中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會
建筑鋼結(jié)構(gòu)分會主辦
這座外表猶如波光粼粼湖面的建筑在世博浦西園區(qū)的企業(yè)館中格外引人矚目。建筑外表隨著風(fēng)力大小的改變而發(fā)生變化，非常神奇。這座場館的設(shè)計者團(tuán)隊是曾設(shè)計過國家游泳中心（水立方）的中建國際設(shè)計（CCDI設(shè)計集團(tuán)）團(tuán)隊，建筑師們延續(xù)了對“水立方”的情感，把這座方方正正的場館稱之為“電立方”。
國家電網(wǎng)館設(shè)計方CCDI設(shè)計集團(tuán)（中建國際設(shè)計）主創(chuàng)人員向記者揭開本屆世博會國家電網(wǎng)館的神秘面紗，詳細(xì)解讀世博會電網(wǎng)館中所隱藏的建筑、結(jié)構(gòu)、節(jié)能設(shè)計奧秘。這個優(yōu)秀的建筑師團(tuán)隊是在繼北京奧運上創(chuàng)造了“水立方”、全運會主場館“東荷西柳”的創(chuàng)意奇跡后又一次在中國重量級盛典上華麗亮相。
建筑看點――風(fēng)鈴片鋪滿“電立方”
路過“電立方”的人都會被它的外立面所吸引。這個又有著“懸浮魔盒”名字的方形建筑外觀被風(fēng)鈴片鋪滿。微風(fēng)吹過，建筑立面將隨風(fēng)一起舞動，宛若平靜的湖面打破成漣漪，顛覆了建筑立面?zhèn)鹘y(tǒng)的厚重感，帶來全新變幻的外觀效果。
風(fēng)鈴片的覆蓋使整個“電立方”變得輕盈，每時每刻都會隨著周邊環(huán)境的不同，變幻出不同神奇外觀效果，所有這些效果都是在自然風(fēng)的吹拂下實現(xiàn)。
到了晚上，風(fēng)鈴片下的LED屏在夜間閃爍，傳遞了神秘、夢幻的視覺效果，加上夜間風(fēng)鈴片同樣也會隨著自然風(fēng)形成不同的外觀，兩者相疊加，讓所有觀眾在室外就領(lǐng)略到國家電網(wǎng)館的非凡魅力。
CCDI主任設(shè)計師、國家電網(wǎng)館項目設(shè)計師陳宇告訴記者，國家電網(wǎng)給人的第一印象就是遍布祖國各地的高架鐵塔，正是有了這些鐵塔才能將源源不斷的電能從各個發(fā)電站輸送到了千家萬戶。因此在建筑的其他立面設(shè)計采用了斜向交叉網(wǎng)格的形式，這種斜交叉的網(wǎng)格形式與高架鐵塔的斜交叉鋼架一脈相承，使人們看到場館就能感受到電網(wǎng)所傳遞的能量與信息，使場館具有了電網(wǎng)特有的企業(yè)形象和特征。
節(jié)能看點――“借光現(xiàn)身”做到極致的外立面照明
談到“電立方”的外立面造型設(shè)計時，CCDI機(jī)電副總工程師、國家電網(wǎng)企業(yè)館機(jī)電總負(fù)責(zé)人毛紅衛(wèi)驕傲地說：“除了好看，‘電立方’更在節(jié)能方面有自己的理念，我們敢說這一點是上海浦西8個企業(yè)場館中最為特別的一個。”
毛紅衛(wèi)說，在做外立面造型設(shè)計之初，設(shè)計團(tuán)隊已經(jīng)意識到，在世博會這一爭相斗艷的舞臺上，各個企業(yè)所建設(shè)的場館一定是一個比一個亮。LWD燈和屏幕的大量使用是再自然不過了。于是，設(shè)計師們選擇了與眾不同的做法，“借光現(xiàn)身”。
在“電立方”的外表面上，設(shè)計師們用可以發(fā)生反射的鋁箔來拼接一塊塊金屬板，每一塊金屬板的表面又布滿了風(fēng)鈴片。這樣，整個建筑物可以通過反射周圍的光線而顯現(xiàn)自己，夜晚看上去，一個個發(fā)光的線條，阡陌縱橫地勾勒出“電立方”的外部輪廓，很美卻很內(nèi)斂。
“設(shè)計理念出來了，實現(xiàn)它卻不是一件容易的事”，毛紅衛(wèi)談到。設(shè)計師們擔(dān)心鋁箔的反射率過高，會影響到建筑物周邊司機(jī)師傅的駕駛。于是就用2米×2米的模型在現(xiàn)場做實驗，對材料進(jìn)行進(jìn)一步的研究。在鋁箔的背后放上小窟窿，這樣一來就會發(fā)生漫反射；然后再實測行車的安全性能，最后才找了最佳的解決方案。
