结构表达与建筑概念的延伸

邓一泓 陆轶辰

清华大学副教授，纽约Link- Arc建筑师事务所主持建筑师。清华大学建筑学学士，耶鲁大学建筑学硕士。曾在纽约渐近线事务所、弗兰克·盖里及其合伙人事务所、纽约斯蒂文·霍尔建筑师事务所等世界知名建筑事务所任职工作。曾获得日本文部省平山郁夫奖一等奖、耶鲁大学罗伯特·艾伦·瓦德优秀设计奖、耶鲁大学弗兰克·盖里工作室弗莱德曼设计奖提名、2014德国设计协会该年度标志奖等。主要设计作品及负责项目：阿布·达比古根海姆博物馆、2015年意大利米兰世博会中国馆等。

米兰世博会中国馆（以下简称“中国馆”）的屋面结构设计是建筑概念与屋面参数化体系之间呈上启下的一个层次。建筑师希望结构不仅是屋顶形态受力情况的合理反应，更能紧贴建筑概念，烘托空间氛围。从设计初期的材料选择到后期结构施工中方方面面的细节，建筑师运用项目中全球化的技术支持和开放、批判性的工作方法，使得中国馆项目的结构表达成为了建筑设计概念的一个延伸。

胶合木材料作为结构材料和建筑材料的意义

用胶合木材料作为主要的结构材料是从一开始就十分明确的。从技术方面来看，世博场馆需要被快速建造、拆解，胶合木材料完全能够胜任这种时效性的需求。在比较了能用数控机床（CNC）进行加工的胶合木（Glulam）和层积胶合板（Laminated Veneer Lumber）之后，选用了在米兰周围地区使用更广泛、更成熟的胶合木。

另一方面，建筑师寻求的不仅是木材作为结构材料的优势，还有其作为建筑材料不需修饰的表现力。木材与钢材的冰冷不同，有着自然的色泽，给人以温暖、包容的感受，并使人自然联想到东方文化。

结构概念作为建筑概念的延伸

一方面建筑师希望能避免以具象的形式来表达中国文化，一方面也希望能创造出与周围环境有关的场所，而不仅仅是孤立的“物”。从北京天际线提取出的城市天际线和从自然提取出的山水天际线放样（loft）形成的屋面，不仅让参观者联想到中国古典建筑中屋面的包容姿态，也与起伏的地面一起构建了空间的场，同时以开放、模糊的边界使建筑与周围场地融合在了一起。

在这样的建筑概念影响下，其结构概念也逐步清晰起来。由纽约的结构顾问SGH提出的如壳体、悬索结构等参考方案被排除，建筑团队采用了更为直接的由东西向异形梁和南北向檩条构成的结构网格。东西向的异形梁直接从放样得出的屋面形体中截取，成为了从南到北过渡变化中的“帧”，如此突出了动态。当参观者从内部观察屋面，这些直接截取出未经修饰的异形梁时而平缓时而紧张，使人们切实感受到这个不规则变化的屋面的张力。

复杂三维屋面结构体系深化、预制和装配过程中的设计问题

光是靠简单的二维结构网格还不能满足中国馆内部展览对空间大跨无柱的需求。在屋面结构的五个垂直面处，由于每一处都有结构檩条出现在另一根檩条上方，建筑师和SGH看到了设置桁架的机会，从而得出了“五桁架”的结构策略。五桁架和南北的三个核心筒将屋面像扁担一样抬起来。从设计角度看，这样的桁架体系并无对角线方向的构件，只在桁架处加入了直径为33mm的圆杆斜撑，使结构更为简洁清晰，因而也成为了结构设计贯穿始终的一个策略，建筑师将这个体系称为“斜撑构架的演进”。

在“梁檩网格-五桁架结构体系”基本确立之后，建筑师与结构顾问一起就具体构件形式与节点进行了新一轮的探讨。纽约的结构顾问SGH的计算指出需要在6根主要受力的异形梁内用钢梁进行加固，另外还建议所有木结构用贯通钢筋加固，这给原本紧迫的施工进程带来了巨大的难度。意大利技术代表公司F&M经过基于意大利当地设计法规的重新计算，建议将6根主要受力的异形梁改为全钢梁，加之另外6根贯通南北的全钢檩条，并用内置钢板加固木构件节点，构成一个基础的钢结构框架，最终实现了37m的大跨度。

设计过程中也经历了这样的讨论——是否应该将钢结构漆成木色。但建筑师认为，钢是钢、木是木，正是因为两者作为建筑材料的不同表现力才没有选用全钢结构，应该忠于材料本身的表现力。事实证明，这样的钢结构基准体系在施工过程中非常有优势。在现场，钢梁与钢檩条被首先竖立起来，屋面在木结构施工过程中一直都能自承重，取消了下方脚手架，从而也减少了施工交叉带来的问题。

