生态·木作——天府农业博览园主展馆绿色营造.pdf
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1、12绿色生态开放共享固碳材料钢木结构ETFE 膜PTFE 膜LED 网屏green ecologyopen sharingcarbon sequestration materialssteel-timber structureETFE membranePTFE membraneLED net screen关键词:Keywords:AT 建筑 AT special 夜幕中的天府农业博览园主展馆 存在建筑13摘要:天府农业博览园主展馆地处成都新津,项目打破传统封闭会展模式,以开放、绿色、共享为出发点,设计景观渗透、馆田相融、功能复合、节能高技的农博展馆。运用大跨度钢木结构棚架及彩色ETFE膜材,营
2、造多场景、低能耗的半室外公共空间,打造适宜本土、面向未来、永不落幕的农博盛景。Abstract:The Main Exhibition Hall of Tianfu Agricultural Expo Park is located in Xinjin,Chengdu.The project breaks the traditional closed exhibition mode and takes openness,greenness,and sharing as the starting point,which is designed as an exhibition hall with
3、 land-scape infiltrated,farmland integrated,function composited,and energy-saving high-tech used.Using large-span steel and timber structure shed frame and colored ETFE membrane materials,it creates a multi-scene,low energy con-sumption semi-outdoor public space,and an Agricultural Expo scene suitab
4、le for the locality and orient towards the future which will never end.生态 木作天府农业博览园主展馆绿色营造Ecology&timberwork:the green construction of the Main Exhibition Hall of Tianfu Agricultural Expo Park中图分类号:TU242.5 文献标识码:A从成都市区出发,驱车 1h 即可到达位于新津区兴义镇的天府农业博览园。其规划面积共129km2,是四川发展(控股)有限责任公司打造的乡村振兴示范园区。园内阡陌交错,川西林盘密
5、布,一条条灌溉水渠如同织线一般串联起田园与村落。住宅临水而建,稻田精耕细作,集市依田而生,村落人群熙攘。天府农业博览园主展馆(以下简称“主展馆”)掩映在园区核心天府农博岛一望无际的稻作农田之中。用地东邻羊马河,向西可远眺雪山,视野开阔,风景秀美。现场踏勘时正值秋收时节,放眼望去,目之所及满是心醉的金色,微风拂过,稻浪滚滚,在阳光的映照下,愈发光耀夺目。面对眼前充满丰收喜庆的盛景和这片孕育了千年华夏农业文明的沃土,我们由衷地认为,扎根于田间地头的主展馆应该打破传统会展观念,用更开放、更融合、更绿色的策略创造返璞归真的田园生活。当把绿色和健康作为生活获得感的重要准则,使建筑与田园建立起互为孕育、和
