基于地质博物馆建筑设计探究——以贵州省地质博物馆为例

雷杰义

（贵州省建筑设计研究院有限公司，贵州贵阳 550000）

0 引言

此前，贵州是全国少有的未建省级地质博物馆的省份之一，这与贵州矿产资源大省、沉积岩王国、古生物化石王国、岩溶喀斯特王国的地位极不相称。1949 年以来，贵州省投入了大量人力、物力、财力进行了大规模的地质矿产资源勘查，汇集了成千上万地质工作者的辛勤劳动和智慧结晶，形成了价值上千亿元的地质资料，但由于历史原因未建地质资料库，大部分散落保管在各处不安全地方。为改变这一状况，2015 年6 月，地质博物馆项目开始正式建设。本文就贵州省地质博物馆的建筑设计进行了探讨。

1 项目建设概况

贵州省地质资料馆暨地质博物馆建设项目总建筑面积40004.5m2，建设总投资2.8 亿元。地上7 层约26793.6m2，地下2 层共13213m2，建筑总高度33.3m，工程结构形式为现浇钢筋混凝土加钢支心支撑结构。

项目建成后将成为展示贵州地质文化、再现地球沧海桑田地质变迁的地球科学文化的窗口，也将为贵州省的地球科普教育、古生物化石保护、珍贵地质资料保护、开发、利用产生巨大推动作用。同时将助推贵州省文化旅游发展，提升贵州文化形象。贵州省地质资料馆暨地质博物馆区位如图1 所示。

图1 贵州省地质资料馆暨地质博物馆区位

2 贵州地质博物馆建筑设计特点

2.1 设计理念

设计理念新颖、建筑造型独特[1]。立面和平面都寓意“黔之石”，并让人联想到梵净山“蘑菇石”；也神似汉语拼音“GZ”的缩写；屋面退台处理寓意贵州梯田地貌，工程系统集成协调难度大。机电与安装专业系统集成，建筑造型复杂，机电与安装各专业穿插复杂、协作烦琐，综合性强，协调量大。钢结构异形多、跨度大，施工难度大。钢结构外挑长度达18.7m，空中连廊长25.4m，最大跨度39m，对测量定位、吊装施工、空中焊接等技术要求高。外墙幕墙质量控制难。外墙分为玻璃幕墙、金属幕墙及石材幕墙3 种，主要是蜂窝铝板+花岗岩复合新型石材幕墙，向内外倾斜度达到-20°~17°，三维空间测量定位和施工精度控制技术要求极高。

2.2 总体布局与空间形态

建筑布局很好的处理了建筑与城市的关系，项目位于两条城市主干道的交汇处，用地呈三角状。布局上首要考虑退让出开阔的公共活动空间，在道路交汇处设置大型景观广场，同时也作为博物馆的入口广场和主要形象展示空间。建筑主要形象面进行大跨度洞口灰空间的处理，通过该洞口灰空间使城市景观广场能与建筑西南侧的山丘发生联系，“望得见山，记得住乡愁”。贵州省地质资料馆暨地质博物馆设计效果如图2所示。

图2 贵州省地质资料馆暨地质博物馆设计效果

3 建筑形体的实现

建筑形体设计立意贵州梵净山蘑菇石，造型独特，各立面倾斜，结构顶部采用大跨度连体及大悬挑，使建筑具有强烈的视觉冲击力。

为达到建筑设计效果，结构单体一采用“钢框架—中心”支撑结构，顶部两层采用大跨桁架实现连体，并采用伸臂桁架根据建筑立面造型外挑。

由于建筑造型独特，建筑室内空间复杂，为了同时满足建筑形体和使用空间，对设备管道的综合设计带来很大挑战。同时，钢结构部分结构形式采用了“钢框架—中心”支撑结构，造成结构内部支撑布置众多，结构内部空间关系复杂，对各专业间协同设计极为困难[2]。

