从童趣到“砼”趣<br/>——荣成市少年宫设计与建造历程侧记

从童趣到“砼”趣
——荣成市少年宫设计与建造历程侧记

2022-03-21康凯张一楠

建筑技艺 2022年1期

康凯张一楠

康凯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副主任。张一楠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。

从飞机的舷窗俯瞰山东半岛，大小深浅不同的石坑在田野密林间星罗棋布，数年的开采形成了坑边如刀削斧劈般的石崖。矿洞纵横交织，洞穿崖壁，形成了一种极具视觉冲击力的大地景观，让人过茩难忘。

受荣成市政府委托，2016年五月初的一天，我们到山东荣成市少年宫项目现场调研、踏勘。项目位于荣成市滨海新区，一边是海，海边是茂密的黑松林；一边是湖，当时正值花季，成片的樱花在湖边盛开，因此得名樱花湖。项目用地位于海湖之间的开阔地带，风景资源得天独厚。面对这块背湖面海的场地，创造一处可以给孩童带来惊喜，并融于自然的大地景观似乎是题中应有之意。

1 融入风景的童趣地景

1.1 融入

我们的设计开始于不同的空间体验在竖向高度的“离析”。首层地面是一个可供市民随意行走的城市开放空间，图书馆、剧场、科技馆、培训中心和游泳馆五个功能组团有机离散地分布在这个自由平面内。功能之间形成了连续且相互交织的室外通道，走进通道，拱壁包裹空间，可闻导风、啸声；穿出通道，又与草地、鲜花、松林不期而遇。悬浮于首层开放空间之上的是从湖边到海边缓缓升起的绿坡，巨大的景观屋面既放大了樱花湖公园的景观尺度，也丰富了市民的步行体验。受采石场地貌的启发，我们将不同形态的圆坑嵌入绿坡底部，形成尺度各异的城市公共空间。微微向内倾斜的曲墙由地面缓缓升起，围合形成了圆形的入口广场，墙上嵌入的拱洞，有的是汇集至此的室外通道，有的是落地的观景大窗，有的则成为进入不同功能组团的入口。长圆形的深坑或是密植松林的景观庭院，或嵌入一池碧水形成室外的戏水乐园。大小形态不同的圆坑嵌入绿坡，形成了可以采光通风的庭院和天井。更小的天窗则自由散落在坡上，宛若一个个晶莹的明珠。屋面之上，景观草木丛生，木质栈道串联，蜿蜒迂回的路径在顶部放大形成平台，吸引游人在此驻足，一览海湖全景。空间肌理与生态野趣相互交融，不同路径交织叠加，进而构成了丰富立体的场所。鉴于特殊建造空间的需要，我们选择清水混凝土这种古老的建造技艺对内外空间塑形，使其以一种抽象的几何形态和自由的组合方式由内至外地呈现，最终融入风景。

1.2 造景

童趣来自于对事物好奇有趣的体验，具有短暂性和不可复制性，是儿童对外界环境模糊不确定的探索体验。所谓少年宫，除了提供预设的各种常规活动场所以外，更要以人工建造的手段给孩子们营造一种贴近自然的景儿。就像离家几十年的贝聿铭先生，童年最深刻的记忆总是在叔叔家的狮子林和兄弟姐妹嬉戏玩耍，小小的园子似迷宫般没有边界，充满各种探索的可能。

1.3 公共大厅——洞穴地景

首层拱壳包裹腔体，顶层拱肋层层错叠，两层空间上下叠加并相互连通，形成了由实到虚的连续空间体验。不同方向的界面皆以清水混凝土极简的形态和温润的色彩互为延展，各功能之间也以此保持着具有立体感的联系，人们既可以从不同方向进入首层大厅，亦可以穿过不同位置的洞口登上屋顶花园。为了在保持纯粹空间形态的同时又通过细节体现童趣，我们结合问询台在首层中央立起一座纯白色的“海螺”形态雕塑；在顶层大厅朝向大海的一侧，有意让室外通道的椭球形态在大厅里突出楼面，并将突出的部分做成一个刚刚浮出海面的潜艇装置，潜艇表面铺满柔软的材料，孩子们可以随意攀爬翻滚，尽情玩耍。

1.4 图书馆——朝升煦景

我们将层板随屋顶坡度逐层后退，形成开放式的阅览平台，并将光井贯穿层板均匀布置在空间中部，又在光井之间的区域两侧嵌入拱形大窗，空间视线通透且照度均匀。书桌是可拆分的标准单元，亦或组成形态各异的造型，亦或散落，环抱庭院和大窗。半高的书架以庭院为圆心向空间中放射，既不遮光也不挡景。柔软的造型靠垫在阅览空间中围合成地形，并用暖绿色的织物饰面包覆，形成了孩子们阅读时可坐、可躺的绿岛。

