“蝴蝶”九問(wèn)
——第十屆中國(guó)花卉博覽會(huì)世紀(jì)館的設(shè)計(jì)策略復(fù)盤(pán)

楊明 朱力元 Yang Ming Zhu Liyuan

對(duì)建筑師來(lái)說(shuō)，涉及描畫(huà)具象生命形廓的建筑必是其最不愿面對(duì)的命題設(shè)計(jì)之一，不僅難在項(xiàng)目的空間尺度和功能匹配，更難在如何用建筑的語(yǔ)匯解讀自然的先驗(yàn)邏輯。這類項(xiàng)目，成未必驚艷，敗則定然驚悚，屬于“相當(dāng)燙手的山芋”，素為建筑師所敬而遠(yuǎn)避。而我們，有幸碰到了。

2018年，第十屆中國(guó)花卉博覽會(huì)確定于2021年5——7月在上海崇明島舉行，我們被選中設(shè)計(jì)其中展示特色植物的世紀(jì)館。這是一座由景觀規(guī)劃確定的巨大地景建筑，位于花博會(huì)園區(qū)南入口的中軸線上，東西長(zhǎng)度近300m。對(duì)應(yīng)著“蝶戀花”的景觀主題，它的頂部覆土花園需要由五彩繽紛的花卉構(gòu)成一只清晰的蝴蝶形廓。建筑的詩(shī)文寓意雖然貼切生動(dòng)，但設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)也因此而生。如何回應(yīng)帶有具象生命形廓要求的前置命題，設(shè)計(jì)切入的頭緒很多，糾結(jié)也很多。作為思考的回溯，我們以“蝴蝶”九問(wèn)的方式全景復(fù)盤(pán)世紀(jì)館的建筑設(shè)計(jì)策略，同時(shí)探討對(duì)建筑中“具象”問(wèn)題的思考。

問(wèn)一 蝴蝶如何走向建筑？

面對(duì)這樣一個(gè)前置性的建筑象形挑戰(zhàn)，我們最初的反應(yīng)是要么勸說(shuō)業(yè)主徹底弱化主題的意象強(qiáng)度，要么采用純粹的抽象形態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)譯建構(gòu)，這樣才有可能將具象的蝴蝶形廓與建筑結(jié)合起來(lái)。然而，業(yè)主對(duì)這些形態(tài)策略均表示難以理解和接受，這讓我們意識(shí)到設(shè)計(jì)破題的關(guān)鍵也許并不在于題目給出的具象訴求，而是在于建筑師需要找到一種不同以往的設(shè)計(jì)視角和心態(tài)。

作為建筑師，我們對(duì)先于自身思考而成的具象形態(tài)有著下意識(shí)的職業(yè)抵觸和心理忌憚，很難從日常建筑的使用角度來(lái)看待它的場(chǎng)所合理性和功能可行性。我們可以向廚師烹飪學(xué)習(xí)，既然食材和裝盤(pán)式樣都已由他人代為選擇，烹飪的功夫就應(yīng)該用在對(duì)過(guò)程之法的創(chuàng)造上。庖丁解牛，目中只需有牛而無(wú)需全牛。設(shè)計(jì)建筑，可以用具象之形的生成邏輯作線索，對(duì)建筑進(jìn)行脫胎換骨的多樣重構(gòu)，即使外觀相仿，而最終的空間氣質(zhì)也可諸般不同。

所以，從蝴蝶走向建筑的破題之道其實(shí)只有一種，就是抽象，用空間解析手法將具象的生命之形與具體的建筑功用協(xié)調(diào)起來(lái)。這種可稱作“寫(xiě)意”的設(shè)計(jì)手法知易行難，最大的難點(diǎn)是如何在建筑成型之前預(yù)先建立起一套控制建筑形態(tài)表達(dá)的實(shí)體邏輯，用以恰當(dāng)平衡具形與抽象之間的分寸。這一實(shí)體邏輯一旦模糊，“寫(xiě)意”則會(huì)流于隨意的對(duì)象取悅和形態(tài)想象，無(wú)法突破具象之形所帶來(lái)的心理壓力和精神束縛。