对于地质博物馆高大空间，常规的喷淋系统无法满足消防需求；在会展功能区的相关用电负荷的预留及智能化的合理规划等都是本次设计重点和难点。

4 地质博物馆建筑功能布局

4.1 功能与流线的高度契合

集博物馆展示、地质资料储存、综合业务用房和报告厅等多种功能为一体的综合性博览建筑。设计对不同性质的功能区、交通流线、管理、交流、展示等各方面进行分析研究，以寻求整体布局的效益最大化，同时保证各功能区之间便捷的联系与交流。

基地东侧道路为城市主要交通干道，人流较大，是建筑的主要形象展示面，故将博物馆展馆部分沿东侧布置，与城市紧密联系，同时与用地东侧的贵阳奥体中心遥相呼应；地质资料馆布置在用地北侧，相对安静独立，利于资料储存研究。多功能报告厅与配套服务用房布置于建筑中部，便于对外交流与联系，建筑洞口灰空间的上部为综合业务管理用房，利于对博物馆和资料馆的管理、联系。各个功能块分区明确，流线组织自成体系，既互不干扰，又便于联系。

4.2 神秘贵州厅设计

神秘贵州厅位于建筑一层。贵州的地质历史长达14 亿年之久，经历了复杂多样的地质环境，不同的地质环境造就了形形色色的生物面貌。贵州的地层完好地保存了这些地质历史中匆匆的时间过客，为多彩贵州增添了大量丰富多彩的精美化石，讲述着贵州地质历史中轰轰烈烈的远古故事，记录了生命进行曲中的精彩乐章。其中有很多化石群已经进入了国际古生物化石的宝典，成为世界知名的古生物群落。其中“瓮安生物群”作为全球独一无二的早期生命化石产地，以及三叠纪“龙的故乡”两部分内容，成为本厅展示内容的两大主题亮点。

4.3 多彩贵州厅

多彩贵州厅位于建筑二层。14 亿年的地质历史造就了美丽而神奇的贵州大地，不仅拥完整的地质遗迹和丰富的矿产资源，还孕育出了无数美轮美奂的自然奇观：神秘的喀斯特、绚丽的丹霞、美到窒息的自然保护区等景观，都诠释了贵州“八山一水一分田”的美谈。贵州山秀水美，气候凉爽，是国内“自然风景”旅游的绝佳选择。正所谓“仁者乐山，智者乐水”，贵州风景兼具山秀、水美两个特点，最大限度的诠释了最淳朴的自然之美。走进“喀斯特王国”和享誉世界的旅游资源是本厅的设计重点。

4.4 富饶贵州厅

富饶贵州厅位于建筑二层。贵州具有优良的成矿地质条件，使得其矿产资源丰富、分布广泛、门类齐全、成为全国矿产资源大省。其保有矿产资源储量位于全国前列。目前已建成中国南方的重要产能基地。遵循“黔矿之富、黔矿之优、黔矿之用”和“石之美、石之成、石之传”两大展示思路，揭示贵州矿产资源的富饶、优势、用途之奥秘，以及观赏石“因美探其成”的赏石文化之传承。

4.5 奋进贵州厅

奋进贵州厅位于建筑二层。贵州的土地管理、矿产开发、地理测绘有着悠久的历史。中华人民共和国成立以后，广大国土人、地质人、测绘人默默无闻地从事着国土管理、地质调查、基础测绘、矿产资源开发等事业，凭借现代科学技术，用智慧和汗水逐渐打开地下和地面的资源宝库，描绘出无与伦比的壮美画卷，为国家经济建设和社会发展作出了卓越贡献！以“发展历程、重大事件”为背景，突出重大事件、光辉事迹、模范人物、科研成就，彰显历史文化。

4.6 飞行影院

飞行影院位于建筑一层。按照目前国内先进的飞行影院技术，利用球幕结构和动感座椅，模拟风、雨、雷、电、雪等辅助手段，配以专门制作的8min 左右时长的多彩贵州风光片，使观众体验贵州省境内最现代化、最具震撼性的身临其境的全景5D 现场，助力打造成为贵阳市新的亮点和旅游目的地。

