建筑技术与建筑造型的相互融合——以广州天气雷达站改建项目为例

全星

（广东省建筑设计研究院有限公司，广东广州 510010）

0 引言

传统气象站以观测功能为主，建筑高度基本为30m 左右，体量敦实。近现代气象塔随着技术的进步及功能的需求逐步增高，造型更趋向于多元，有一定的形象作用。现代的气象站高度接近100m，有了更多的地域性和精神内涵。从气象站的发展历程我们可以看到技术的进步，那么188m 的气象塔究竟应该是什么样？如何达到这样的高度下气象站要求的设备稳定性，以及地域范围内人们对它造型的期待成了广州天气雷达站改建项目的难题。翻阅无数资料，搜索国内外，至今未发现有前例可寻，188m高度的气象站攻克重重困难后将成为世界第一例，将会给后行探索者无限思路。那么188m 的气象塔建成后能带来什么？在限定的条件下产生的气象塔建成后能解放区域范围内的容积率，释放周边土地价值，带动区域周边发展。

1 项目概况

广州天气雷达站改建项目位于番禺区大镇岗山顶处（原广州市天气雷达基地旁），用地西侧邻近城市主干道番禺大道，南侧面向兴业大道。建设用地局促，场地高差大，用地周边被林地覆盖。大镇岗山顶处海拔高度147.25m，拟建雷达站设计高度突破180m，建成后海拔高度将超过300m。新建广州天气雷达站与广州塔隔江相望，又位于番禺区万博中心主轴线上，建成后将成为标志性的区域建筑。

由于万博地区部分建筑物海拔高度超过200m，已高于广州气象雷达高度，对现有雷达数据接收产生破坏，雷达数据接收的破坏使万博商务中心部分建筑物建设停滞，阻碍周边区域的发展，因此建设新的天气雷达站迫在眉睫。

2 设计理念

设计提取中国舞狮活动中的一个固定环节“采青”为设计寓意。“采青”是舞狮活动的高潮，在舞狮过程中，“狮子”通过一系列的套路表演，登高采摘“利是”寓意四方安宁、祥和喜庆，登高者图得平安吉利、强壮生猛。“采青”的这一寓意与气象塔保国泰民安、风调雨顺的寓意不谋而合。取“采青”中舞狮登高之势，与塔身造型循环上升的趋势暗合。塔身循环不断螺旋登高步梯，象征着生生不息的动态，上升到最高处寓意登顶、望远、取得圆满。

3 项目难点

本项目有两大突出难点，第一点为建筑技术如何实现雷达站设备的使用要求，如何使结构谐振频率大于1Hz 的需求，第二点为如何让建筑造型成为标志性区域建筑。

根据CINRAD/SA-D 雷达天线系统对建筑物的接口要求，建筑物（安装上天线系统装置后）谐振频率大于1Hz 以及安装天线系统装置的平台塔的摇摆速度小于1m/s（在风速大于25m/s），即结构的自振周期必须不超过1s，才能保证雷达正常使用要求。目前世界上并无超过180m 高的雷达站先例，且暂无百米雷达站满足结构谐振频率大于1Hz 的需求，这无形之中给结构设置了巨大的难度。

广州天气雷达站改建项目用地西侧邻近城市主干道番禺大道，南侧面向兴业大道。位于番禺区万博中心主轴线上，建成后从番禺区的主要干道上均可看到天气雷达站，将成为区域的标志性建筑。如何赋予建筑具有一定意义的标志性建筑造型成了建筑设计的又一难题。

4 特色技术

为解决面临的两大难题，设计采用了结构为建筑造型表皮的表现方式，结合复合功能及设计理念，采用将建筑技术与建筑造型相融合的手法，探索了一条新途径，解决谐振频率及标志性造型带来的困扰。

建筑技术方面，结合建筑功能及造型需求，综合考虑受力效率、安全、经济及施工的便利性。主体结构采用密柱配合螺旋斜撑及伸臂桁架外加钢筋混凝土核心筒结构体系，双重体系以抵抗水平荷载。钢架混凝土核心筒采用现浇混凝土，核心筒壁厚由底层1700mm 收至顶层500mm，底部楼层核心筒剪力墙内设置加强型钢，进一步保障主体安全的同时内筒可采用爬模快速施工。

整个气象塔底层平面为直径42m 的圆形，于30m 左右标高处逐渐收小为直径26m 的圆形，天面层高度约为170m。本气象塔的外形轮廓大致为圆形，塔身形体带有轻微的曲折变化。