1 “蝶戀花”蝴蝶形廓

問(wèn)二 蝴蝶與人的尺度關(guān)系怎樣？

如果一只螞蟻被放大到大象的尺寸，將給人帶來(lái)巨大的視覺(jué)沖擊和恐懼感。這是因?yàn)槲覀円宰陨硇误w作為生存想象和評(píng)價(jià)的標(biāo)尺，對(duì)熟悉的日常事物的尺度突變都會(huì)產(chǎn)生基于生物本底安全意識(shí)的不適反應(yīng)。對(duì)于世紀(jì)館這樣涉及具象生命之形的建筑而言，要消解3cm自然原型和300m人工造物之間突兀的聯(lián)想感受，通常可以有兩種手段：一種是建立尺度階梯，通過(guò)整體或局部的多級(jí)“近似”形成一種可供關(guān)聯(lián)把握的認(rèn)知途徑，這種情況在以單元模數(shù)為基礎(chǔ)的諸多中國(guó)傳統(tǒng)建筑實(shí)踐中可以見(jiàn)到，而在以巴塞羅那的城市環(huán)境為背景，研究高迪建筑的特異風(fēng)格時(shí)也能夠得到類似的認(rèn)知；另外一種手段是建立陌生感，使這兩種差異尺度的事物都獲得自身的認(rèn)知參照和評(píng)價(jià)依據(jù)，自然歸自然，人工歸人工，彼此獨(dú)立，然后才因?yàn)樗鼈兊男螒B(tài)相似性而被關(guān)聯(lián)討論。

這兩種手段如何選擇，取決于建筑物是否與其環(huán)境具有強(qiáng)烈的群體聯(lián)系或形式因果，強(qiáng)則取前，弱則取后。世紀(jì)館作為花博會(huì)園區(qū)內(nèi)最獨(dú)特的核心展館，在環(huán)境中具有與眾不同的節(jié)點(diǎn)定位，需要被個(gè)性化表達(dá)，故而設(shè)計(jì)采用了第二種方式，盡量使它成為一只可與其生物原型并置認(rèn)知的新物種蝴蝶。實(shí)踐證明這是一次正確的選擇，使用者會(huì)更多地關(guān)注它作為建筑的新穎性，而非其與真實(shí)蝴蝶的相似度。

2 接近完工的世紀(jì)館3 “蝴蝶”的真實(shí)尺度

問(wèn)三 蝴蝶形廓的控制邏輯在哪里？

作為一座功能型的覆土景觀建筑，世紀(jì)館首先提供的是大尺度的多功能展廳，需要在覆土條件下建立足夠高敞的室內(nèi)外空間，用以容納特色花卉的實(shí)物與虛擬展示功能，其背覆的蝴蝶形花草圖案可視為基于屋面功能性構(gòu)造的美觀修飾。其次，作為40m寬入園中軸通道的第一個(gè)重要空間節(jié)點(diǎn)，世紀(jì)館需要展示出跨路連通的開(kāi)闊氣勢(shì)和花丘起伏綿延的舒緩姿態(tài)。為此，設(shè)計(jì)建立了一種強(qiáng)調(diào)“大觀”的抽象視覺(jué)系統(tǒng)，通過(guò)凸顯大尺度結(jié)構(gòu)構(gòu)件的“奇景”和簡(jiǎn)化空間實(shí)體的尺度細(xì)節(jié)來(lái)塑造建筑氣質(zhì)。豎直方向上頂天立地的通高搖擺柱陣列傳遞了人工造物的偉力和技術(shù)風(fēng)骨，而水平方向上數(shù)百米起伏連貫的曲線輪廓和幾處看似隨意的屋面開(kāi)口則是向自然造物表達(dá)致敬，體現(xiàn)建筑對(duì)具象主題的“抽象”物化。基于力學(xué)體系，世紀(jì)館有著清晰、堅(jiān)實(shí)的形態(tài)控制邏輯，它作為建筑與真實(shí)蝴蝶的關(guān)聯(lián)體，對(duì)應(yīng)出一種讓人莞爾一笑的萌差聯(lián)想和相識(shí)默契。