6、谐共生的关系,成为生态友好型的空间场所时,主展馆就有了鲜活的生命它让生活充满阳光、充满绿色、充满幸福。同时,这种“顺其自然”的表达也建构出基于地域文化且充满活力的本土绿色建筑新美学。1 指状渗透,馆田相融首先,为了让主展馆充分拥抱田野,将建筑分开设置而非紧靠在一起。5 个展馆呈指状张开并向羊马河伸展,各馆之间以开放的景观步道替代传统展馆消极的后勤通道,使河流景观与大田相互交织。依据农业博览会历年峰值交通量数据,重新规划主展馆周边的车辆组织方式,将原规划方案中展馆前的大型停车场拆分成 7 个小型停车场,散落布置在距离主展馆半径 3km 的范围内,并通过摆渡车与主展馆接驳。停车场地面不做永久性铺装
7、,仅散铺砾石打底,展会结束后即可归还农民,恢复成可耕种的大田。这种分散式的停车场布局能够将车辆分流,有效缓解高峰时段的交通压力,简易的地面布置也避免了超尺度硬质广场将田野与展馆割裂,以及土地在非展会期间的闲置。除满足卸货、消防扑救、人流集散的功能外,前广场只做少量硬质铺装,其余位置尽可能多地种树、植草,打造田间地头的景观展场。为了应对成都多雨的地域气候条件,同时呼应农业博览的主题,建筑形态回归种植大棚的建筑原型,在大田之上撑起 5 个形态各异、轻巧空透的巨型木拱棚架,形成了兼具结构美学和视觉冲击力的大地景观。展馆或陡峭高亢,或舒缓悠扬,勾勒出起伏变化的天际线,既平衡了周围开阔的环境尺度,也将自
8、然的形态隐含其中,抽象地演绎出远山峰峦的悠远磅礴和风吹稻浪的灵性趣意。拱棚之上铺装彩膜,将不同颜色的板块单元打散、重组,呈现出随机像素化的斑斓色彩,使建筑与不同节气的田野悄然融为一体。2 功能复合,求同存异为了推动城乡可持续发展,增辉四川农业金字招牌,政府对主展馆提出了“永不落幕”的诉求,这就要求其不仅需具有作为农业博览会永久会址的展示功能,更要能在平时起到激发场域活力、带动产业发展的作用。于是,经业主、运营、设计几方反复斟酌之后,从产业策划、建筑空间、宣传经营三位一体的角度出发,形成了以会展活动为主体,常设文博、文创功能作补充的功能组合模式,并通过多元互动实现主展馆未来的可持续发展。其中G1
9、馆设计为与会展功能配套的会议中心,包含不同规模的会议室以及可容纳2 000人的大会议厅、大宴会厅;G2、G3馆保留展厅功能,配合多功能展沟系统,以适应更多展览形式的需要;G4、G5馆分别是天府农耕文明博物馆和集办公、研发、展览功能于一体的农业科创企业孵化器。各功能组团的配套设施位于G1、G4、G5馆的地下,通过前广场下方的地下车库串联。在各馆入口两侧和景观系统中嵌入具备采光通风功能的开放式下沉庭院,通过庭院内的楼梯、扶梯、无障碍电梯等,实现车库及配套设施与前广场的竖向连接。最后,将“前展后街”的理念植入于羊马河与拱棚之间,使单体组合成群体,进而形成一个个由商街串联的林盘村落。面对如此大规模、功
10、能混合的会展综合体,设计尝试建立空间形态生长模式。一方面,通过单元化、标准化的空间模块提高装配化施工比例,在生产建造环节落实绿色策略。地上建筑部分均采用钢框架结构装配体系,幕墙构造与结构脱开,形成独立且连续的室内封闭界面,并使钢柱、钢梁直接外露,既省去了保温和防火涂料表面的大量封装,也让原本平淡的工业化、网格化立面更为立体。钢柱表面、工字钢梁侧面用不同饱和度的绿色随机分段涂刷,形成风格统一并与田野更为协调相融的色彩构成。另一方面,通过空间模块的组合变化适配多样化功能,同时在整体建筑风格一致的基础上尽可能做到和而不同。会议和办公部分尽可能采用落地玻璃,以保证充足的自然采光和通透的景观视野。大会议
