)發(fā)展的理念；

4) 驗(yàn)證了建筑設(shè)計(jì)在城市道路全影型聲屏障設(shè)計(jì)中能起到良好的作用，能串聯(lián)起聲屏障其他各專業(yè)進(jìn)行更好的協(xié)同；

5) 為后續(xù)道路全影型聲屏障設(shè)計(jì)樹(shù)立了新的標(biāo)桿。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文以上海市浦東新區(qū)某快速路改造工程為例，在其全影型聲屏障設(shè)計(jì)中采用以建筑設(shè)計(jì)引領(lǐng)全影型聲屏障設(shè)計(jì)的方式，圓滿實(shí)現(xiàn)了業(yè)主對(duì)聲屏障設(shè)計(jì)提出的創(chuàng)新形式、與環(huán)境融合、協(xié)調(diào)統(tǒng)一、預(yù)算可控和可實(shí)施性強(qiáng)等設(shè)計(jì)目標(biāo)，為后續(xù)全影型聲屏障設(shè)計(jì)提供了新的方法和思路，響應(yīng)了國(guó)家提出的新時(shí)代建筑業(yè)綠色與可持續(xù)發(fā)展的要求，展現(xiàn)了建筑設(shè)計(jì)在新一代城市全影型聲屏障設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)和重要性。