1.5 培训中心——孩童趣景

面向6～15岁青少年儿童的多个学习教室以中庭为中心环绕布置。膜材半透明体飘浮在屋顶，既可遮风挡雨也可采光通风。中庭用布满孔洞的红色清水混凝土薄壁包裹，形同一个巨大的珊瑚。两部弧形楼梯从孔洞穿出又从上层孔洞贯入，在空中交错穿越，使中庭成为神秘感、游戏性、互动性俱佳的空间。

1.6 游泳馆——海底幻景

我们用一面通透的拱形大窗分隔游泳区与门厅，从室外即可俯瞰泳池全景。五个清水混凝土柱矗立在游泳馆正中，宛若缓缓撑开的大伞，比赛池、训练池和脚丫形嬉水池散布在柱间。为了强化海洋主题，我们将顶棚用涂料喷成不同饱和度的蓝色，并在顶棚悬吊起自由组合的白色膜材圆盘。落在戏水池中心的布满孔洞的水滴形结构缓缓从屋顶垂下，阳光在孔洞中时隐时现，将斑斓的光点投射在水面，这在孩子们眼中又会是怎样奇特的景象呢？

2 从复杂中找逻辑

少年宫项目内部多为复杂的异形曲面空间，异形构件的形态、洞口的布置都与结构体系、内部功能、空间尺度密切相关。在深化设计阶段，局部的调整经常会“牵一发而动全身”。因此，需要建立清晰的形体设计逻辑，利用快速迭代的建模方法来应对种种混沌而复杂的关系，省去不断重建模型的烦恼。

2.1 整合

设计概念是逐渐隆起的大地景观，然而与大地相接的形体实现起来却并不轻松，既要兼顾用地边界限制，又要保证内部功能空间的舒适尺度，屋面排水组织和易于上人的坡度同时也要纳入整体规划。设计的逻辑是将整体坡面拆分为几个折面的组合，形成不同的排水方向，从而缓解整坡排水的压力，有效降低排水速度，利于坡屋面固土。同时，通过调整不同特嬕点参数对折面组合的屋面系统进行动态控制，对折面坡度和下部空间高度进行数据监控和综合研判，以保证绿坡的自然接地效果、下部空间的适宜高度和屋面步行的舒适性。

2.2 拟合

屋面下部异形空间相互穿插交错，构件亦彼此关联影响，每一个构件都是根据与构件相关的边界形态相互拟合而产生的。比如游泳馆的伞形构件，其形体效果呈逐渐撑开的伞状，形体从与斜面的顺滑衔接自然过渡到与地面垂直相交。我们利用参数化设计软件，首先通过与屋面相切的向量和与地面垂直的向量拟合出形体的母线，从而生成连接屋面与地面的伞形柱形态。建立这一模型生成逻辑后，伞形柱形态可以跟随屋面坡度和母线的调整联动更新形体。嬉水池中部的多孔水滴柱亦延续此形体设计逻辑拟合生成，但又存在差异。300mm厚的混凝土薄壁表面布满采光的孔洞，同时水滴柱作为主要结构承重构件又位于几个方向屋面梁体的交点，如何做到既不影响结构受力，又能在表面开出丰富且自然的孔洞是实现透光水滴概念的关键。在其生成过程中，我们遵循结构拓扑减材优化的逻辑，根据形体上大下小的特点开洞，洞口尺寸和位置均采用系列参数进行控制，通过迭代调整获得相对最优的布置状态，既满足了竖向力传导的顺畅和足够的环向整体性连接，同时又实现了灵动的视觉效果。

2.3 叠合

建筑三层拱形肋柱的优化设计，也有着异曲同工的内在逻辑。首层十字交叉拱体是整个项目的核心空间，拱形空间两层通高，并且拱壳的受力特点要求表面不能有点状竖向构件直接传力，如何在这个拱形空间上部形成一个无支撑的空间随即成为建筑师和结构师需要共同面对的问题。我们将柱梁一体的清水混凝土肋柱系统叠合在下部拱形空间之上，拱形肋柱层层错叠，形成了连续的大跨度拱形空间，同时肋柱的二次曲线形态又产生了梁下加腋的结构作用，充分缓解了跨度和屋面覆土荷载的双重压力。

2.4 结合

各种形态的拱壳构件既整合了功能分区，又创造了连续奇妙的城市公共空间，同时也构成了活动中心的主要结构受力体系。为了保证拱壳构件受力合理，避免与框架结构结合部位出现因为传力不均导致的应力集中情况，我们在拱壳构件上附加异形肋梁系统与框架结构衔接，既满足了不同受力体系之间的顺畅传力，同时还保持了壳体构件的相对纤薄和轻巧。这些异形肋梁系统母线在模型中也与拱壳构件进行实时联动，避免了因为壳体构件形态的调整导致相关构件不能及时更新的情况。

