“未來花園”建造紀事

關(guān) 飛

2018年，南京將第十一屆江蘇園藝博覽會選址于湯山鎮(zhèn)陽山碑材至孔山礦所在片區(qū)，踐行江蘇省提出的“地礦融合”礦山修復規(guī)劃，園博園開發(fā)公司希望通過生態(tài)修復的方式將礦區(qū)開發(fā)過度的環(huán)境全面恢復成穩(wěn)定豐富的生態(tài)系統(tǒng)和都市地景，將其打造成為南京市的一個“永不落幕的花園”。

2019年6月，江蘇省第十一屆園藝博覽會的工地塔吊林立，忙于主展館施工圖的我們接到指揮部的投標邀請，項目叫“未來花園”，有近10萬m2的建筑面積，包括5個部分。項目所在的采石宕口長1.1km、高130m，呈階梯狀層層疊落，礦坑底部的投料口深達30多米(圖1)。在過去的百年里，礦車通過隧道將投料口近1 300多萬平方米的礦石運往分散在附近的水泥廠，這些水泥廠曾經(jīng)是中國最早的民族工業(yè)，為南京中山陵墓工程提供了建造所需的全部水泥。時過境遷，昔日的水泥廠已盡荒廢，留給我們的是山林間巨大的疤痕——一個人工破壞自然的證物。

圖1 孔山礦場地原貌(江蘇園博園建設開發(fā)有限公司提供)

1 “誑人的花園”

童寯先生在園論中形容中國園林“實際上正是一座誑人的花園。是一處真實的夢幻佳境，一個小的遐想世界”[1]。在中國傳統(tǒng)園林的觀念里，園林是畫境的再現(xiàn)，是想象的畫依托于建筑空間的呈現(xiàn)，院墻如畫布背景，山水樹木在人的游徑中展開、呈現(xiàn)。

未來花園項目得天獨厚的條件也在于此：巨大的采石宕口就是天然的背景，它所形成的極大的荒涼和虛空感刺激著我們的想象，我們沒有采取用植被恢復山體原貌的保守方法，而是營造一處誑人的花園。我們的投標視頻描繪了一段夢幻仙境：山雨過后，荒蕪的采石場升起地氣，云霧漸漸注滿礦坑，宕口變成了云池；溪水從山澗流下，順著崖壁注入漂浮的湖泊，湖底是一片碧綠的植物園；人們背靠北崖席地而坐，云霧里的崖壁仿佛巨大的幕布，湖面是舞臺，霧氣中的彩色投光仿佛大自然的演出；在東側(cè)高地，層層崖壁如石塅沿北崖展開，我們鑿石為穴，為池，面向夕陽迎崖而居。有詩為證：“開山解石尋玉翠，噴云吐霧地氣升。霧光云色呈仙境，湯山勝景在云池”(圖2)。

圖2 “云池”概念模型(本土中心提供)

2019年9月底，園博園指揮部公布了“未來花園”的投標結(jié)果，我們以“云池”的概念獲勝，方案通過“修復自然的手段來營造新自然”的概念得到了認可。此時我們距離正式開園只有不到500天的時間，造園紀事由此開始。

2 通園的秘徑

進坑也好，入畫也罷，我們需要建造一條進入夢境的路徑。未來花園的核心建筑是植入礦坑底部的1.6萬m2的植物花園，在我們的設想里，人們將通過小火車隧道進入投料口的底部，垂直電梯提升30m將人們從礦井帶入未來花園(圖3)。

圖3 未來花園豎井(侯博文攝)

這是一個全新的世界，植物花園遍布奇花異草，彩蝶飛舞?；▓@的屋面是一個透明的湖面漂浮在礦坑之上，花園的四面開敞且被崖壁環(huán)抱，在這里，湖水調(diào)節(jié)了礦坑干燥的氣候，風是可以自然流通的。人們透過湖面的波紋可以看到高處的崖壁，這是一種仿佛置身于湖底的奇特體驗，在波光下律動的植物是唯一的主角(圖4)。

圖4 植物花園投料口方案(本土中心提供)

3 消失的湖底

“消失”指的是視覺上的透明。透明的水池并不少見，但大都采用玻璃作為池底。植物花園每個傘狀單元的水平面積逾350m2，水面總面積接近16 000m2。在深化初期，建筑師和幕墻設計師共同論證了玻璃水池的可行性。池底下方為有人員活動的空間，高度遠超3m，因此根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，必須采用夾層玻璃，而夾層玻璃的最大許用面積為8m2①，意味著一個傘狀單元至少需要44塊玻璃組成(圖5)。

