VANKE EXHIBITION CENTER
萬科集團(tuán)創(chuàng)展中心
撰文 鐘華穎 南京大學(xué)建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院數(shù)字建筑工作室
業(yè)主：萬科集團(tuán)萬創(chuàng)設(shè)計(jì)管理部&建筑研究中心
項(xiàng)目地點(diǎn)：東莞市松山湖萬科住宅產(chǎn)業(yè)化研究基地
建筑設(shè)計(jì)單位：南京大學(xué)建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司
建筑設(shè)計(jì)：鐘華穎、李輝
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位：ARUP奧雅納工程咨詢（上海）有限公司
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：郭家耀(Michael Kwok)、劉鋼、Martin Simpson、陳智力（Nick Chen）、孫鵬
建筑面積：6 860m2
設(shè)計(jì)時(shí)間：2012年
建設(shè)時(shí)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(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)，由于非標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)件加工造價(jià)高昂，往往被認(rèn)為僅適用于一部分重要的標(biāo)志性建筑。在造價(jià)有限、預(yù)算控制嚴(yán)格的一般性大型建筑設(shè)計(jì)中，如何合理地應(yīng)用非標(biāo)準(zhǔn)曲面造型，萬科集團(tuán)創(chuàng)展中心進(jìn)行了一次嘗試。通過一系列合理的設(shè)計(jì)技術(shù)措施結(jié)合工業(yè)化加工手段，最終實(shí)現(xiàn)了這座低造價(jià)的非標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)建筑。
萬科創(chuàng)展中心位于東莞松山湖萬科集團(tuán)住宅產(chǎn)業(yè)化研究基地內(nèi)，是萬科集團(tuán)住宅建筑設(shè)計(jì)、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(cè)為基地邊界的自然土坡。結(jié)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(cè)、南側(cè)的墻體撕裂、扭轉(zhuǎn)，形成光線和空氣進(jìn)入建筑的通道。扭轉(zhuǎn)的墻體虛實(shí)相間，分別轉(zhuǎn)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(qiáng)通風(fēng)效果的同時(shí)，也作為遮陽構(gòu)件起到遮陽作用。兩者虛實(shí)相間形成的豐富形體與南側(cè)自然地形相呼應(yīng)。為了實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)構(gòu)思，從幾何形態(tài)、參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)、構(gòu)造節(jié)點(diǎn)等方面提出了相應(yīng)的措施。
適應(yīng)加工條件的幾何選型
非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的幾何形體如果在三維方向同時(shí)變化，需要進(jìn)行三維數(shù)控加工，造價(jià)高昂。如果將非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的形狀變化限定在二維平面內(nèi)，其造價(jià)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(gòu)件也采用數(shù)控加工，數(shù)控加工技術(shù)的普及為設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)提供了現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。在加工費(fèi)用上，以數(shù)控切割機(jī)為例，加工平面內(nèi)的曲線形構(gòu)件與加工直線形構(gòu)件單位時(shí)間的加工費(fèi)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(gòu)件形狀變化限制在二維平面內(nèi)，同時(shí)利用合理的幾何選型，將構(gòu)件進(jìn)一步簡化為直線形構(gòu)件，提高了材料利用率，降低了總體造價(jià)。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(diǎn)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(gòu)成豐富的形態(tài)變化。
參數(shù)化構(gòu)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(jìn)深等控制參數(shù)，即可生成構(gòu)件。同時(shí)將面積、厚度以及對應(yīng)的用鋼量等指標(biāo)存儲在數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，實(shí)時(shí)輸出反饋給相關(guān)專業(yè)以及業(yè)主，為比較不同設(shè)計(jì)方案的造價(jià)變化提供了快速準(zhǔn)確的依據(jù)。以程序描述的形體生成為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)在不改變總體控制原則的前提下對比不同方案，研究構(gòu)件細(xì)部尺寸，實(shí)現(xiàn)方便和高效。在設(shè)計(jì)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(shí)間內(nèi)完成方案模型的重建。
易于調(diào)節(jié)的構(gòu)造節(jié)點(diǎn)
曲面鋼板幕墻是由多個(gè)小的平面單元拼接而成的，初期方案擔(dān)心安裝精度難以保證，將幕墻單元拼接設(shè)計(jì)為明縫。這一設(shè)計(jì)需要在鋼板背面增加防水層，構(gòu)造復(fù)雜，造價(jià)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(diǎn)設(shè)計(jì)進(jìn)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(shè)可調(diào)節(jié)的定位鋼片進(jìn)行初步定位，待整片幕墻對縫確認(rèn)完畢后再進(jìn)行焊接固定的方法。實(shí)際應(yīng)用的效果簡便易行，安裝快速。
順應(yīng)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(gè)難題。預(yù)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(fèi)工費(fèi)時(shí)。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(gè)兩難的選擇。正當(dāng)設(shè)計(jì)陷入困境時(shí)，走訪加工單位發(fā)現(xiàn)，用于加工鋼板的折彎機(jī)可以精確地按照預(yù)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(jī)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(xì)的轉(zhuǎn)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(gè)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(jié)構(gòu)一體化的參數(shù)化設(shè)計(jì)
曲面鋼格柵在總體用鋼量當(dāng)中占很大比重，在主體結(jié)構(gòu)難以壓縮的條件下，壓縮曲面格柵的用鋼量成為控制造價(jià)的關(guān)鍵。鋼格柵從建筑效果考慮希望盡可能薄，同時(shí)有大的進(jìn)深。但如果太薄，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就難以滿足，而增大進(jìn)深又會直接增加造價(jià)。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(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了一套參數(shù)化結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，將幾何尺寸變化對結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)關(guān)系以多條曲線表達(dá)，曲線上每一點(diǎn)的對應(yīng)參數(shù)均可滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。在這一技術(shù)的輔助下，結(jié)合造價(jià)統(tǒng)計(jì)程序，建筑師迅速準(zhǔn)確地選定了造價(jià)范圍內(nèi)的最佳幾何尺寸參數(shù)。
BIM建筑信息模型
復(fù)雜形體的實(shí)現(xiàn)首先是設(shè)計(jì)信息的全面準(zhǔn)確表達(dá)。利用BIM設(shè)計(jì)平臺的圖紙表現(xiàn)與信息綜合能力，可以準(zhǔn)確高效地進(jìn)行施工圖階段建筑、結(jié)構(gòu)、幕墻各工種的配合以及項(xiàng)目實(shí)施過程中出現(xiàn)的設(shè)計(jì)問題反饋。同時(shí)我們也發(fā)現(xiàn)，BIM模型可以進(jìn)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(shè)定參數(shù)與BIM模型的控制參數(shù)對接，實(shí)現(xiàn)建模軟件平臺與BIM平臺的整合，參數(shù)化設(shè)計(jì)的能力將更為強(qiáng)大。
結(jié)語
萬科集團(tuán)創(chuàng)展中心的設(shè)計(jì)建造在幾何形態(tài)方面的探索僅僅是一個(gè)方面，如何在低造價(jià)前提下實(shí)現(xiàn)非標(biāo)準(zhǔn)曲面建筑的建造是設(shè)計(jì)的核心意圖。這一過程中相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用則是意料之外的收獲。
