地下工程研究中心方案设计剖析

蔡小莹

(江苏龙腾工程设计股份有限公司， 江苏南京 210014)

1 项目概况

地下工程研究中心实验大楼位于中国矿业大学南湖校区东部，南湖校区位于徐州市西南部的云龙湖风景区。地下工程研究中心是中国矿业大学拥有的2个国家重点实验室中的一个，它占据的地理位置也较重要，东临校区东侧城市干线，西临校区内环形干道，北侧是在建的另一个国家重点实验室——矿业科学中心，南面遥望行政办公楼和校园东大门。总用地面积17 850 m2，总建筑面积20 350 m2，内容包括岩土力学及模拟实验大厅、地下工程实验大厅、建筑结构与材料实验大厅、道桥与爆破实验大厅四个大型高空间试验用房，以及地下工程办公实验室、学校预备用房等实验办公用房。

2 总体布局

2.1 功能分区

建筑用地为长方形，南北向长约152 m，东西向宽约117 m，地势平坦。业主要求充分考虑重点实验大厅的相对独立管理和使用，并具有一定联系的整体性，便于参观和展示；并要求学校预备用房应相对独立，有独立使用的出入口。根据业主要求，总体布局首先将建筑分为三大功能区域：最主要的国家重点实验室区、其它学科实验室区以及学校预备用房区。其中，国家重点实验室区的内容包括：岩土力学及模拟实验大厅、地下工程实验大厅、地下工程办公实验室等用房；其它学科实验室区的内容包括建筑结构与材料实验大厅、道桥与爆破实验大厅及其实验室；学校预备用房区的内容包括实验室、办公室。由此，两个庭院的格局跃然而出：国家重点实验室组成主庭院，位于用地南面，靠近校园东入口；其它学科实验室和学校预备用房组成后院，位于用地北面，占据稍次要的位置。

2.2 院落围合原则

围合原则一：地下工程办公实验楼和学校预备办公实验楼集中布置成相互连通的一座楼，加大办公实验楼的体量和气势。围合原则二：办公实验楼居用地西侧，临校内环形干道布置，西南角是从东校门沿干道过来的主视角。

2.3 方案布局分析

总共有4个实验大厅体块：约90 m×21 m的岩土力学及模拟实验大厅、约56 m×19.5 m的地下工程实验大厅、约48 m×21 m的结构与材料实验大厅、约21 m×21 m的道桥与爆破实验大厅，轨顶高度11～15 m。其中长达90 m的岩土力学及模拟实验大厅和地下工程实验大厅之间需要设置运输通道。由于用地有限，我们认为这两个最大实验大厅的布局将决定总体布局的走向。从此点出发，我们做了较为全面的总体布局方案比选，最后得出岩土力学及模拟实验大厅和地下工程实验大厅“串联布局”的方案，即这两个大厅沿南北向串联布置于用地东侧。

“串联布局”具有全面的优点：地下工程办公实验楼成L型紧贴用地南侧和西侧，其西边就是校内主干道，将预备办公实验楼布置在中间，成为两个庭院空间的分隔，它和L型的地下工程办公实验楼共同围合成一个U形的办公实验大楼；岩土力学实验大厅和地下工程实验大厅沿南北向串联布置于用地东侧，临着城市干线布置。较长的岩土力学实验大厅位于北段，跨越主庭院和后院布置。国家重点实验室的各职能空间在主庭院中均获得了展示界面。人员从主庭院进入岩土力学实验大厅的门厅后，就意味着到达了岩土力学实验大厅的空间范畴，而其位于后院的界面只开窗，不开门，可以进行视线交流，却不会影响重点实验室的独立管理和使用，不仅达到了主庭院的界面主要由国家重点实验室组成的原则，而且，岩土力学实验大厅跨越两个庭院布置的方式，使空间产生了一定的饶有趣味的模糊性，加强了构图的整体性；拥有良好的西南主视角界面(图1)。

后院的布局自然形成，院西侧为建筑结构与材料实验大厅，院北侧为道桥与爆破实验大厅，院东侧为岩土力学实验大厅的延伸。

图1 总平面

2.4 交通组织

沿建筑四周设置环形车道，交通畅通。沿校内干道分别设置主入口和学校预备用房入口，在北边的车道上设置其它学科入口和实验大厅的货物入口，在东边的车道上设置地下工程实验大厅的重型设备通道。