圖5 植物花園屋頂平面圖(本土中心繪制)

如果使用玻璃，一是材料浪費較大：主體結(jié)構(gòu)的網(wǎng)架桿件投影到水平面為三角形網(wǎng)絡，結(jié)合最大許用面積，會出現(xiàn)很多銳角三角形和不規(guī)則的四邊形，在切割板材時會造成較多廢料。二是重量較大：如果每一塊玻璃面板接近最大許用面積，玻璃的邊長將達3～4m，加上10cm的水面，荷載重量可達19.3t，固定玻璃的龍骨就需要加強，不僅池底本身的幕墻結(jié)構(gòu)在視覺上無法形成輕盈透明的感覺，整體質(zhì)量的變大也會導致主體結(jié)構(gòu)的桿件尺寸變大。第三點也是最重要的一點，蓄水屋面需要長期有水，玻璃面板大部分為5～6條邊框交于一點，圓心處甚至出現(xiàn)12條邊交于一點的情況，玻璃面板與面板之間的框架都需要打膠密封，膠條長期暴露在室外環(huán)境中將產(chǎn)生不可避免的老化，漏水隱患嚴重。因此，尋找其他的透明材料成為必然。

亞克力材料最初是幕墻設計師孫洲團隊提出的解決方案，我們所熟知的水族館池壁常用的亞克力，可以澆筑成形，板塊與板塊之間通過本體化學焊接達到?jīng)]有接縫，并可以通過厚度的增加、不附加其他材料作為次結(jié)構(gòu)來承受甚至深達十幾米的水壓力，是一個具有相當強度、密閉性好的理想材料②。但亞克力甚少大面積用在室外，因其受溫度影響的變形較大，在紫外線的長期照射下易黃變和老化[2]。與清華大學土木工程學院王元清教授、中國科學院高能物理研究所衡月昆教授的研究團隊合作，我們通過原材料成分的組合和構(gòu)造的創(chuàng)新，成功地將亞克力運用到了透明水池的各個部分：水屋面的面板、加強肋、排水溝、泄空管及水鏈。結(jié)合主體結(jié)構(gòu)單元、出材率、運輸尺寸等因素，水屋面面板細分成小板塊，在現(xiàn)場通過化學焊接成21m直徑的單元。單元與單元之間設計了特殊的變形縫構(gòu)造，通過特制的硅膠條與亞克力條交替組合，可消化達10cm的變形量。最終42個單元，構(gòu)成了綿延16 000m2的水平水池。為了減少自重，面板并未整體加厚，而是順著傘殼網(wǎng)格線的水平投影增設亞克力加強肋。利用亞克力可澆筑、可激光雕刻的特點，加強肋的節(jié)點處采用節(jié)點域的形式，內(nèi)部預埋不銹鋼圓盤。加強肋和節(jié)點在現(xiàn)場安裝棚內(nèi)定位組裝，通過化學焊接的方式與面板固定。長短不一的不銹鋼撐桿與不銹鋼圓盤滑動相接，且與傘殼上焊接的不銹鋼球節(jié)點支座鉸接。此外，所有的亞克力材料中都加入了抗uv的添加劑，以抵抗光老化和黃變(圖6)。

圖6 亞克力傘狀單元節(jié)點(姚鴻飛攝)

透明也是另一種反射，1.6萬m2的亞克力蓄水屋面位于植物花園二級礦坑的頂部，絕大部分游客從山下通過扶梯達到一級坑頂中部的觀景平臺，都能透過它俯瞰整個礦坑。亞克力屋面上方蓄水僅10cm深，猶如“天空之鏡”反射壯闊的崖壁和天空，隱秘著水下的植物花園(圖7)。

圖7 亞克力蓄水屋面下的植物花園(張廣源攝)

若身處植物花園內(nèi)，抬頭仰望，水池平面僅有透明的亞克力面板和亞克力肋板，以及傘狀單元之間白色啞光的伸縮縫和電伴熱膠條可視。由于亞克力材料本身的透光率可達90%以上，且折射率很小，細長如荷葉莖稈的不銹鋼撐桿仿佛延伸到了天空(圖8)。

