大型展覽溫室設計與建設管理研究

孫 毅（上海世博文化公園建設管理有限公司，上海 200126）

大型的展覽溫室在我國起步較晚，1999 年昆明園藝博覽會我國第一座大型展覽溫室才建成。作為集游覽與科普一體的功能建筑，大型展覽溫室既是建筑的花園，也是花園的建筑，涉及專業多。而當前對展覽溫室項目的研究多為針對單一設計方向，因此非常有必要根據其獨特屬性，從跨學科綜合設計的角度進行分析。同時，由于相關展覽溫室的建設投資規模往往較大，需要與時俱進，探討大型展覽溫室的建設管理特點，采用先進建設管理手段對其建設全過程進行精細化管控。

1 工程概況

世博文化公園展覽溫室項目位于上海市浦東新我世博文化公園內，總建筑面積約 37 877.6 m2，地上約 28 925.9 m2，地下約 8 951.7 m2，由主游客中心（P1）、多肉世界館（P2）、熱帶雨林館（P3）、云之花園館（P4）、原上鋼三廠老建筑構架（P5）共 5 個建筑單體及室外游覽步道、室內懸掛步道兩個配套設施共同組成，建筑平面布置如圖1 所示。本項目 P1 建筑和老建筑構架為鋼框架，P2、P3、P4 三個溫室場館為密柱鋼框架-鋁合金屋蓋結構。其中：P2館尺寸為 90.6 m×60 m，最大跨度約 53.6 m，頂部標高約 13.7 m；P3 館 111.6 m×69.2 m，最大跨度約 44.6 m，頂部標高約 20.7 m；P4 館199.6 m×67.6 m，最大跨度約44.7 m，頂部標高約 18.0 m。三個溫室場館采用了新穎、創新的結構體系，其中 P2、P3 館屋蓋為異形張弦鋁合金空間網格結構體系，P4 館屋蓋為異形懸掛鋁合金空間網格結構體系，即鋁合金屋蓋通過吊桿懸掛在上部老建筑構架上。

圖1 建筑平面布置圖

2 大型展覽溫室設計分析

2.1 設計理念

世博文化公園溫室項目設計理念為連接傳統與未來、融合工業與自然，建設生態花園中的溫室建筑。舊的鋼鐵車間曾經是這座城市工業發展的重要催化劑，新的溫室花園將是未來城市建設的軟實力，溫室特色建筑群分為規整的老廠房構架和靈動的溫室玻璃建筑。設計秉持綠色低碳概念，保留復原舊鋼廠的構架，新設計了四個祥云狀單體溫室構建不同的自然場景和氣候。新建筑外輪廓曲線呈現出優雅的自然云狀，形成輕盈活躍的新元素，在復原呈現的規整舊鋼廠構架的中部和周邊靈巧穿插，同時通過屋面以及立面幾何圖形的變化與周邊框架的交互，呈現出金屬結構與自然有機融合的建筑意境，形成生動自然的輪廓，新與舊的建筑、虛與實的空間既對立又統一，而且所有溫室屋頂由圓形天窗組成，可使照射到植物的陽光最大化。

2.2 大型展覽溫室設計特征性要求

2.2.1 建筑外觀與空間營造要求

大型展覽溫室對建筑造型要求極高,既要滿足特征功能又要具有建筑標識性和時代性，同時要求建筑外部通透、內部簡潔明亮、空間靈活。大型展覽溫室的空間比一般室內展覽館的空間大，且不能加隔斷，需要容納下“移天縮地”的各類景觀，滿足大型植物生長空間[1]。因此大型展覽溫室建筑選型多采用大跨度空間網殼的形式，減少內部支柱，突出內部空間，并提供開闊、通透、無遮擋的視野和采光效果。

2.2.2 溫室氣候與特殊環境要求

首先溫室對氣候環境指標有很高的要求，包括適宜的溫度、濕度、光照、CO2濃度等。再次，根據不同植物特性進行土壤介質配比設計，打造最佳土壤環境是溫室園藝設計的核心技術要求。同時考慮到溫室特有的高溫、高濕環境需求，大型展覽溫室對建筑材料的耐腐蝕性有較高要求，要求建筑材料美觀、耐光照、耐腐蝕、少維護。所以使用鋁合金材料制作受力構件，采用通透性好、跨越能力強的網格結構作為結構受力體系，是溫室建筑的理想選擇[2]。

2.2.3 植物設計要求

傳統植物園溫室的首要目標是收集、展示、保育更多植物種類（品種），在某些專類植物收集上有所側重。世博大型展覽溫室植物設計的目的有所不同，它主要是通過景觀和植物吸引游客，提供良好的游覽體驗；通過優美的景觀布置、新奇特的植物種類及它們背后的故事、聲光電等綜合體驗，使游客放松身心，釋放好奇心和探索欲；通過不同環境植物的成長特點展示，沿植物進化路徑設計植物等方式實現科普和科研的功能。