4 一層平面圖5 功能體塊替換系統(tǒng)

問(wèn)四 蝴蝶殼體結(jié)構(gòu)的選擇依據(jù)為何？

既然確定以結(jié)構(gòu)體系為基礎(chǔ)呈現(xiàn)世紀(jì)館的主題形態(tài)，設(shè)計(jì)上就需要尋求一種盡可能“天然”的結(jié)構(gòu)形式，以適應(yīng)場(chǎng)館整體坡面覆土的“天然”受力狀態(tài)，薄殼結(jié)構(gòu)的柔和曲度及其天生的抗壓屬性是最佳的選擇。殼體的優(yōu)勢(shì)首先在于它對(duì)曲面的適應(yīng)性，可以使屋蓋大部分區(qū)域以整體板面的形式呈現(xiàn)，避免了錯(cuò)綜復(fù)雜的曲線梁體；其次，殼體能夠充分發(fā)揮混凝土的抗壓潛力，用最小的結(jié)構(gòu)尺寸獲得最大的承載力與跨度。受壓狀態(tài)的混凝土有助于改善開(kāi)裂屬性，可以有效提升大面積覆土屋面的抗?jié)B性。

世紀(jì)館有著國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的預(yù)應(yīng)力自平衡超大跨度自由邊界混凝土薄殼結(jié)構(gòu)，也是目前國(guó)內(nèi)跨度最大的自由曲面混凝土殼體，平均厚度250mm。殼體邊緣由隱藏于屋面覆土層內(nèi)的上翻梁限定，可以使面向公眾視線的殼體下表面呈現(xiàn)出連續(xù)平滑的曲面。這種“有選擇性地呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)”去除了所有與“大觀”感受無(wú)關(guān)的細(xì)碎信息，只保留單一的大尺度空間效果，提煉主題意境的同時(shí)也使結(jié)構(gòu)控制的形態(tài)邏輯得以更清晰地展現(xiàn)。

6 永久的殼體與可替換的展廳7 世紀(jì)館主軸上的連橋

問(wèn)五 蝴蝶翼上開(kāi)孔與翼下設(shè)柱的規(guī)則是什么？

從參觀者的仰觀視角出發(fā)，世紀(jì)館保持曲面殼體整體表現(xiàn)力的關(guān)鍵是如何規(guī)避展示空間所需設(shè)備和管線形成的負(fù)面視覺(jué)制約。在地埋式綜合管溝解決了大部分管線穿越問(wèn)題后，我們?cè)诤麅梢碇行牟贾昧怂膫€(gè)不對(duì)稱的屋面開(kāi)口。開(kāi)口的設(shè)置在化解超尺度覆蓋面積、為翼下庭院引入自然采光的同時(shí)，也在規(guī)范層面上使兩翼之下的公共空間被定義為室外安全區(qū)，并由此從根源上免除了屋面下設(shè)置消防噴淋系統(tǒng)帶來(lái)的不良觀感。“不對(duì)稱”的格局，超越了對(duì)蝴蝶自然形態(tài)的簡(jiǎn)單模擬，使四個(gè)開(kāi)放庭院呈現(xiàn)不同的主題特征，既豐富了水平空間的視覺(jué)層次感，又減少了設(shè)備造價(jià)。

對(duì)于上部覆土、下部完全開(kāi)敞的世紀(jì)館來(lái)說(shuō)，支持屋面的搖擺柱陣列構(gòu)成了唯一的“立面”。依據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)置的88根搖擺柱高6～12m不等，保持著1:28左右的高徑比，貌似隨意的選位營(yíng)造出一片“樹(shù)林”的意象。作為一層寬宥松弛的空間界面，搖擺柱陣列用一道虛擬的屏障限定了參觀管理的內(nèi)外部場(chǎng)域，穿越高高的“樹(shù)林”抵達(dá)林中陽(yáng)光燦爛的庭院即是參觀世紀(jì)館的正確打開(kāi)方式。