11、厅屋顶使用PTFE膜覆盖,双层PTFE膜毯中间填充气凝胶,兼具保温和透光性,使空间温润明亮。博物馆外幕墙采用双层穿孔铝板,近看是富有川味的竹编肌理,远看又仿佛竹笼般轻盈通透。后街参考川西民居的做法,在二层框架内填充暖色的竹木墙板和窄长的竖条窗,首层框架外依附单元模块组合的石笼,轻钢编织网内填充羊马河滩的卵石,白天墙面肌理色彩丰富,夜间透过石缝溢出熠熠灯光,既温馨又浪漫。3 空间开放,节能共享空透的棚架与下部建筑形成了“棚中房”的空间组合模式,其间看似“无”的形态不仅将阳光、空气和植物引入进来,同时也营造出低能耗、舒适、健康的开放空间。这种做法产生的节能效果远大康凯中国建筑设计研究院有限公司本土
12、设计研究中心第二设计室副主任。马欣中国建筑设计研究院有限公司本土设计研究中心第二设计室建筑师。康凯 马欣 Kang Kai Ma XinDOI:10.19953/j.at.2023.04.00314于局部应用技术措施,并最大程度降低了建造和运维成本,以确保展馆后期的良性、经济运营。3.1 压缩用能空间,降低设备配置除了会议、办公、宴会、博物馆展厅等功能房间使用空调以外,棚下休憩、通过性空间均不使用空调。通过缩小用能空间,充分利用室外和半室外空间,提高其舒适度,并设置适宜的功能,从而有效节约能源。除博物馆外,各建筑的室内空间均随拱棚形态层层跌退,形成了不同标高的平台。这些开放性平台无一不坐拥 3
13、60的大田景观,强化了其作为多场景切换的休憩空间的功能。同时,从节能角度讲,出挑的楼板形成了室外自然气候与室内环境的缓冲区,可以降低外墙附近的辐射热交换,通过减少得热降低空调负荷。3.2 利用自然通风,创造舒适空间拱棚打破了传统会展建筑的封闭模式,前后开放、底部透空,形成通透的半室外空间。模糊的内外界限能够轻易地将参观人流吸引到建筑中来,同时也削弱了人们身在其中的束缚感。建筑的内部布局均平行于当地主导风向,各组团分开设置,形成能够贯穿气流的风廊,加强空气对流,提升空间舒适度。为进一步改善拱棚内的微气候环境,保证高处半室外平台的舒适度,将拱棚顶部 6m 宽的屋面抬起,在两侧形成通长的高侧窗,起到
14、拔风作用,有效排出聚集在高处的热气。为进一步降低环境温度,还在棚架的近人位置增加了喷雾系统,当雾化的水颗粒由液态转为气态时,便会带走空气中的大量热量,同时净化空气。为了验证人在拱棚中的真实感受,将空间数据输入 ANSYS Fluent 模拟软件进行仿真模拟分析,结果显示,随着水雾的蒸发,周围的环境温度能降低48,各点位影响面积可达 3050m2。同时,拱棚内的通风换气数据也显示良好,均可满足 2 次/h 以上的换气次数。即使是静风天气,室外标准有效温度设定在 3840时,室内标准有效温度也可控制在 3435,室内人行风速在 0.51.2m/s,棚架内的体感温度比室外低约 5。3.3 植入自然空
15、间,引导健康行为为在室内营造出户外田园的感觉,在边界处,建筑伸入田野的同时也将外部景观环境引入拱棚内,或穿插于室外庭院,或弱化建筑与自然的边界,增加与自然全天候接触的机会。在空间内部,将种植槽、滴灌系统、花槽组合在标准钢架单元内部,形成穿插在空间中透光点景的绿植幕墙。选择适宜在半室外环境生长的绿植种类,并配合紫外线光谱灯促进植物光合作用,在拱棚内部形成有机富氧的微生态系统。除少量的封闭交通设施外,拱棚内的垂直交通空间均可自然通风、采光、观景,并与平台连接,既提升了平台间互动行为的体验,亦可减少机械通风和人工照明带来的能源消耗。4 负碳木拱,数字建构当下,对气候变化的关切正在鼓励建筑行业积极考虑
16、碳影响,其中最有效的举措即采用二氧化碳排放量较少的建筑材料,以改善建筑全生命周期的碳排放性能。相较于传统建材,1m3木材在生长过程中可吸收 1t 二氧化碳并将其固存,而生产同样体积的钢材并将其转换成建材的过程要排放近2t 二氧化碳。由此可见,使用负碳材料既是对可持续发展绿色生态理念的回应,更是在碳中和、碳达峰语境下,实现建筑物零碳甚至负碳的重要举措。从结构受力角度分析,早在 20 世纪 70 年代,德国建筑师弗雷奥托(Frei Otto)首次使用弯曲木条网格形成球面结构,以实现大跨度空间;而由伊东丰雄设计的大馆树海巨蛋体育馆则以主轴178m、次轴 157m 的跨度,成为现代钢木结构建筑的跨度之