2.3 大型展覽溫室關鍵技術

2.3.1 結構體系選型

（1）鋁合金結構體系特點。目前大跨度鋁合金結構均采用 Al-Mg-Si 系鋁合金材料。其優點有：①輕量化：在同樣強度下，鋁合金結構的重量只有鋼結構重量的1/3，可有效減少溫室內桿件數量，增大采光天窗面積及數量。②耐久性：無需防腐漆等表面處理即可達到建筑防腐要求，維護簡便。③施工快捷：鋁合金構配件全部由工廠標準化生產，數控制造，現場全裝配式施工，因此能夠簡化施工工藝，降低施工設備及場地要求，提高安裝速度，減少施工周期[3]。此外還具有擠壓成型、一體化、綠色環保等特點。

（2）世博展覽溫室新型結構體系。世博展覽溫室通過創造性地采用懸掛式和張弦式鋁合金結構體系實現了建筑設計要求，建筑結構具有任意幾何邊界、無曲率平屋面、異形多邊形網格等特點。溫室屋頂根據圓形采光窗布置要求形成多邊形剛性蜂窩形網格結構，并通過雙向索網張拉支撐或通過吊桿懸掛于老廠房構架下，與優美自由的建筑弧線、平面型屋面造型相適應，提供開闊、通透、無遮擋的視野和建筑采光效果。溫室外立面則采用密柱鋼框架結構，形成有規律的結構形態。建筑屋面及立面均采用一體化玻璃幕墻體系，結構構件既參與受力又是建筑造型元素，結構與建筑的一體化設計展現了建筑與技術的完美結合，結構體系如圖 2 所示。

圖2 新型密柱鋼框架—異形張弦鋁合金空間網格結構體系示意圖

新型結構體系從高性能鋁合金材料、新型桿件截面形式、新型節點等方面都進行開拓性的設計。新型“日”字形三腹板閉口截面提高了結構構件的承載性能并有效減小構件斷面，節約材料。新型鋁合金桿件結合新型節點系統的應用，確保了異形多邊形網格屋面的整體剛度，為屋面提供了大透光率，提高溫室植物的光合作用效率。幕墻、結構一體化的設計技術，有效減少了建筑層次與桿件數量，提高了建筑通透率與美觀性。

2.3.2 土壤設計技術

（1）溫室土壤介質設計。展覽溫室的土壤，物理上由四周的圍墻和地下底板及排水層分隔，與外界土壤完全隔離，空間上由溫室外殼與外界自然環境隔離。因此，溫室土壤介質必須有良好的物理和化學性狀，滿足植物長期生長所必需的一切因子。物理性狀如容重、保水性、透氣性、質地等，化學性狀如酸堿度、有機質、陰陽離子交換能力（保肥力）。

（2）主要原材料選擇與配備方法研究。篩選了風化花崗巖沙、椰糠、草炭、有機介質和火山巖碎石作為配制土壤介質的基礎原料。在介質土配制中選用安徽或江西山中自然風化形成的巖沙，pH 值 5.1～6.6，人工進行分篩，選用粒徑 2 mm 以上，這樣土壤不易板結，利于透氣排水。

通過對國內多個展覽溫室項目介質土應用情況的多次分析、對比，并根據世博溫室所種植植物對土壤的要求，參考原產地土壤理化性狀，總結出了成熟的展覽溫室介質土配比方案。多肉世界館(P 2)配制的植物均為沙生植物，其植物根系具有向下生長特性，主根深，側根廣，喜疏松透氣的特點，配備方案最終選擇配比為風化花崗巖沙∶火山巖碎石∶椰糠∶有機介質=3∶5∶2∶2。熱帶雨林館(P3)和云之花園館(P4)均為熱帶雨林植物，考慮溫室內植物的生長空間限制，日常需人為加以控制生長，故介質土內營養成分不宜過高，介質土配比為風化花崗巖沙∶火山巖碎石∶椰糠∶有機介質∶草炭=2∶3∶2∶2∶1。

2.3.3 植物品種設計世博展覽溫室花園三個溫室館涉及的有沙漠植物、天然雨林、熱帶植被等。植物品種設計原則以植物生長需求為依據，分為干旱荒漠環境和熱帶雨林環境，在每個場館內部的植物分我和布置上，綜合考慮以人為提煉的植物特征故事為主線進行植物品種選擇和種植設計。同時為打造富有吸引力和科普價值的溫室，選擇種植的植物需要珍貴、稀有、奇特和豐富多樣，而且要考慮長時間的積累和動態更新。例如，世博溫室計劃引種極度瀕危且難栽培的侏儒睡蓮、發現不久的新種邢氏水蕨、少見獨特的粘葉豆等新穎植物品種。本項目開展全球熱帶與亞熱帶的植物配置技術研究，根據不同我域的科屬特征，從選育、安全性及應用配套技術等方面著手，按展示的植物的重要程度來選擇，主要包括特色植物、基礎植物、配景植物、季節性更替植物。最終結合室內景觀布置，為園內植物打造一個原生態生長環境，并能夠讓游人身臨其境。