8 世紀(jì)館的結(jié)構(gòu)體系9 連續(xù)拱殼生成與優(yōu)化

問(wèn)六 蝴蝶形廓如何進(jìn)行數(shù)字化找形？

世紀(jì)館的美感來(lái)自于薄殼屋頂起伏延展的柔和流暢，而打造連續(xù)拱殼的技術(shù)難點(diǎn)則在于對(duì)拱殼輪廓趨勢(shì)的推導(dǎo)研磨。如何控制薄殼橫斷面的矢跨比，使展館屋蓋各處都能滿足造型流暢性、凈高舒適性、排水合理性、結(jié)構(gòu)安全性等組合因素的要求，是設(shè)計(jì)過(guò)程中最考驗(yàn)建筑技巧和專業(yè)協(xié)同的一步。

實(shí)際的數(shù)字找形以滿足空間凈高需求為初始依據(jù)，先由建筑師生成殼體原型，結(jié)構(gòu)工程師隨后以其為基礎(chǔ)進(jìn)行系統(tǒng)性定量力學(xué)分析，通過(guò)“逆吊法”與“薄膜法”共同配合進(jìn)行結(jié)構(gòu)找形驗(yàn)算，再將結(jié)果反饋給建筑師進(jìn)行局部修正。在修正過(guò)程中，自由曲面的連續(xù)性變化會(huì)導(dǎo)致修正結(jié)果產(chǎn)生不定向偏差，而蝴蝶形廓的自由邊界、不對(duì)稱開(kāi)口又使計(jì)算與驗(yàn)證的迭代難度增加，需要進(jìn)行反復(fù)的變量設(shè)定才能最終得到滿足各項(xiàng)需求指標(biāo)的結(jié)果。這一數(shù)字程序輔助找形的過(guò)程實(shí)際上更像是逐層遞進(jìn)的“手工打磨”。殼體原型在各專業(yè)人員不斷地參數(shù)修正下逐漸演變?yōu)楦黜?xiàng)均好的“定型”，完成后的數(shù)字“定型”還可以根據(jù)需要被分解成結(jié)構(gòu)受力、板底輪廓、排水找坡等多個(gè)不同的合理曲面形廓。

問(wèn)七 蝴蝶的屋面施工難么？

清水混凝土自由曲面的施工是相對(duì)高精度、高成本、長(zhǎng)周期的工作，也是世紀(jì)館工程成功與否的關(guān)鍵。但項(xiàng)目建造面臨的現(xiàn)實(shí)情況是不到9個(gè)月的工期、崇明地區(qū)不完善的施工技術(shù)條件以及嚴(yán)格受限的建造成本，這就迫使世紀(jì)館屋面施工采用了一條更為簡(jiǎn)單但卻比較笨拙的“捷徑”。

在前端的支模工序中，施工現(xiàn)場(chǎng)采用了“針尖法”定義整個(gè)曲面的坐標(biāo)。0.8m×0.8m的坐標(biāo)網(wǎng)上密布腳手鋼管逐點(diǎn)模擬高程，總共3萬(wàn)多個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)形成的“針尖陣”漸變放樣出蝴蝶兩翼殼體的曲面形態(tài)。在此基礎(chǔ)上，雙層模板也使用針對(duì)自由曲面的適應(yīng)性排布，內(nèi)層125mm×1 500mm的窄條模板錯(cuò)縫搭接，使人在近距離仰望時(shí)既能感受到曲面的整體連續(xù)性，又能察覺(jué)出混凝土表面的質(zhì)感紋理；外層900mm×1 800mm的寬面模板用來(lái)增加模板體系的支撐強(qiáng)度，最大程度地限制灌漿澆筑時(shí)的凹陷形變。

在后端的澆筑工序中，世紀(jì)館2 萬(wàn)m2的巨大屋面被劃分成7個(gè)區(qū)域，分段分步地施加了40 000kN的超大預(yù)應(yīng)力，用以約束殼體的自由端。施工從蝴蝶兩翼向中間推進(jìn)，先施加60%的預(yù)應(yīng)力，穩(wěn)定之后拆除底部支撐與模板，再敷設(shè)60%的覆土，利用覆土的自重使結(jié)構(gòu)變形趨于穩(wěn)定，之后重復(fù)前述步驟使預(yù)應(yīng)力達(dá)到80%，最后再達(dá)到100%。如此緩步增加的預(yù)應(yīng)力使殼體經(jīng)歷了逐漸“變強(qiáng)”的過(guò)程，以四個(gè)月的“適應(yīng)期”為代價(jià)，巨大的蝴蝶形殼體得以安全地呈現(xiàn)出來(lái)。