圖8 植物花園內(nèi)景(侯博文攝)

只有等風來，恍惚間才意識到水面的存在，陽光將水紋的陰影投射下來，閃過鏡面的結(jié)構(gòu)，在樹葉上舞動，在枝干上舞動，在地面上舞動，最終映射在鏡面不銹鋼的穿孔墻板上，仿佛整個空間都被鍍上了一層波動的水光，變得透明了。

4 鏡面的樹林

要支撐起1 540t的湖水并非易事。首先，蓄水屋面要保持絕對水平，從結(jié)構(gòu)找形的角度來說，我們不可能通過屋面起拱的方式來減少受力結(jié)構(gòu)的截面尺寸；如果采用梁柱體系，結(jié)果也不理想，要么柱子過多，要么梁會過大過密。我們與結(jié)構(gòu)工程師王載團隊共同研究的解決方案是采用半徑10.5m的單柱樹狀結(jié)構(gòu)體系來支撐蓄水屋面，每3組單元聯(lián)合成網(wǎng)殼，再進一步聯(lián)合成群體。對每個樹狀單體，中心柱高12～24m，矢高3.25m，繞中心束柱分別布置6條主肋和6條次肋，在主肋和次肋之間設置交叉聯(lián)系的斜桿，在肋的端部沿周圈設置受拉環(huán)桿，6條主肋匯聚至傘殼中心，形成束柱。樹與樹之間在主肋端部節(jié)點相互連接，在次肋端部節(jié)點采用橢圓管拉結(jié)，這些由單元桿件“編織”起的整體[3]，大幅度減小了每個桿件的截面尺寸，讓結(jié)構(gòu)看起來更輕。

本試驗采用優(yōu)化的工藝參數(shù)，試驗中焊接熱輸入值均不超過4.0kJ/mm，且自動焊比手工焊具有更小的焊接熱輸入。

對于用什么材料來作為主結(jié)構(gòu)，我們最初的選擇并不是不銹鋼。普通鋼結(jié)構(gòu)+鏡面不銹鋼板飾面的組合，曾是選項之一，這種做法在造價上具有明顯優(yōu)勢，但由于項目場地長期潮濕且植物的養(yǎng)料及腐殖質(zhì)均具有腐蝕性，普通鋼結(jié)構(gòu)包裹在飾面板之內(nèi)，即使做好防腐防銹措施，如有問題也不能及時發(fā)現(xiàn)[4]。第二個選擇是耐候鋼+鏡面不銹鋼板飾面的組合，耐候鋼代替普通鋼，耐腐蝕性更好，但造價上不具有優(yōu)勢。另外，網(wǎng)殼上的桿件較細，如果增加裝飾層包覆，不僅桿件整體截面會變大，而且會產(chǎn)生大量需要現(xiàn)場焊接打磨的拼縫，打磨過程中的粉塵無法集中收集回收，不但人工成本高，同時也極不環(huán)保[5]。第三個選擇是傘殼部分采用鏡面不銹鋼，豎柱部分采用普通鋼(或耐候鋼)+鏡面不銹鋼飾面的組合，傘殼部分的不銹鋼與普通鋼(或耐候鋼)直接焊接，會形成電化學腐蝕，也不可取。經(jīng)過反復論證，我們最終放棄了主體結(jié)構(gòu)隱藏在裝飾層背后的做法[6]，采用了結(jié)構(gòu)、裝飾一體化的鏡面不銹鋼作為唯一材料(圖9)，這個由4K拋光的鏡面不銹鋼結(jié)構(gòu)所形成的樹林將反射整個植物園的綠色。主體結(jié)構(gòu)的6瓣不銹鋼豎柱采用冷拔矩形管，冷拔加工帶來的r角，柔和了不銹鋼材質(zhì)的冷峻。傘殼部分的交叉桿，根據(jù)桿件不同的長度對應3種圓管的截面尺寸，每種圓管均冷壓成端部圓形至中部橢圓形的漸變截面。這種端部高度小、中部高度大的異形桿件，不僅符合受力分布，而且反射陽光形成的高光使得桿件中部在視覺上幾乎消失，鏡面不銹鋼也運用于植物花園傘狀棚架的主體結(jié)構(gòu)、亞克力水屋面的支撐系統(tǒng)。