2.3.4 溫室環境控制

本項目通過采集植物生長影響因素指標，包括不同高度的溫度、濕度、光照、風速、土壤 pH、土壤含水率、土壤EC、澆灌用水 pH、澆灌用水 TDS 等，根據溫室植物生長要求，自動控制開窗、遮陽、冷霧、補光、灌溉、施肥等環境控制設備，自動調控溫室內環境，達到適宜植物生長的范圍，為植物生長提供最佳環境。世博溫室環境主要控制參數和范圍如表 1 所示。

表1 世博溫室環境主要控制參數和范圍

未來，通過對溫室環境關鍵數據采集研究，建立植物生長特性數據庫，實現對環境精準控制和環控設備精準調用，可以在滿足溫室植物生長的要求情況下同時滿足經濟節能指標。

3 大型展覽溫室建設管理研究

3.1 建設管理特點

（1）界面協調多。項目位于整體開發城市公園內部，無市政道路接入，項目周邊與公園綠化標段緊鄰，且連通道下穿規劃市政道路與相鄰地下空間連接，項目與周邊標段存在多處施工界面。在設計界面、施工界面、場地界面等方面存在大量需協調事項。

（2）技術綜合性強。作為標志性建筑，本項目涉及建筑功能和結構體系較復雜，新技術、新材料、新結構、新設備等的應用較多，技術密集程度偏高，且具有工程體量較大、建設標準高等特點。

（3）參建單位多。包括政府部門、建設單位、監理單位、勘察設計單位、總承包單位、分包商、供貨商、營運方等。

（4）投資規模大，且主要為政府財政資金投資。

3.2 建設項目總控研究

3.2.1 項目總控目標

世博展覽溫室在總體計劃、界面協調、場地管理、信息管理等方面提出了新的需求，用傳統項目建設管理模式在整體協調建設過程中存在一定的瓶頸，迫切需要有一種強化管理模式來最大地發揮管理效率[4]。

為有效統籌推進項目，結合項目上述管理特點，建設方研究采用了項目總控管理模式，即通過對項目建設全過程統籌設計、施工、投資總控管理模式及管理技術的系統研究，形成項目總控集成化咨詢管理服務模式，并通過開發數字化總控管理平臺，提升大型展覽溫室的建設推進效率。

3.2.2項目總控內容

（1）設計總控管理模式研究。編制導則統一標準。結合大型展覽溫室項目特點，研究設計工作界面、專業協同內容、分類控制要素和責任主體，編制建設技術導則、技術措施及專項導則，指導和管控各階段設計成果，進行內外部協調和統籌，總體管控開發建設。全程協同統一手勢。在技術層面梳理復雜的設計條件，將大項目中各種復雜的關系進行拆解，形成較為清晰的條線，為全程總控協調工作創造有利條件。從規劃到建設，全程執行編制的各項技術規則作為技術統籌、矛盾協調的依據；在項目設計、建設全過程中動態跟進并執行總體規則。對各專業在施工過程中可能遇到需要協同的技術做法及施工難點進行統一規定及控制建議，以達到不同單體分布但整體統一的設計和做法。

（2）施工總控管理模式研究。針對項目特點及管理難點，研究可高效協同的建設組織體系，研究基于計劃、界面、信息、技術、HSE、竣工驗收及第三方巡查等管理流程、工作內容及與設計總控、投資總控管理的對接界面。通過施工總控計劃管理，提前對整體項目建設計劃中的里程碑節點及關鍵節點（項目間相互影響的交叉節點）進行識別，并通過每月第三方巡查的進度跟蹤機制，分析滯后影響。通過施工總控界面管理，提前策劃整體項目的場地管理界面、施工期間動態場布規劃及與周邊項目施工場地的動態調整。通過施工總控第三方巡查，對項目的進度、管理行為、安全及文明施工進行定期檢查，督促施工單位、監理單位加強現場管控。施工總控在計劃、界面管理方面的提前策劃實現了對世博溫室項目計劃及界面的預控，第三方巡查加強了溫室花園項目施工過程的管理，從事前、事中兩個層面保證了整體項目建設的高效推進。

（3）投資總控管理模式研究。通過投資總控管理模式提前充分考慮影響項目投資的各種風險因素，確定項目投資總控目標和內容。然后把這些項目投資總控工作內容與成果及時分解到各單體或標段的設計深化、發承包招標階段、施工階段的造價專業咨詢工作內容中去。各階段專業咨詢工作按投資總控目標和內容開展，其控制結果動態地反饋回項目投資總控，投資總控對反饋結果進行評估和校對，從而建立有效的項目投資控制機制。

4 結 語

世博溫室作為上海面向未來的與世界接軌的超大型展覽溫室，設計理念超前，技術應用領先。新舊統一、虛實結合的設計理念，既保留了城市文脈，又彰顯了時代特征。創新的結構體系和建筑結構一體化，實現了獨特建筑造型、精致材料特質和高大空間的復合需求。在有限的場地內通過植物的合理種植與科學營造、環境與科技相結合，建成富有特色的展覽溫室。在建設管理方面，通過項目總控模式這一新興的工程管理模式的探索與研究，打造設計、施工、投資三大專業總控模式和平臺，形成基于全過程效益最優的展覽溫室項目總控專項技術。