中國建筑金屬結構協(xié)會(huì )
建筑鋼結構分會(huì )主辦
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建筑鋼結構分會(huì )主辦
這座外表猶如波光粼粼湖面的建筑在世博浦西園區的企業(yè)館中格外引人矚目。建筑外表隨著(zhù)風(fēng)力大小的改變而發(fā)生變化，非常神奇。這座場(chǎng)館的設計者團隊是曾設計過(guò)國家游泳中心（水立方）的中建國際設計（CCDI設計集團）團隊，建筑師們延續了對“水立方”的情感，把這座方方正正的場(chǎng)館稱(chēng)之為“電立方”。
國家電網(wǎng)館設計方CCDI設計集團（中建國際設計）主創(chuàng )人員向記者揭開(kāi)本屆世博會(huì )國家電網(wǎng)館的神秘面紗，詳細解讀世博會(huì )電網(wǎng)館中所隱藏的建筑、結構、節能設計奧秘。這個(gè)優(yōu)秀的建筑師團隊是在繼北京奧運上創(chuàng )造了“水立方”、全運會(huì )主場(chǎng)館“東荷西柳”的創(chuàng )意奇跡后又一次在中國重量級盛典上華麗亮相。
建筑看點(diǎn)――風(fēng)鈴片鋪滿(mǎn)“電立方”
路過(guò)“電立方”的人都會(huì )被它的外立面所吸引。這個(gè)又有著(zhù)“懸浮魔盒”名字的方形建筑外觀(guān)被風(fēng)鈴片鋪滿(mǎn)。微風(fēng)吹過(guò)，建筑立面將隨風(fēng)一起舞動(dòng)，宛若平靜的湖面打破成漣漪，顛覆了建筑立面傳統的厚重感，帶來(lái)全新變幻的外觀(guān)效果。
風(fēng)鈴片的覆蓋使整個(gè)“電立方”變得輕盈，每時(shí)每刻都會(huì )隨著(zhù)周邊環(huán)境的不同，變幻出不同神奇外觀(guān)效果，所有這些效果都是在自然風(fēng)的吹拂下實(shí)現。
到了晚上，風(fēng)鈴片下的LED屏在夜間閃爍，傳遞了神秘、夢(mèng)幻的視覺(jué)效果，加上夜間風(fēng)鈴片同樣也會(huì )隨著(zhù)自然風(fēng)形成不同的外觀(guān)，兩者相疊加，讓所有觀(guān)眾在室外就領(lǐng)略到國家電網(wǎng)館的非凡魅力。
CCDI主任設計師、國家電網(wǎng)館項目設計師陳宇告訴記者，國家電網(wǎng)給人的第一印象就是遍布祖國各地的高架鐵塔，正是有了這些鐵塔才能將源源不斷的電能從各個(gè)發(fā)電站輸送到了千家萬(wàn)戶(hù)。因此在建筑的其他立面設計采用了斜向交叉網(wǎng)格的形式，這種斜交叉的網(wǎng)格形式與高架鐵塔的斜交叉鋼架一脈相承，使人們看到場(chǎng)館就能感受到電網(wǎng)所傳遞的能量與信息，使場(chǎng)館具有了電網(wǎng)特有的企業(yè)形象和特征。
節能看點(diǎn)――“借光現身”做到極致的外立面照明
談到“電立方”的外立面造型設計時(shí)，CCDI機電副總工程師、國家電網(wǎng)企業(yè)館機電總負責人毛紅衛驕傲地說(shuō)：“除了好看，‘電立方’更在節能方面有自己的理念，我們敢說(shuō)這一點(diǎn)是上海浦西8個(gè)企業(yè)場(chǎng)館中最為特別的一個(gè)。”
毛紅衛說(shuō)，在做外立面造型設計之初，設計團隊已經(jīng)意識到，在世博會(huì )這一爭相斗艷的舞臺上，各個(gè)企業(yè)所建設的場(chǎng)館一定是一個(gè)比一個(gè)亮。LWD燈和屏幕的大量使用是再自然不過(guò)了。于是，設計師們選擇了與眾不同的做法，“借光現身”。
在“電立方”的外表面上，設計師們用可以發(fā)生反射的鋁箔來(lái)拼接一塊塊金屬板，每一塊金屬板的表面又布滿(mǎn)了風(fēng)鈴片。這樣，整個(gè)建筑物可以通過(guò)反射周?chē)墓饩€(xiàn)而顯現自己，夜晚看上去，一個(gè)個(gè)發(fā)光的線(xiàn)條，阡陌縱橫地勾勒出“電立方”的外部輪廓，很美卻很內斂。
