VANKE EXHIBITION CENTER
萬科集團創(chuàng)展中心
撰文 鐘華穎 南京大學建筑規(guī)劃設計研究院數(shù)字建筑工作室
業(yè)主：萬科集團萬創(chuàng)設計管理部&建筑研究中心
項目地點：東莞市松山湖萬科住宅產(chǎn)業(yè)化研究基地
建筑設計單位：南京大學建筑規(guī)劃設計研究院有限公司
建筑設計：鐘華穎、李輝
結構設計單位：ARUP奧雅納工程咨詢（上海）有限公司
結構設計：郭家耀(Michael Kwok)、劉鋼、Martin Simpson、陳智力（Nick Chen）、孫鵬
建筑面積：6 860m2
設計時間：2012年
建設時間：2012~2013年
建筑攝影：姚力
總平面圖
自由曲面作為一種造型手段應用于建筑設計，由于非標準的構件加工造價高昂，往往被認為僅適用于一部分重要的標志性建筑。在造價有限、預算控制嚴格的一般性大型建筑設計中，如何合理地應用非標準曲面造型，萬科集團創(chuàng)展中心進行了一次嘗試。通過一系列合理的設計技術措施結合工業(yè)化加工手段，最終實現(xiàn)了這座低造價的非標準形態(tài)建筑。
萬科創(chuàng)展中心位于東莞松山湖萬科集團住宅產(chǎn)業(yè)化研究基地內(nèi)，是萬科集團住宅建筑設計、住宅精裝修研發(fā)與展示的基地。內(nèi)部要求14m柱跨的通用空間。用地北部為已建成的研究廠房，南側為基地邊界的自然土坡。結合內(nèi)部空間要求和外部環(huán)境，創(chuàng)展中心由14m柱跨的方盒子開始，將屋頂及東側、南側的墻體撕裂、扭轉，形成光線和空氣進入建筑的通道。扭轉的墻體虛實相間，分別轉化為封閉的曲面鋼幕墻和扭曲的鋼格柵。支撐斜柱隱藏在曲面幕墻內(nèi)，鋼格柵在增強通風效果的同時，也作為遮陽構件起到遮陽作用。兩者虛實相間形成的豐富形體與南側自然地形相呼應。為了實現(xiàn)這一設計構思，從幾何形態(tài)、參數(shù)化設計技術、構造節(jié)點等方面提出了相應的措施。
適應加工條件的幾何選型
非標準構件的幾何形體如果在三維方向同時變化，需要進行三維數(shù)控加工，造價高昂。如果將非標準構件的形狀變化限定在二維平面內(nèi)，其造價就會大幅降低。走訪本地加工廠發(fā)現(xiàn)，很多常規(guī)的直線形構件也采用數(shù)控加工，數(shù)控加工技術的普及為設計的實現(xiàn)提供了現(xiàn)實基礎。在加工費用上，以數(shù)控切割機為例，加工平面內(nèi)的曲線形構件與加工直線形構件單位時間的加工費相同，不同之處在于材料的利用率。根據(jù)這一加工條件，創(chuàng)展中心將構件形狀變化限制在二維平面內(nèi)，同時利用合理的幾何選型，將構件進一步簡化為直線形構件，提高了材料利用率，降低了總體造價。在多種自由曲面類型中，滿足這一要求的是由空間中不共面的兩條直線定義的規(guī)則曲面，而沿兩條邊等分線的連線均為直線。這一特性方便了后期加工，建造過程中的定位也比較方便。規(guī)則曲面的弱點在于形態(tài)變化不夠豐富，因此創(chuàng)展中心采用多組規(guī)則曲面的組合，構成豐富的形態(tài)變化。
參數(shù)化構件生成