圖9 植物花園不銹鋼傘狀結(jié)構(gòu)(侯博文攝)

在配套商業(yè)的立面，鏡面不銹鋼通過反射環(huán)境消隱了建筑材料自身[7]。3mm寬的白色菱形蝕刻線將環(huán)境反射的影像像素化了(圖10)，我們在立面開窗部分和室外平臺部分做了人視線高度的穿孔處理，自上而下漸變至實板。從外部觀看，穿孔處由于無反射，成為一片瑩瑩亮亮中的暗部，暗示了背后空間的不同屬性；從內(nèi)側(cè)觀看，由于觀看距離的拉近，穿孔板變成了半透明的“面紗”[8]，空氣和光也透過孔隙灑向內(nèi)部空間(圖11)。

圖10 植物花園商業(yè)鏡面不銹鋼幕墻(張廣源攝)

圖11 植物花園商業(yè)鏡面不銹鋼幕墻內(nèi)視(張廣源攝)

5 面崖的看臺

崖壁劇院實際上是露天的劇場，當人們席地而坐面對巨大的崖壁時，霧瀑將從崖頂傾瀉而下，注入“云池”。舞臺也是露天的，如同一個水滴懸浮在云池之上，在夜晚，這里是崖壁秀的表演場地。劇場建造所面臨的最大難題是支護墻體與大面積北崖保護壁面的銜接關(guān)系。為了在確保工程安全的前提下最大限度地保留崖壁的原貌，消險設計團隊在設計之初給整個礦坑做了地質(zhì)評估和災害類型化分析，發(fā)現(xiàn)場地內(nèi)巖溶發(fā)育存在崩塌、滑坡等不良地質(zhì)隱患。從技術(shù)經(jīng)濟角度考慮，他們建議的綜合治理措施為：一是對于邊坡坡度較緩的區(qū)域，采用削坡結(jié)合土釘支護，確保邊坡整體穩(wěn)定；二是對于邊坡坡度相對較陡或填土相對較厚的區(qū)域，采用錨索抗滑樁的支護方式，防止邊坡發(fā)生整體滑移，同時對坡面采用景觀綠化處理，減少雨水沖刷。

由于北側(cè)崖壁標高內(nèi)露天劇場與人員活動關(guān)系更為緊密，極大增加了邊坡支護設計的難度。為了盡可能保留崖壁的歷史風貌，主要采用錨桿結(jié)合主動防護網(wǎng)的支護措施，并創(chuàng)新性地將錨頭隱藏于崖壁之中，避免了傳統(tǒng)的巖石錨噴支護及錨桿框格梁支護技術(shù)對崖壁風貌帶來的影響，人們可以在建筑空間里近距離地觀看崖壁。我們將崖面消險產(chǎn)生的大量石料分揀保留裝入不銹鋼石籠，形成劇院內(nèi)外大面積的石籠墻體(圖12)，通過UHPC預制混凝土單元板塊裝配使屋頂形成層層的看臺。崖壁舞臺懸挑部分的吊頂采用鏡面水波紋不銹鋼板，這些三角單元通過參數(shù)化設計形成魚鱗狀的表皮，如同將滴落的水體映射著坑底紅褐色的砂石(圖13)。

圖12 崖壁舞臺(侯博文攝)

圖13 崖壁舞臺鏡面不銹鋼吊頂(侯博文攝)

6 架空的巨石

悅榕莊酒店是未來花園最大的建筑體量，它取意陽山碑材如石塅般架空于礦坑之上，建筑形體與原有的礦坑基地脫開，使得原有的崖壁和地勢能夠保留。巨石架空的態(tài)勢，亦讓人聯(lián)想起搬運礦石的艱辛，我們通過在石塅上鑿開洞口，形成115間客房，使得酒店客人能夠體驗“穴居式生活”；而酒店的公區(qū)大堂形似一塊大石，與南側(cè)崖壁遙相呼應，它是悅榕莊酒店群體最突出的造型(圖14)。

圖14 悅榕莊酒店(侯博文攝)

如何實現(xiàn)巨石的架空是個難題，由于其場地位于未來花園東側(cè)坑底，施工場地狹小且可進入的施工道路只有一條，這給施工進度帶來了困難，也是設計要解決的首要問題。為了減小建筑的體量，使其不會在礦坑環(huán)境里顯得過于突兀，在設計中將客房樓分解成3個條帶，它們相互錯動置入礦坑，形成如同南側(cè)崖壁般退臺的態(tài)勢，每一組客房都面向西南，擁有最佳的景觀視野(圖15)。