3 平面设计

3.1 控制轴线的形成

将主入口设在U形大楼的正中间，形成U形大楼的水平横向轴线。由于岩土力学及模拟实验大厅只有局部展示在主庭院中，为了加强它与主庭院的关系，设计拟引入了一条倾斜的轴线，加大岩土力学实验大厅与主庭院的空间关系，同时使此轴线与西边的现状建筑平行，与西边现状建筑空间形成呼应。在两条轴线的交点布置试验器材展示厅，倾斜布置的椭圆形展示厅实现了斜向轴线的产生。在斜轴线上还设置了国家重点试验大厅的门厅空间，此门厅与实验大楼主入口门厅之间通过沿斜轴线展开的连廊相通，交通便捷，空间丰富(图2)。

图2 空间布局分析

3.2 平面功能布局

(1)办公实验大楼的底层布置5 m层高的实验室一，主庭院中间布置了椭圆形展示厅，沿椭圆形展示厅设有一圈回廊，从门厅经过回廊及斜连廊，就到达了国家重点试验大厅的门厅(图3)。从此门厅可以方便地进入岩土力学及模拟实验大厅、地下工程实验大厅。办公实验大楼的2层为普通层高的实验室二。3～5层按楼层分别布置各研究、办公及会议等房间。其中，3、4层为教授与研究生工作室和供教授使用的空中庭院，5层为办公室、多媒体教室、会议及研讨室、空中庭院上空，面积较大，层高较高的120人报告厅布置在西南角，为造型设计埋下伏笔。

图3 主庭院人视图

(2) 其它学科实验室在北侧设有共同入口及门厅，从此门厅可方便地进入结构与材料实验大厅及其试验用房、道桥与爆破实验大厅及其实验用房(图4)。

(3)绿化景观和公共空间设计。

主庭院的景观主题为水景庭院，在一层展示厅回廊的周围设置一圈水池，内设喷泉，活动的水景活跃了主庭院的气氛。后院尺度较小，中间种植四季花草树木，是一处安静小巧的院落空间，两个院落通过宽阔的架空通道相连。

在3、4层的教授工作室旁边设计了空中庭院，为教授提供了便利的休息、交流空间，把绿化融入到大楼内部，丰富了绿化景观，西边众多的空中庭院及其上空，把偏西朝向不好的房间转化成了偏南朝向好的房间(图5)。

图4 一层平面

图5 三层平面

4 造型设计

4.1 形式的确定

由于本建筑是校区内的标志性建筑之一，地理位置较为重要，造型拟定位在与周边建筑协调的基础上形成一定的特色。分析周边现有建筑，西边的已建建筑均位于校内环形干道以内，风格比较统一。而北边的在建矿业科学中心与本建筑的地理位置一致，均夹在城市干线和校内干道之间，其风格有所不同，运用了上下两种色彩的不同处理手法，更加坚信了我们的造型定位，以形成丰富整齐的城市道路景观，而与矿业科学中心的协调将通过色彩来完成，即建筑上部处理为白色，下部处理为泛蓝的深色(图6)。

图6 鸟瞰夜景

4.2 立面造型

3～5层的办公部分需要设计空调室外机的位置，对这部分的立面处理，我们把空调搁板、遮阳和凹凸窗户结合起来

组成相同的立面构图元素。通长的悬挑板一部分作为空调搁板之用，其余部分作为水平遮阳板，在上下层水平遮阳板之间设置等距的垂直遮阳板，窗户沿垂直遮阳板一凹一凸间隔布置，同时限定出室外空调机位。把这个立面构图单元重复展开，形成较强的韵律感。同时，上下层的空调机位在沿轴线处一左一右错开布置，使上下层的多孔金属板以及凹凸窗的位置上下错开，形成丰富的立面阴影，立面设计充满跳动的韵律感，表达了地下工程研究中心学科的活跃和朝气，加上局部漏空的教授空中庭院的点缀，获得了非常丰富的立面效果而又不失整齐，所有立面元素均被统一在了水平遮阳板构成的四条通长的水平线内。这部分的色彩为白色。

办公实验楼1、2层的实验室部分的外墙为泛蓝的深色面砖，不需要设计空调，层高较高，立面以简洁的竖条窗重复排开，1、2层的竖条窗错开排列，与办公部分立面的处理手法取得默契(图7)。

图7 西南角视图