而且，建筑师还在探讨中坦然接受了F&M取消贯通钢筋、将木结构截面扩大的建议。这也与木材的表现力有关。建筑师认为，木结构不应太过纤细，应当有自然的厚重、拙朴。最终当参观者进入到中国馆内部，与高大宽敞的内部空间相比，异形木梁表现出应有的力度，并不笨重。

为拟合屋面从直到曲的形态变化，所有的檩条都在扭转，这使得所有木构件两端的内嵌钢板节点各不相同。建筑师曾试图以阶梯变化的檩条代替扭转的檩条来简化节点，但这对屋面形态产生了较大的影响。最终木结构分包预制方Stratex对结构性能计算的复杂程度和加工制造的复杂程度进行了综合考量，从技术上对檩条扭转方案的可行性进行了应证，得以将城市天际线到自然天际线的平滑过渡不加妥协地实现出来。Stratex在技术方面的自信来源于他们强大的数控加工能力，用以结构深化和加工的计算机辅助绘图及制造CAD/CAM软件与建筑团队建模的Rhnio软件兼容，避免了重复建模、二维制造图审核等工序，缩短了设计周期。所有的胶合木梁、木檩条在用模具进行胶合后先用数控机床CNC切割成型，而后刻出两端预制槽。而意大利总包方Bodino进行深化设计，并加工了所有的内嵌钢板。尽管这些钢板节点多达1 400个，最大重量达95kg，但因为他们复杂项目的管理经验，最后在现场只需按卸车顺序将木构件一一吊装即可，结构施工得以顺利按时完成。

建筑师对结构的关注和控制还不仅仅于此，所有有关胶合木结构表现力的细节全都是经过了深思熟虑的。仅仅关于胶合木的表面油漆处理，就经过了几个月的反复试验，最后才通过1：1的大样确定。由于异形木梁的尺寸巨大、形态复杂，在一些地方需要预留工厂加工或现场的拼缝。这些拼缝的位置先由技术团队给予建议，再由建筑团队进行审核、提出新的建议，最后再反馈给技术方做最后确认。

在整个项目过程中，建筑师一直保持着这种快速梳理问题症结、提出几种不同解决方案进行比对的工作方式。在这种氛围下，建筑团队的成员在技术团队的帮助下刨根究底地将各个技术细节的内容和原因都研究透了，一方面能有效进行各技术工作的统筹，另一方面则保证设计判断不完全被技术细节左右，保证了设计的完整性。

总结

米兰世博会开幕以来，中国馆吸引了来自世界范围内的关注，并为国家争取到了荣誉。作为第一次以独立自建馆的形式参与在海外的世博会的中国馆，该馆获得了国际世博局颁发的2015年米兰世博会大模块建筑设计类铜奖——这也是自1851年以来中国所参与的历届世博会中第一次获得的建筑类奖项；由于中国馆在节能环保和低碳材料使用上所作出的突出贡献，还获得了“世博展馆遗产大奖”循环利用杰出奖一等奖。

中国馆除了设计理念与手法的创新外，作为一个具有实验性和前瞻性的胶合木结构工程项目，其结构完成度也受到了工程行业内的关注，获得了国际木结构协会颁发的2016木结构设计奖金奖、美国工程协会马萨诸塞州分会杰出工程奖金奖、全美建筑工程协会颁发的结构系统设计奖优秀奖、全美工程师协会颁发的国家认可奖的优秀奖。

中国馆的屋面结构设计并不是只有技术上的突破，对我们来说重要的是建筑师如何针对棘手的技术问题做出设计的回应。建筑师作为统筹各个专业、各个项目阶段的协调人，其作用绝不仅仅是在所有时候做出最合理的判断，而是在技术合理性与设计表现力之间寻求恰当的平衡。从这个角度看，中国馆因为其屋面结构的复杂性和实验性，使整个建筑团队获得了宝贵的经验。

业主：中国国际贸易促进会

地点：意大利米兰

组织者：2015米兰世博会组委会

建筑设计：清华大学美术学院 + Studio Link-Arc

主持建筑师：陆轶辰

项目建筑师：蔡沁文、Kenneth Namkung

设计团队：Alban Denic，黄敬璁，范抒宁，Hyunjoo Lee，Dongyul Kim，Mario Bastianelli，

Ivi Diamantopoulou，Zach Grzybowski，Elvira Hoxha，Aymar Mari?o-Maza，邓一泓

结构工程师：Simpson Gumpertz & Heger（SGH）+ F&M Ingegneria

幕墙顾问：Elite Facade Consultants + ATLV

机电顾问：北京清尚+ F&M Ingegneria

项目总负责：苏丹

项目总监：张月、杜异

展陈设计：周艳阳、师丹青、冼枫

景观设计：崔笑声

室内设计：汪建松

灯光设计：杜异、刘晓希

视觉传达：顾欣

基地面积：4 590m2

建筑面积：3 500m2

设计/建成时间：2013/2015