“當(dāng)然，在外立面的內(nèi)部，我們還是鑲嵌了一些LED燈，當(dāng)周圍沒有燈光可以借到的時候，自己也要發(fā)一些光。” 毛紅衛(wèi)介紹到，“目前，人們對‘電力方’外立面設(shè)計的反響都很好，雖沒有大富大貴的感覺，但達(dá)到了照明的要求，又降低了能耗。”
此外，毛紅衛(wèi)還向記者透露。“在世博會之后，構(gòu)成‘電立方’的鋼結(jié)構(gòu)、建筑立面采用玻璃及穿孔鋁板的雙層幕墻體系及部分聚碳酸脂板均可實現(xiàn)回收再利用。”
人性化看點―― 舒適等候區(qū)
在記者看來，在“電力方”中最為稱奇的還要數(shù)設(shè)計師們對建筑的人性化設(shè)計。
國家電網(wǎng)館的設(shè)計師們之前分別參加過北京奧運場館的設(shè)計。在奧運場館開放期間，設(shè)計師們發(fā)現(xiàn)在企業(yè)館外面等候排隊的人要格外的多。特別是在一些企業(yè)館門前，即使驕陽似火，小孩子們?yōu)榱诉M(jìn)到里面可以拿到他們喜歡的贈品，都樂此不疲地堅持。“在上海世博會上，這種場景不是又要發(fā)生了？而且世博會的狀況也許要比奧運會更為嚴(yán)重。”因為從氣候長來講，上海不僅比北京普遍溫度要高很多，而且上海世博會要從5月展覽到到10月，跨國了整整一個夏季，排隊等候的人群更容易中暑。
在上海夏季的室外，到底有多少小時就會讓人感覺不舒服甚至出現(xiàn)中暑等不安全情況呢？
為了搞清這一問題，CCDI 的設(shè)計團(tuán)隊查遍國內(nèi)所有的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并沒有找到這樣一份能表述全國各地在何種溫度、風(fēng)速、濕度、熱輻射曲線條件下，人在室外會感到不舒服的時間極限。于是，研究人員又把調(diào)查轉(zhuǎn)向國外標(biāo)準(zhǔn)。開始，他們找到了一份美國室外舒適度標(biāo)準(zhǔn)，然而室外踏青、燒烤、吊床休閑等類似的娛樂方式，因為心境愉快，所以即便人們在戶外暴曬很長的時間也不會感到不舒服。然而上海世博會內(nèi)等待的環(huán)境不會那么悠閑和舒適，如何界定不安全的等待區(qū)域？于是研究人員又找到了美國軍人的訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn)，最后確定了一個比美國軍人訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn)要高，比美國戶外舒適標(biāo)準(zhǔn)要低的標(biāo)準(zhǔn)方案。
為了得到了明確的數(shù)據(jù)，CCDI的機(jī)電團(tuán)隊查找歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)分析：世博會展示期5月1日至10月31日總計184天，按每日9:00―18:00有太陽直射考慮，共計1840小時。 通過歷史數(shù)據(jù)分析，設(shè)計師得出：在世博期間，不滿足舒適小時將會達(dá)到901小時左右，為世博期間小時數(shù)的20%，不滿足人們安全小時為203小時左右，為世博期間小時數(shù)的5%。這組數(shù)據(jù)是令人擔(dān)憂的，設(shè)計師們必須在國家電網(wǎng)館設(shè)計等候區(qū)的設(shè)計上使它的數(shù)值減至最低。
為何不在建筑物里設(shè)置等候區(qū)呢？于是設(shè)計師們把整個國家電網(wǎng)館抬了起來，采用“建筑自遮陽”，為排隊等候進(jìn)入場館的參觀者遮陽擋雨。被抬高的“盒子”不僅解決了遮陽的問題，從視覺上更是讓這個盒子“漂浮”了起來。
考慮到無風(fēng)期等候區(qū)的通風(fēng)問題，設(shè)計師們采用了在國外曾采用過的增強(qiáng)型通風(fēng)系統(tǒng)，也就是太陽能集熱器加熱天井內(nèi)空氣，利用熱壓形成自然的太陽煙囪拔風(fēng)效果。在太陽煙囪作用下，靜風(fēng)期人員等候區(qū)域的風(fēng)速會達(dá)到0.12米左右/秒，始終保持微風(fēng)習(xí)習(xí)，讓參觀者不必為在悶熱的高溫環(huán)境下排隊而擔(dān)憂。