“設計理念出來(lái)了，實(shí)現它卻不是一件容易的事”，毛紅衛談到。設計師們擔心鋁箔的反射率過(guò)高，會(huì )影響到建筑物周邊司機師傅的駕駛。于是就用2米×2米的模型在現場(chǎng)做實(shí)驗，對材料進(jìn)行進(jìn)一步的研究。在鋁箔的背后放上小窟窿，這樣一來(lái)就會(huì )發(fā)生漫反射；然后再實(shí)測行車(chē)的安全性能，最后才找了最佳的解決方案。
“當然，在外立面的內部，我們還是鑲嵌了一些LED燈，當周?chē)鷽](méi)有燈光可以借到的時(shí)候，自己也要發(fā)一些光。” 毛紅衛介紹到，“目前，人們對‘電力方’外立面設計的反響都很好，雖沒(méi)有大富大貴的感覺(jué)，但達到了照明的要求，又降低了能耗。”
此外，毛紅衛還向記者透露。“在世博會(huì )之后，構成‘電立方’的鋼結構、建筑立面采用玻璃及穿孔鋁板的雙層幕墻體系及部分聚碳酸脂板均可實(shí)現回收再利用。”
人性化看點(diǎn)―― 舒適等候區
在記者看來(lái)，在“電力方”中最為稱(chēng)奇的還要數設計師們對建筑的人性化設計。
國家電網(wǎng)館的設計師們之前分別參加過(guò)北京奧運場(chǎng)館的設計。在奧運場(chǎng)館開(kāi)放期間，設計師們發(fā)現在企業(yè)館外面等候排隊的人要格外的多。特別是在一些企業(yè)館門(mén)前，即使驕陽(yáng)似火，小孩子們?yōu)榱诉M(jìn)到里面可以拿到他們喜歡的贈品，都樂(lè )此不疲地堅持。“在上海世博會(huì )上，這種場(chǎng)景不是又要發(fā)生了？而且世博會(huì )的狀況也許要比奧運會(huì )更為嚴重。”因為從氣候長(cháng)來(lái)講，上海不僅比北京普遍溫度要高很多，而且上海世博會(huì )要從5月展覽到到10月，跨國了整整一個(gè)夏季，排隊等候的人群更容易中暑。
在上海夏季的室外，到底有多少小時(shí)就會(huì )讓人感覺(jué)不舒服甚至出現中暑等不安全情況呢？
為了搞清這一問(wèn)題，CCDI 的設計團隊查遍國內所有的標準規范，并沒(méi)有找到這樣一份能表述全國各地在何種溫度、風(fēng)速、濕度、熱輻射曲線(xiàn)條件下，人在室外會(huì )感到不舒服的時(shí)間極限。于是，研究人員又把調查轉向國外標準。開(kāi)始，他們找到了一份美國室外舒適度標準，然而室外踏青、燒烤、吊床休閑等類(lèi)似的娛樂(lè )方式，因為心境愉快，所以即便人們在戶(hù)外暴曬很長(cháng)的時(shí)間也不會(huì )感到不舒服。然而上海世博會(huì )內等待的環(huán)境不會(huì )那么悠閑和舒適，如何界定不安全的等待區域？于是研究人員又找到了美國軍人的訓練標準，最后確定了一個(gè)比美國軍人訓練標準要高，比美國戶(hù)外舒適標準要低的標準方案。
為了得到了明確的數據，CCDI的機電團隊查找歷史數據，進(jìn)行了嚴謹的科學(xué)分析：世博會(huì )展示期5月1日至10月31日總計184天，按每日9:00―18:00有太陽(yáng)直射考慮，共計1840小時(shí)。 通過(guò)歷史數據分析，設計師得出：在世博期間，不滿(mǎn)足舒適小時(shí)將會(huì )達到901小時(shí)左右，為世博期間小時(shí)數的20%，不滿(mǎn)足人們安全小時(shí)為203小時(shí)左右，為世博期間小時(shí)數的5%。這組數據是令人擔憂(yōu)的，設計師們必須在國家電網(wǎng)館設計等候區的設計上使它的數值減至最低。
為何不在建筑物里設置等候區呢？于是設計師們把整個(gè)國家電網(wǎng)館抬了起來(lái)，采用“建筑自遮陽(yáng)”，為排隊等候進(jìn)入場(chǎng)館的參觀(guān)者遮陽(yáng)擋雨。被抬高的“盒子”不僅解決了遮陽(yáng)的問(wèn)題，從視覺(jué)上更是讓這個(gè)盒子“漂浮”了起來(lái)。