根據(jù)規(guī)則曲面的幾何特性，編寫了曲面格柵和曲面幕墻的參數(shù)化生成程序，輸入密度、進深等控制參數(shù)，即可生成構件。同時將面積、厚度以及對應的用鋼量等指標存儲在數(shù)據(jù)庫當中，實時輸出反饋給相關專業(yè)以及業(yè)主，為比較不同設計方案的造價變化提供了快速準確的依據(jù)。以程序描述的形體生成為基礎，設計在不改變總體控制原則的前提下對比不同方案，研究構件細部尺寸，實現(xiàn)方便和高效。在設計周期很短的情況下，我們對比了十種以上不同可能性的方案，最終確定了曲面格柵和幕墻方案，并在很短的時間內(nèi)完成方案模型的重建。
易于調(diào)節(jié)的構造節(jié)點
曲面鋼板幕墻是由多個小的平面單元拼接而成的，初期方案擔心安裝精度難以保證，將幕墻單元拼接設計為明縫。這一設計需要在鋼板背面增加防水層，構造復雜，造價難以承受。因此將幕墻拼縫改為焊接密封，焊縫允許的最大寬度有限，且幕墻單元數(shù)量較多，精度要求較高。幕墻節(jié)點設計進行了不同方案的試樣對比研究，最終采取在每一幕墻單元設可調(diào)節(jié)的定位鋼片進行初步定位，待整片幕墻對縫確認完畢后再進行焊接固定的方法。實際應用的效果簡便易行，安裝快速。
順應加工工藝的表面肌理
幕墻全尺寸試樣焊接完畢后，焊縫的處理成為一個難題。預想的處理方法是焊接完成后逐一打磨，由于焊縫的數(shù)量大，打磨費工費時。通過試樣發(fā)現(xiàn)，打磨用的砂輪會在焊縫周邊留下明顯的痕跡，表面噴涂后痕跡會更加明顯。如果保留焊縫，整體效果將十分粗糙。是否打磨焊縫成為一個兩難的選擇。正當設計陷入困境時，走訪加工單位發(fā)現(xiàn)，用于加工鋼板的折彎機可以精確地按照預定角度將鋼板折彎。因此，我們提出將三角形幕墻單元兩兩組合為四邊形單元，對角線用折彎機加工，這樣僅焊接四邊即可。這一方法大大減少了焊接量。折彎的壓痕形成精細的轉折線條，與周邊粗獷的焊縫形成對比。幕墻整體形成了對角線與四邊形兩個方向網(wǎng)格交織的特殊肌理，在不同光線下將產(chǎn)生微妙的光影變化。
建筑-結構一體化的參數(shù)化設計
曲面鋼格柵在總體用鋼量當中占很大比重，在主體結構難以壓縮的條件下，壓縮曲面格柵的用鋼量成為控制造價的關鍵。鋼格柵從建筑效果考慮希望盡可能薄，同時有大的進深。但如果太薄，其結構強度就難以滿足，而增大進深又會直接增加造價。如何決定最佳格柵參數(shù)，僅從建筑效果角度考慮難以決定。此時結構設計提出了一套參數(shù)化結構計算模型，將幾何尺寸變化對結構的關聯(lián)關系以多條曲線表達，曲線上每一點的對應參數(shù)均可滿足結構設計要求。在這一技術的輔助下，結合造價統(tǒng)計程序，建筑師迅速準確地選定了造價范圍內(nèi)的最佳幾何尺寸參數(shù)。
BIM建筑信息模型
復雜形體的實現(xiàn)首先是設計信息的全面準確表達。利用BIM設計平臺的圖紙表現(xiàn)與信息綜合能力，可以準確高效地進行施工圖階段建筑、結構、幕墻各工種的配合以及項目實施過程中出現(xiàn)的設計問題反饋。同時我們也發(fā)現(xiàn)，BIM模型可以進行高效的信息輸出與整合，背后的控制思想與參數(shù)化方法有類似之處。如果信息輸入的接口更為開放，將形體生成過程中的設定參數(shù)與BIM模型的控制參數(shù)對接，實現(xiàn)建模軟件平臺與BIM平臺的整合，參數(shù)化設計的能力將更為強大。
結語
萬科集團創(chuàng)展中心的設計建造在幾何形態(tài)方面的探索僅僅是一個方面，如何在低造價前提下實現(xiàn)非標準曲面建筑的建造是設計的核心意圖。這一過程中相關設計技術的研發(fā)與應用則是意料之外的收獲。
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