此外，國家電網(wǎng)館還采用了細(xì)水霧降溫系統(tǒng)降溫，使人員等候區(qū)空間的溫度能夠進(jìn)一步下降，特別是相對濕度較低而氣溫較高的天氣，陽光輻射強(qiáng)烈的正午，噴霧降溫所起到的作用更為明顯，可降溫1～2℃。細(xì)水霧降溫加大了通道與天井上部空氣的溫度差，增強(qiáng)了通風(fēng)效果。
“不要小看對建筑節(jié)能技術(shù)的整合”，毛紅衛(wèi)說道，“就是這套 ‘遮陽+自然通風(fēng)+太陽煙囪+噴霧降溫’整合在一起的集成設(shè)計，不僅大大改善了參觀者排隊等候入場的舒適度，更將節(jié)能環(huán)保理念發(fā)揮到了極致”。這些措施使世博會期間統(tǒng)計不滿足舒適小時數(shù)從901小時（20%）降至381小時（9%），不滿足安全小時數(shù)從203小時（5%）降至48小時（1%）。
結(jié)構(gòu)看點――結(jié)構(gòu)建筑相互呼應(yīng)，功能形式完美結(jié)合
建筑的美妙構(gòu)想都會由結(jié)構(gòu)來幫助實現(xiàn)，這么一個奇妙的建筑通過采用許多先進(jìn)的結(jié)構(gòu)技術(shù)使之實現(xiàn)，也是結(jié)構(gòu)技術(shù)的濃縮。
CCDI結(jié)構(gòu)事業(yè)部副總經(jīng)理、國家電網(wǎng)企業(yè)館結(jié)構(gòu)總負(fù)責(zé)人趙旭千表示，結(jié)構(gòu)主體采用交叉柱網(wǎng)，與建筑樓屋蓋結(jié)構(gòu)共同形成了空間結(jié)構(gòu)，正交斜放的四邊形空間剛架結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了建筑師對外立面的構(gòu)想。而且建筑四角沒有設(shè)立角柱，使得外立面的交叉網(wǎng)格更加流暢；主立面沒有常規(guī)建筑的樓層水平構(gòu)件，保證了建筑立面構(gòu)想的完整實現(xiàn)。
整個建筑的主體鋼結(jié)構(gòu)外墻采用四邊形正交斜放柱網(wǎng)，樓、屋面跨度較大處采用雙向正交上承式平面桁架，樓、屋面跨度較小處采用實腹井格梁。桁架上弦為軋制H型鋼，下弦和腹桿均為圓鋼管，井格梁采用焊接H型鋼梁。樓面采用壓型鋼板混凝土組合樓面，屋面采用彩鋼板屋面，屋面滿布水平支撐。樓面、屋面以及正交斜放柱網(wǎng)共同組成一個空間的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系。
支承魔盒的四根鋼柱均采用箱型截面，采用埋入式剛接柱腳；魔盒共6個面，每個面均采用雙向雙層正交空腹平面桁架，在魔盒的每個棱邊均布置支撐對邊緣構(gòu)件進(jìn)行加強(qiáng)，6個面的桁架結(jié)構(gòu)以及支撐共同組成一個空間的剛架結(jié)構(gòu)。由于魔盒采用了空間結(jié)構(gòu)，因此內(nèi)部無支撐構(gòu)件通過，保證了魔盒內(nèi)部空間的完整與開暢。同時魔盒內(nèi)部有一16m跨度人行天橋，采用平面張弦梁結(jié)構(gòu)，展示了結(jié)構(gòu)的美感。
低碳看點――多項技術(shù)綜合運用，綠色環(huán)保低碳節(jié)能
設(shè)計充分考慮世博其間上海的氣候狀況，結(jié)合場館的實際需求綜合考慮，采取多種手段實現(xiàn)低碳節(jié)能的目標(biāo)。