5 地质博物馆建筑设计效果

5.1 建筑造型与流线、功能的结合

通过限制条件及使用需求的分析，在并不充裕的V 字形场地上放置一块“巨型灵石”，建筑通过在道路转角处退让出足够宽敞的城市开放空间，通过两支沿城市道路交叉口两侧延展裙房使其悬空并形成喀斯特地貌“洞”特点，将建筑功能的分区与人流的引导巧妙的结合在一起。同时，利用岩石退阶的造型，建筑各功能区域关系相对独立且又联系紧密；设计以“蘑菇石”为造型特点，将博物馆参观流线、对外服务流线、业务技术区流线以及档案库房流线进行统筹分析，通过疏散人数的计算将人流量进行拆分，把参观人员按不同楼层进行疏散。采用BIM 全专业协同设计，将建筑设计形式与内容高度一致，体现出文化建筑的艺术效果[3]。

地质博物馆采用钢框架中心支撑结构，结构最大连体跨度33.6m，最大悬挑20m，超限项目达6 项，超限结构设计采用钢框架支撑体系，结构体型复杂，同时存在大悬挑结构、连体、平面不规则、超限情况，结构为实现建筑造型布了置众多的钢斜撑。抗震性能化设计首先应用专业软件进行了抗连续性倒塌、弹塑性时程等经多项分析验算，保证了结构的可靠性。

5.2 复杂立面外装设计

通过大量的调研，每块蜂窝石材采用同一座山并按照山体原始断面的纹理整体对建筑立面石材进行分格划分，得到“岩石”最原始最真实的观感，体现“地质博物”的特征。通过revit、tekla 等BIM 技术手段，通过统筹配合共同优化，将斜撑问题不仅未对建筑使用功能造成影响，反而营造出独特的韵律感，突显了特殊的结构美感。

针对贵州地质博物馆倾斜外墙，采用轻质节能复合墙板，轻质墙板由粉煤灰、硅酸盐水泥、聚苯乙烯EPS泡沫颗粒、硅酸钙面板组成，天然重度≤7kN/m2。石材幕墙采用开缝式，石材板为28mm 厚石材蜂窝铝板，相较于传统石材板重量仅为1/3，与外墙轻质墙板共用钢龙骨形成整合的外墙体系，既满足外立面倾斜效果也满保证了轻质节能的要求。

6 地质博物馆建筑设计新技术应用和创新

6.1 新工艺应用

空调系统采用双冷源技术，分别由冷水机组（中温冷冻水为14~19℃）、直接蒸发冷源系统，实现温、湿度的独立控制，系统能效比高，制冷COP 值高达10[4]。

6.2 新设备应用

采用方形鼓风式逆流冷却塔，转轮除湿式恒温恒湿空调机组，热泵式转轮式热回收机组等适宜的新设备有效降低空调系统能耗。在智能化系统及用电负荷的预留方面，对预留负荷进行了合理规划，而智能化相关设备预留考虑后期扩展空间[5]。

6.3 新技术应用

采 用Revit、Vasari 和Green Building Studio 等 软件，设计阶段采用全BIM 正向设计，并在施工阶段配合建立可视化项目协同管理平台，将各参建单位协同实施；通过Fuzor、UE4 的VR 技术，以及Navisworks 的碰撞检测，与设计进行协同交流，将复杂的形体与机电布置充分理解并顺利实施。

7 结语

目前，贵州省地质博物馆已经竣工开放，博物馆等文化设施如今越来越受到人民大众的关注，其建筑设计的发展是一个长期的研究课题。为此，不断探索地质博物馆基本标准和规范，逐渐形成以创造性占主导地位的建筑设计模式，要借鉴国内外先进的地质博物馆的建筑设计经验，从发扬我国民族文化的立场出发，进行开拓创造，创建具有中国地质博物馆馆的建筑特色，要与时俱进，在民族传统文化与西方现代文化的碰撞中去寻找活力，谋得新的发展，获得具有时代特色的设计感悟。