10 曲面空間與搖擺柱陣

11 搖擺柱墻身節(jié)點(diǎn)

問(wèn)八 蝴蝶是彩色還是綠色？

世紀(jì)館作為花博會(huì)園區(qū)內(nèi)的核心展示建筑，除了形態(tài)上回應(yīng)“蝶戀花”的主題意象外，還必須在建筑技術(shù)層面響應(yīng)“生態(tài)辦博、節(jié)儉辦博、科技辦博”的客觀要求。雖然蝴蝶的外觀絢麗多彩，但它的建筑本體必需“健康綠色”。好在作為一座覆土建筑，世紀(jì)館有著綠色建筑節(jié)能耐候的天然底色，我們也因勢(shì)利導(dǎo)，著重凸顯它的氣候適應(yīng)屬性和功能可變特點(diǎn)，實(shí)施了“以被動(dòng)引導(dǎo)主動(dòng)”的綠色技術(shù)應(yīng)用策略。

在覆土建筑的基礎(chǔ)上，世紀(jì)館利用巨大的覆蓋陰影，通過(guò)對(duì)水平通道、頂部植被、光導(dǎo)采光等綠色技術(shù)的適宜性整合，重點(diǎn)突出了自然采光、自然通風(fēng)、覆土保溫對(duì)季節(jié)性建筑節(jié)能的價(jià)值。同時(shí)，建筑以未來(lái)為導(dǎo)向，結(jié)合42天會(huì)期過(guò)后改造利用的要求，將屋面殼體和搖擺柱做成基礎(chǔ)性永久結(jié)構(gòu)，而將展廳等可變功能用房設(shè)計(jì)成易于拆除替換的抽屜式部件，為建筑日后的可持續(xù)更新和全壽命綜合節(jié)材做好了準(zhǔn)備。

世紀(jì)館這只彩色的蝴蝶其實(shí)有著一副“綠色”的身心骨架。項(xiàng)目設(shè)計(jì)完成后不久，就獲得了中國(guó)綠色建筑三星標(biāo)識(shí)和美國(guó)WELL建筑標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)評(píng)金獎(jiǎng)。

12 光導(dǎo)管采光照度對(duì)比與全開(kāi)敞通風(fēng)的風(fēng)速計(jì)算

問(wèn)九 蝴蝶好看么？

對(duì)于通常的建筑而言，建成環(huán)境的優(yōu)劣與否，是以人的身體對(duì)其空間、材料細(xì)部的使用感知作為評(píng)價(jià)基礎(chǔ)的，是否好看并不具有普遍的參照標(biāo)準(zhǔn)，屬于相對(duì)次要的評(píng)價(jià)內(nèi)容，通常會(huì)被專業(yè)評(píng)價(jià)弱化或選擇性忽視。而對(duì)于涉及具象生命形廓的建筑情況則完全不同，它因一個(gè)前置的形式命題而生，參照物清晰明確，因而也就不得不回答一個(gè)宿命式的評(píng)價(jià)問(wèn)題：它好看嗎？

世紀(jì)館這只蝴蝶好不好看，現(xiàn)場(chǎng)的答案是肯定的。它因?yàn)橥癸@結(jié)構(gòu)的形態(tài)控制邏輯和難以看到全貌的空間特點(diǎn)，成功地對(duì)“建筑是否好看”進(jìn)行了判據(jù)上的分離和引導(dǎo)，從而比較輕松地實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)。其中，對(duì)真實(shí)蝴蝶形態(tài)模擬的聯(lián)想評(píng)判集中于建筑屋面種植花草是否美麗如蝶，而對(duì)建筑本身使用空間的評(píng)判則完全由屋頂下方植物展區(qū)的觀展環(huán)境所左右。也就是說(shuō)，蝴蝶是否好看，包含了建筑感受是否得體和屋面場(chǎng)景是否美觀這兩個(gè)幾乎完全分離的體驗(yàn)部分，每個(gè)部分既相對(duì)局部又相對(duì)簡(jiǎn)單可控。把握住這個(gè)特點(diǎn)，世紀(jì)館最終達(dá)成了“好看”的目標(biāo)。