考慮到無(wú)風(fēng)期等候區的通風(fēng)問(wèn)題，設計師們采用了在國外曾采用過(guò)的增強型通風(fēng)系統，也就是太陽(yáng)能集熱器加熱天井內空氣，利用熱壓形成自然的太陽(yáng)煙囪拔風(fēng)效果。在太陽(yáng)煙囪作用下，靜風(fēng)期人員等候區域的風(fēng)速會(huì )達到0.12米左右/秒，始終保持微風(fēng)習習，讓參觀(guān)者不必為在悶熱的高溫環(huán)境下排隊而擔憂(yōu)。
此外，國家電網(wǎng)館還采用了細水霧降溫系統降溫，使人員等候區空間的溫度能夠進(jìn)一步下降，特別是相對濕度較低而氣溫較高的天氣，陽(yáng)光輻射強烈的正午，噴霧降溫所起到的作用更為明顯，可降溫1～2℃。細水霧降溫加大了通道與天井上部空氣的溫度差，增強了通風(fēng)效果。
“不要小看對建筑節能技術(shù)的整合”，毛紅衛說(shuō)道，“就是這套 ‘遮陽(yáng)+自然通風(fēng)+太陽(yáng)煙囪+噴霧降溫’整合在一起的集成設計，不僅大大改善了參觀(guān)者排隊等候入場(chǎng)的舒適度，更將節能環(huán)保理念發(fā)揮到了極致”。這些措施使世博會(huì )期間統計不滿(mǎn)足舒適小時(shí)數從901小時(shí)（20%）降至381小時(shí)（9%），不滿(mǎn)足安全小時(shí)數從203小時(shí)（5%）降至48小時(shí)（1%）。
結構看點(diǎn)――結構建筑相互呼應，功能形式完美結合
建筑的美妙構想都會(huì )由結構來(lái)幫助實(shí)現，這么一個(gè)奇妙的建筑通過(guò)采用許多先進(jìn)的結構技術(shù)使之實(shí)現，也是結構技術(shù)的濃縮。
CCDI結構事業(yè)部副總經(jīng)理、國家電網(wǎng)企業(yè)館結構總負責人趙旭千表示，結構主體采用交叉柱網(wǎng)，與建筑樓屋蓋結構共同形成了空間結構，正交斜放的四邊形空間剛架結構實(shí)現了建筑師對外立面的構想。而且建筑四角沒(méi)有設立角柱，使得外立面的交叉網(wǎng)格更加流暢；主立面沒(méi)有常規建筑的樓層水平構件，保證了建筑立面構想的完整實(shí)現。
整個(gè)建筑的主體鋼結構外墻采用四邊形正交斜放柱網(wǎng)，樓、屋面跨度較大處采用雙向正交上承式平面桁架，樓、屋面跨度較小處采用實(shí)腹井格梁。桁架上弦為軋制H型鋼，下弦和腹桿均為圓鋼管，井格梁采用焊接H型鋼梁。樓面采用壓型鋼板混凝土組合樓面，屋面采用彩鋼板屋面，屋面滿(mǎn)布水平支撐。樓面、屋面以及正交斜放柱網(wǎng)共同組成一個(gè)空間的抗側力結構體系。
支承魔盒的四根鋼柱均采用箱型截面，采用埋入式剛接柱腳；魔盒共6個(gè)面，每個(gè)面均采用雙向雙層正交空腹平面桁架，在魔盒的每個(gè)棱邊均布置支撐對邊緣構件進(jìn)行加強，6個(gè)面的桁架結構以及支撐共同組成一個(gè)空間的剛架結構。由于魔盒采用了空間結構，因此內部無(wú)支撐構件通過(guò)，保證了魔盒內部空間的完整與開(kāi)暢。同時(shí)魔盒內部有一16m跨度人行天橋，采用平面張弦梁結構，展示了結構的美感。
低碳看點(diǎn)――多項技術(shù)綜合運用，綠色環(huán)保低碳節能
設計充分考慮世博其間上海的氣候狀況，結合場(chǎng)館的實(shí)際需求綜合考慮，采取多種手段實(shí)現低碳節能的目標。