17、最。拱与壳的受力逻辑本就有着异曲同工的特点,均需要材料及构造拥有较好的抵抗侧向推力的能力。木材抗压强度高、韧性好、易加工组装的特性,不仅可满足拱形大跨度结构体系对材料的各种需求,而且现代胶合木工艺也弥补了原生木材尺寸受限的不足,能够以更大的截面及更灵活的钢木组合方式,实现更大跨度的建筑空间。从建筑美学角度看,为达到相同的耐火性能,钢结构表面需要涂装大量的防火涂料,而现代胶合木构通过木材炭化作用防火,能够直接暴露构造和材料属性,无疑是实现主展馆“所见即结构”的最诚实的美学表达。当然,除木结构自身的建筑优势外,心理学研究表明,人身处木构环境中会变得更健康、更快乐、更富创造力。正因如此,在构建5个巨
18、大拱棚的结构体系时,选择胶合木作为结构材料,并让其与空间形态、受力合理性、施工便捷度等关联在一起。4.1 结构创新为了让拱棚的形态不仅具有视觉美感,同时兼顾结构受力合理性,首先将曲面形态的母线由贝兹曲线(Bezier Curve)调整为悬链曲线,不仅可以降低拱脚所受侧向推力,也能使分段构件在重力作用下保持理想的轴心受压状态,受力更为均匀,让木结构材料性能得到最有效的利用。主展馆屋面棚架采用钢木组合异形拱桁架结构,胶合工程木作为桁架的上下弦杆,与实心钢腹杆共同组成三角形截面的空间组合拱形桁架,各榀桁架之间用木次梁连接,以形成共同受力的整体。传统的大型空间桁架除了需要设置垂直于桁架截面的钢管腹杆,
19、还需要加设交叉拉索或拉杆将上下弦杆与腹杆拉结,这不仅使整个桁架体系看起来过于繁琐,而且交叉拉索或拉杆与上下弦木构件的连接也比较复杂,施工难度大,质量也不易控制,需要进行杆件预张拉才能获得较好的结构刚度。经反复考量,最终决定使用实心钢腹杆组成三角形单元,并与上下弦木构件组合成立体四角锥,取代传统桁架的交叉三角斜撑,并开创性地对立体四角锥单元进行了结构抽空处理,抽空间距根据结构的抗剪受力需求确定,立体四角锥单元在桁架中部间距大,支座处间距小。同时,为了加强整体结构的抗侧力性能,在拱棚各榀之间采用 X 形的整体拉索拉结,以提高整体结构的稳定性。相比集中在边跨布置交叉斜撑的传统方式,这种以“柔”代“刚
20、”的做法不仅使受力更为合理,也实现了更为纯粹的美学表达。随着结构体系的确立,我们在结构构思的基础上持续优化节点设计:不光对桁架拱的空间尺寸进行了变截面优化,也依据结构受力分布对单根弧形弦杆进行了变截面处理,其中上弦杆截面尺寸由底部 640mm220mm 渐 变为顶部 560mm220mm,下弦杆截面尺寸则由底部800mm280mm渐变为顶部600mm280mm,既降低自重、节省木材,也让构件看上去更为纤细,呈现出与树木尺度更为接近的状态;钢腹杆与上弦杆的连接节点被优化成螺栓连接,杜绝了现场焊接的安全隐患;为了让三角斜撑和木弦杆的组装更加便捷,在工厂内预先加工了下弦杆内侧的腹杆连接节点槽口,且钢
21、板内嵌的方式也让钢与木紧密契合,提高了节点的抗侧力性能;木次梁与下弦杆的交接节点也做了相同的处理,通过在搭接位置开设槽口,使木次梁与下弦杆紧密咬合,大大提高了现场安装的精确度。这些细节创新使结构受力更为直接、高效,简洁清晰的构造逻辑也使快速装配体系成为可能。最终基于数字模型,为主展馆变高跨比的拱形屋面生成了 6 万多个大小不一的钢木构件,实现了 77 跨不同跨度和高度的异形拱桁架结构,其中G5 馆首榀桁架的顶点高度达 45.5m,G1 馆首榀桁架的跨度达 118.9m。4.2 材料耐候与很多木结构项目不同,主展馆棚架的部分构件暴露在室外环境之中,而成都常年阴霾、夏季湿热多雨的特殊气候对木材的耐
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