13 螺旋向上的旋轉(zhuǎn)樓梯14 連橋的懸掛結(jié)構(gòu)

寫(xiě)在九問(wèn)之后

以上九個(gè)關(guān)于“蝴蝶”的提問(wèn)，是我們對(duì)世紀(jì)館設(shè)計(jì)策略的梳理。九問(wèn)之后，思路變得更加清晰。如何應(yīng)對(duì)涉及具象生命形廓的建筑，其實(shí)并沒(méi)有可靠的建筑學(xué)經(jīng)驗(yàn)可以完整參照。世紀(jì)館的設(shè)計(jì)過(guò)程，讓我們通過(guò)實(shí)際操作體會(huì)到了形態(tài)前置命題項(xiàng)目與常規(guī)意義的建筑項(xiàng)目之間的設(shè)計(jì)邏輯差異。這是一次相對(duì)陌生且略顯燒腦的建筑實(shí)踐，如同試圖從內(nèi)部探究清楚克諾索斯迷宮的邊界并最終抵達(dá)出口。值得慶幸的是，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)、尺度的解析與凸顯，我們找到了走出迷宮的線索，而最終得到的成果則突破了具象之形在建筑師思維中預(yù)設(shè)的“心魔鬼影”，把握和應(yīng)對(duì)了建筑設(shè)計(jì)的本體問(wèn)題。至于好看與否，那并不是成熟的高素質(zhì)建筑師需要特別擔(dān)心的事情。

15-20 世紀(jì)館的“生長(zhǎng)”過(guò)程

圖片來(lái)源

1,3,6,7,10 劉文毅攝影

12-14,20 劉文毅攝影

2 王華攝影

4 高心怡攝影

5,8,9,11 朱力元攝影

15,16,18 高燕楠攝影

17,19 姚璇攝影

項(xiàng)目信息

業(yè)主：光明生態(tài)島投資發(fā)展有限公司

建設(shè)地點(diǎn)：上海市崇明區(qū)東平鎮(zhèn)新建花博園區(qū)

建筑設(shè)計(jì)：華建集團(tuán)華東建筑設(shè)計(jì)研究總院

主創(chuàng)建筑師：楊明、朱力元

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)：楊明、朱力元、高心怡、呂睿琦、陳凱翔（建筑）；黃永強(qiáng)、閆澤升、張洛、楊成棟、羅遙（結(jié)構(gòu)）；沈育祥、蔡春輝（機(jī)電）；張峰華、王瓊（給排水）；楊志剛、袁浩波（暖通）；黃曉波、韋國(guó)齡、多亞帥、陳嘉豪、孫森、余杰（電氣）；繆海琳、楊春暉、王之馨、丁而學(xué)、徐潔、吳天杰（照明）；楊明、朱力元、高心怡、宿辰、孫一桐、魏江、洪啟博、江南生（室內(nèi)）

施工單位：上海建工集團(tuán)股份有限公司、

上海建工二建集團(tuán)有限公司

BIM設(shè)計(jì)：上海建筑設(shè)計(jì)研究院數(shù)字中心

綠色咨詢：上海市建筑科學(xué)研究院有限公司

展陳設(shè)計(jì)：SMG上海幻維數(shù)碼創(chuàng)意科技股份有限公司（東館）/上海辰山植物園（西館）

景觀設(shè)計(jì)/室內(nèi)深化：華建集團(tuán)上海現(xiàn)代建筑裝飾環(huán)境設(shè)計(jì)研究院有限公司

占地面積：19 484m2

建筑面積：12 348m2

設(shè)計(jì)時(shí)間：2018.10——2020.01

建成時(shí)間：2021.05

攝影：劉文毅、王華、朱力元、高心怡