在空調方面，場(chǎng)館內部因人員密集，因此新風(fēng)比例較高，根據場(chǎng)館內實(shí)際情況設計了針對企業(yè)館的氣流組織方式。按照常規做法，建筑需要設排風(fēng)系統將室內的空氣排出以保證新風(fēng)進(jìn)入，而本設計中考慮采用入口門(mén)廳敞開(kāi)方式代替傳統的排風(fēng)系統，敞開(kāi)門(mén)廳所流出的空氣冷量與排風(fēng)系統帶走的空氣冷量一致，不會(huì )造成多余的能量流失，還能將排風(fēng)系統自身消耗掉的能量節省下來(lái)。同時(shí)采用此方式不僅能滿(mǎn)足新風(fēng)排風(fēng)功能上的需要，也能滿(mǎn)足入口內凹門(mén)廳人員舒適度的需要：與架空排隊等候區不同，入口內凹門(mén)廳為建筑內的灰區域，為通風(fēng)死角，敞開(kāi)門(mén)廳壓出的大量有一定冷量的空氣剛好保證了這一區域的舒適性，結合架空排隊區的通風(fēng)系統、細水霧降溫系統，充分滿(mǎn)足參觀(guān)者在電網(wǎng)館等候參觀(guān)離館全過(guò)程的舒適性。
CCDI電氣副總工程師、國家電網(wǎng)企業(yè)館綠色照明負責人李興林說(shuō)，建筑主立面“魔盒”的絢麗效果日間也是不需要任何能量完全通過(guò)自然風(fēng)實(shí)現的，也夜間效果由于采用的是大間距的LED燈陣因此也將能源消耗降至最低。
在建筑材料方面，結構體系采用了鋼結構形式，建筑立面采用玻璃及穿孔鋁板的雙層幕墻體系及部分聚碳酸脂板，所有這些材料都是可回收再利用的。
同時(shí)建筑采用了多種新技術(shù)實(shí)現節能減排的目標，建筑立面將太陽(yáng)能光伏系統結合其中，不僅形成了機具科技感現代感的建筑立面效果，而且總面積約800平方米的太陽(yáng)能系統為建筑提供了部分所需的電力。光導照明將陽(yáng)光利用光導纖維引入室內，在VIP區域和展示區內演示其效果，向參觀(guān)人員推廣生態(tài)環(huán)保的理念。
項目管理看點(diǎn)――跨專(zhuān)業(yè)多領(lǐng)域配合
由于世博會(huì )的特殊性，項目注定是一個(gè)不同以往的跨行業(yè)多領(lǐng)域配合的綜合性項目。CCDI的設計師們更是在這個(gè)與傳統建筑項目不同的項目中加入了更多與策劃、展示、運營(yíng)方的溝通。
CCDI國際業(yè)務(wù)室負責人、國家電網(wǎng)企業(yè)館項目經(jīng)理閻立新告訴記者，首先設計團隊采用了一種新的建筑設計技術(shù)――BIM來(lái)解決建筑專(zhuān)業(yè)內部的各種碰撞問(wèn)題。BIM是Building Information Model的英文縮寫(xiě)，即建筑信息模型，通過(guò)參數化的建筑模型將建筑實(shí)際的各個(gè)階段、系統、細節等體現出來(lái)。BIM技術(shù)的使用很好的將原來(lái)二維的圖紙變成了三維的模型，各個(gè)專(zhuān)業(yè)的信息更加清晰、一目了然、減少了碰撞，而且在與業(yè)主溝通和現場(chǎng)施工的過(guò)程中，可視化的模型使溝通更有效率。
在基本解決了建筑內部的功能問(wèn)題后，及時(shí)有效的將最新的建筑部分資料提交給展示、運營(yíng)方，同時(shí)組織多次溝通，聽(tīng)取反饋意見(jiàn)，在遵循建筑法規要求的前提下調整圖紙，以保證場(chǎng)館建筑能滿(mǎn)足各方面的使用需要。
綜合了各方意見(jiàn)要求的圖紙交付現場(chǎng)施工單位后，設計團隊考慮到項目的特殊性，根據實(shí)際要求安排人員定期到現場(chǎng)進(jìn)行施工配合，由于項目的多專(zhuān)業(yè)跨領(lǐng)域性，同時(shí)采用了大量的新技術(shù)，因此現場(chǎng)服務(wù)任務(wù)繁多，設計團隊克服配合時(shí)間周期長(cháng)、技術(shù)難度大創(chuàng )新度高等各方面困難，在業(yè)主方的協(xié)調保障、果斷判斷、全力支持下，保證了場(chǎng)館建設在預定的建設周期內高質(zhì)量的完成。
專(zhuān)題：2010年上海世博會(huì )
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