在空調(diào)方面，場館內(nèi)部因人員密集，因此新風(fēng)比例較高，根據(jù)場館內(nèi)實際情況設(shè)計了針對企業(yè)館的氣流組織方式。按照常規(guī)做法，建筑需要設(shè)排風(fēng)系統(tǒng)將室內(nèi)的空氣排出以保證新風(fēng)進(jìn)入，而本設(shè)計中考慮采用入口門廳敞開方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的排風(fēng)系統(tǒng)，敞開門廳所流出的空氣冷量與排風(fēng)系統(tǒng)帶走的空氣冷量一致，不會造成多余的能量流失，還能將排風(fēng)系統(tǒng)自身消耗掉的能量節(jié)省下來。同時采用此方式不僅能滿足新風(fēng)排風(fēng)功能上的需要，也能滿足入口內(nèi)凹門廳人員舒適度的需要：與架空排隊等候區(qū)不同，入口內(nèi)凹門廳為建筑內(nèi)的灰區(qū)域，為通風(fēng)死角，敞開門廳壓出的大量有一定冷量的空氣剛好保證了這一區(qū)域的舒適性，結(jié)合架空排隊區(qū)的通風(fēng)系統(tǒng)、細(xì)水霧降溫系統(tǒng)，充分滿足參觀者在電網(wǎng)館等候參觀離館全過程的舒適性。
CCDI電氣副總工程師、國家電網(wǎng)企業(yè)館綠色照明負(fù)責(zé)人李興林說，建筑主立面“魔盒”的絢麗效果日間也是不需要任何能量完全通過自然風(fēng)實現(xiàn)的，也夜間效果由于采用的是大間距的LED燈陣因此也將能源消耗降至最低。
在建筑材料方面，結(jié)構(gòu)體系采用了鋼結(jié)構(gòu)形式，建筑立面采用玻璃及穿孔鋁板的雙層幕墻體系及部分聚碳酸脂板，所有這些材料都是可回收再利用的。
同時建筑采用了多種新技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，建筑立面將太陽能光伏系統(tǒng)結(jié)合其中，不僅形成了機(jī)具科技感現(xiàn)代感的建筑立面效果，而且總面積約800平方米的太陽能系統(tǒng)為建筑提供了部分所需的電力。光導(dǎo)照明將陽光利用光導(dǎo)纖維引入室內(nèi)，在VIP區(qū)域和展示區(qū)內(nèi)演示其效果，向參觀人員推廣生態(tài)環(huán)保的理念。
項目管理看點――跨專業(yè)多領(lǐng)域配合
由于世博會的特殊性，項目注定是一個不同以往的跨行業(yè)多領(lǐng)域配合的綜合性項目。CCDI的設(shè)計師們更是在這個與傳統(tǒng)建筑項目不同的項目中加入了更多與策劃、展示、運營方的溝通。
CCDI國際業(yè)務(wù)室負(fù)責(zé)人、國家電網(wǎng)企業(yè)館項目經(jīng)理閻立新告訴記者，首先設(shè)計團(tuán)隊采用了一種新的建筑設(shè)計技術(shù)――BIM來解決建筑專業(yè)內(nèi)部的各種碰撞問題。BIM是Building Information Model的英文縮寫，即建筑信息模型，通過參數(shù)化的建筑模型將建筑實際的各個階段、系統(tǒng)、細(xì)節(jié)等體現(xiàn)出來。BIM技術(shù)的使用很好的將原來二維的圖紙變成了三維的模型，各個專業(yè)的信息更加清晰、一目了然、減少了碰撞，而且在與業(yè)主溝通和現(xiàn)場施工的過程中，可視化的模型使溝通更有效率。
在基本解決了建筑內(nèi)部的功能問題后，及時有效的將最新的建筑部分資料提交給展示、運營方，同時組織多次溝通，聽取反饋意見，在遵循建筑法規(guī)要求的前提下調(diào)整圖紙，以保證場館建筑能滿足各方面的使用需要。
綜合了各方意見要求的圖紙交付現(xiàn)場施工單位后，設(shè)計團(tuán)隊考慮到項目的特殊性，根據(jù)實際要求安排人員定期到現(xiàn)場進(jìn)行施工配合，由于項目的多專業(yè)跨領(lǐng)域性，同時采用了大量的新技術(shù)，因此現(xiàn)場服務(wù)任務(wù)繁多，設(shè)計團(tuán)隊克服配合時間周期長、技術(shù)難度大創(chuàng)新度高等各方面困難，在業(yè)主方的協(xié)調(diào)保障、果斷判斷、全力支持下，保證了場館建設(shè)在預(yù)定的建設(shè)周期內(nèi)高質(zhì)量的完成。
專題：2010年上海世博會
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