混凝土内筒不仅高宽比较大，底部楼层为保证入口的使用效果还减去一部分结构体系，营造出相对宽阔的主入口效果，导致内核心筒体系的不完整。为保证建筑使用空间，混凝土核心筒厚度必须进行控制，仅依靠内筒提供的水平刚度远不能满足雷达设备运行要求，因此建筑技术上需要尽可能提高外筒的水平刚度并采取设计措施让内外筒协同工作。

经过反复多轮的小心求证及不断地研讨改进措施，从最初的建筑方案（外框筒共24 根小截面立柱+沿竖向每30m 左右一道加强环）经试算水平刚度太弱，结构自振周期超过5.0s，到通过螺旋楼梯设置的螺旋斜撑大大提升水平刚度，结构自振周期从超过5.0s 改善为2.0s 左右，面对困扰，我们通过将外立面的柱子由24 根改为32 根密柱同时结合建筑休息平台，每隔约25~30m 于加强环位置布置密而细的水平支撑，通过水平支撑使内外筒协同工作，进一步提高结构水平刚度。经过反复计算，结果还是未能理想，通过对关键节点的探讨及技术支持，我们想到了设置水平伸臂桁架的办法，于塔身1/3 的高度及其2/3 高度设置两道伸臂桁架效率最高，使内外筒更充分地协同工作。同时加大各竖向构件截面尺寸，设置加强型钢的同时优化剪力墙厚度，将结构自重沿竖向向底部集中，终于经过不停地反复推敲及试算，结构谐振频率满足设备安装要求。

建筑造型方面，整体造型以建筑技术为基础，结合“采青”的设计元素，象征节节高升、生生不息的动态。整个建筑造型以近似圆形为主题，这样无论从番禺大道还是兴业大道或者事万博中心远观气象塔都是一个完整的形象面。一节节的节点造型随着内筒往上缓缓升起，如同一颗茁壮成长的生命之树，随着向上的动势带来了登顶及取得圆满的寓意。整体空间外表皮以建筑技术和建筑造型手法相结合，营造通透的空间感受。功能以气象探测为主外，融入科普宣教、运动健身以及休闲观光的功能。用于气象探测的主要设备均放置于塔顶，塔身三层设置与气象科学相配套的气象科研和办公用房。用于科普宣教的气象博物馆设置在塔身二层，集气象科普展示、道具模拟、三维互动体验于一体的科普宣教站。首层设计步道顺势可直达二层屋面观景平台，同时也可以进入二层的科普展览区。围绕塔身设置全民健身的运动螺旋步道，整个登高步道围绕塔身循环向上，犹如在生命体中置入的血脉管道，生生不息，运动不止。在步道的中间部分间隔一定距离设置多种趣味，带来丰富的空间感受，见图1。

图1 广州天气雷达站改建项目效果展示

平面布局以“生长之树”的理念，通过有机的模块化设计，构成一个个灵活多变的空间组合。结合不同高度的休息平台平面，组合成了多变的可生长的空间模式。夜晚灯带沿着螺旋步道环绕，形成有活力的螺旋上升的光带，结合以塔体核心筒为主的纵向光带及为连接新旧建筑的横向光带，营造一颗于夜间冉冉升起的光景。新旧塔一高一矮形成对话的空间形态。在气象塔底座设置直通二层的绿化景观平台，让大镇岗的山体自然的景观渗透进气象塔，气象塔内错落布置绿化飘台，既能将绿化景观在垂直方向上得到延续，又能给登塔观光的市民一个舒适的休息空间。建筑技术与建筑造型的完美融合，通过成熟的设计手法共同为设计过程中遇到的难题提供不一样的思路，解决了硬性的雷达站设备功能要求及人们对于建筑外观的需求。

5 结语

人们对建筑功能及造型需求的提高以及人们对美的定义发生改变，去繁从简。如何通过建筑本身的美及日久弥新的设计手法去引导人们发现不一样的建筑美。建筑技术不再是深藏于建筑造型内的组成，而成为建筑造型的一部分，向人们展示建筑构成的同时又为建筑造型增加了不一样的美感，源自最原始的建筑美。建筑设计从业者在以后的建筑设计过程中应注重如何将建筑技术及建筑造型相结合，展现建筑的美的同时赋予其更多的精神内涵。