圖15 悅榕莊酒店客房條帶(蔣振攝)

酒店大廳懸挑出崖頂，這里是最好的夕陽觀賞點。為了減少建筑對礦坑底部環(huán)境的破壞，每一個客房樓都有獨立的結(jié)構(gòu)支撐體系，對比于混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)的深化及加工都在工廠進行，這也大大降低了現(xiàn)場施工的難度。通過鋼結(jié)構(gòu)桁架轉(zhuǎn)換讓客房樓的落柱點最少，酒店的附屬功能都嫁接在鋼柱之間、架空在崖壁擋墻之上，這樣也進一步節(jié)省了地下室施工的時間(圖16)。

圖16 悅榕莊酒店客房架空夾層(蔣振攝)

圖17 悅榕莊酒店大堂(蔣振攝)

在建構(gòu)邏輯上，我們并不希望這個建筑被誤認為是一個混凝土建筑，我們更希望建筑能暴露其鋼結(jié)構(gòu)外掛混凝土表皮的真實構(gòu)造：一根根黑色的鋼柱被黑色金屬拉板網(wǎng)包裹，像是一架架采礦支架，撐起了巨大的混凝土石條。當我們到達坑底仰起頭時，必定會被這場景所震撼：黑色的鋼柱，黑色的樓層桁架……就像是面對一個人造人，它揭開了皮膚，讓我們看到鋼筋的骨骼和電路的血管。真實結(jié)構(gòu)所帶來的沖擊力遠大于表皮，在巨構(gòu)之下，人顯得如此渺小(圖18)。

圖18 悅榕莊酒店客房架空區(qū)金屬拉板網(wǎng)(關(guān)飛攝)

綠色就是希望，我們在這里種滿松林，讓客房樓架空在樹梢之上；我們在鋼柱網(wǎng)板的下部種植爬藤，希望綠植能夠爬滿巨大的鋼桁架；我們在柱間吊掛棧道，讓人們可以通過這個叢林小徑回到客房；我們甚至希望鳥群能在這里筑巢，一陣風吹過，空氣是潮濕的……也許這才是通向未來的花園，我們心中的礦坑已重生(圖19)。

圖19 悅榕莊酒店客房架空區(qū)(蔣振攝)

7 結(jié)語

雖然孔山礦的百年歷史向我們揭示了漫長的人工挖掘?qū)τ诃h(huán)境的破壞，但這顯然并不意味著人類要退出自然，回到莽荒。中國傳統(tǒng)園林的經(jīng)驗告訴我們：人工也不是自然的對立面，園林不排斥建筑，自然不反對人工。

作為一個誑人的花園，人們對于“未來”充滿了想象。在未來花園的建造中，我們嘗試平衡人工與自然的關(guān)系，自然可以人工化，人工也可以自然化。我們應用新工藝和新材料，很多時候工程師在引導著建筑師前進。

當工程學將新技術(shù)推向某種極致的時候，建筑師們卻并不希望將這些人工之物極大化，相反我們力圖在材料中發(fā)現(xiàn)人性、在空間中尋找人的尺度、在人工中發(fā)現(xiàn)自然[9]。

最終，我們的未來花園要交回給自然，交回給巨大的崖壁，這片漂浮的湖水不應是一塵不染的工藝品，隨著時間的推移，水體應該能夠接納綠藻，不銹鋼表面會慢慢變暗，亞克力池底不再徹底透明。也只有到這時，我們的設計才真正回歸了自然(圖20)。

圖20 夕陽下的未來花園(侯博文攝)

致謝：感謝建筑師周益琳、結(jié)構(gòu)工程師王載、幕墻工程師孫洲對本文寫作及數(shù)據(jù)收集提供的幫助。

注釋：

①根據(jù)《建筑玻璃應用技術(shù)規(guī)程》(JGJ 113—2015)中的7.1建筑玻璃章節(jié)防人體沖擊規(guī)定。

②亞克力已有運用于建筑幕墻的案例，如Frei Otto和Günther Behnisch設計的慕尼黑奧林匹克體育場的頂棚，中國2010年上海世界博覽會的英國館表皮。