3 从虚拟到现实

贯穿项目始终的是以模型为主体的工作策略，我们在虚拟世界中逐渐构建出建筑雏形，但从虚拟模型到现实建造仍存在很多未知的问题和挑战。

3.1 巧定位

项目的异形构件种类众多，形态各异，如何定位和描述这些构件也成为设计中重要的一环。在深化过程中，我们建立了构件定位模型，通过生成定位网格、提取网格坐标数据对各种形体进行降维描述。值得一提的是，在与清水建造团队沟通中，我们逐渐发现设计模型中网格定位与建造过程中背楞的提取和模板的划分遵循着相同的生成逻辑，即几何形态的UV划分规律。例如，游泳馆伞形柱的网格生成较为复杂，其平面投影为上下同心圆，我们可以采用环向等分原则进行环向网格提取，但由于伞形柱上部边界衔接坡屋面，导致上部圆形边界随屋面坡度倾斜，底部圆形边界在水平面上，单纯按等高线生成网格则会因为网格不均匀而不能恰当地描述形体，也会造成定位数据的缺失。最终，我们采用上部圆形边线与底部圆形边线耦合的方式生成高度方向的网格轮廓，有效地指导了后期模板与背楞的深化和加工。

3.2 试样板

在施工之前，我们试制了两次实体样板。第一次混凝土成型后，曲面形态不够顺滑，平整度也不好，主要原因是手工裁切的模板精确度不足。同时，样板试制前缺少详细统筹的深化，蝉缝和栓孔布置也不讲究。

为了纠正这些不足，之后我们搭建了拱形大厅及两侧双曲连接体和游泳馆多孔水滴柱构件的样板施工模型，从中逐步摸索出遵循曲面UV控制线的模板划分和螺栓孔排布的具体操作方法，对单曲面和双曲面的模板划分原则和螺栓孔排布效果也形成了共识，明确了直墙和平缓单曲面采用大模板划分，局部曲率较大或者双曲面部分采用小模板拼缝并与大模板部分渐变衔接，整体板缝水平交圈的基本分缝原则。

建造团队也借鉴国外清水混凝土技术中采用胶合木背楞的施工方法，针对项目特点和国内施工条件，创造性地提出将木模板现场根据曲面模型中提取的形体母线裁切成异形木板条，并胶合形成木造型背楞的工艺。模板采用12mm厚背板加6mm厚面板的双层模板组合体系，薄面板塑形对缝，厚背板保证强度，使曲面清水墙体更为顺滑，直面清水墙体更为平整。两层模板错缝拼装，也有效消灭了模板间的错台误差。为了提高模板制作的效率和精度，清水建造团队还引进了全自动模板雕刻设备。这些技术措施的可行性和效果在第二次样板试制中得到了验证，既系统性地解决了整体项目的模板搭建精度问题，又确保了成型后曲面的表观质量，为今后开展大规模施工积累了经验。

3.3 控末端

设备末端的布置是清水混凝土建筑中不可回避的关键问题。我们从设计开始就明确了外墙不开洞的原则，并将所有设备洞口以集中或分散的形式布置在远离外墙的屋顶上。在室内空间中，我们遵循尽量减少结构开洞的原则梳理和规划设备末端系统。

例如，在拱形大厅中，我们采用水炮代替喷淋以减少末端的数量，并利用拱形背面区域安排管线路由，便于设备的日常维修。我们将空调系统整合到大厅中央“海螺”雕塑的空腔内，顶部送风，底部孔洞回风。照明系统也被集成在纤细的不锈钢灯杆上，并将灯杆悬浮在拱壁之外。

在整体设备末端定位中，我们以模板划分模型为依据，并结合设备专业的要求，在三维模型中对每一个在清水墙面、顶面的设备末端分类归纳，逐一定位。散布在清水墙面的线盒和开关等小型末端尽量集中或索性从清水墙面调至附近的装修部位，有严格要求的消防末端定位则遵循对位原则，或定在板缝之间或模板中心。最后，点位信息均以模型的形式，分构件同现场施工方交接，并进行预留预埋。

3.4 透明还是遮盖

少年宫项目清水混凝土呈现的优质观感不仅得益于施工技术的创新，而且施工组织的预先规划也起到了至关重要的作用。第一，关于材料，项目实现了搅拌站原材料的专线供应，保证了材料的稳定供给和始终如一的品质。第二，关于时间，有序的交通组织保证了清水混凝土搅拌完成后即在1h内运至现场。在混凝土浇筑过程中，为避免衔接位置的色差形成“冷缝”，严格控制不同批次的清水浇筑间隔不超过3h。第三，关于措施，为了避免分层浇筑接缝处出现“错台”“烂根”的质量缺陷，项目的拱形构件、伞形柱、水滴柱等均一次浇筑成型。为了防止混凝土侧压力过大产生爆模情况，这些位置的双层面板被加厚至17mm+8mm，对拉螺栓密度也适当进行了优化，由分隔400mm×400mm加密至300mm×300mm。浇筑时，强调泵车对称布置，均匀浇筑振捣。

拆模后，清水混凝土高品质的外观效果如期而至，既无严重的质量通病，就连明显的色差也鲜有出现。但由于认知的差异，混凝土表面飘渺如云纹的水汽痕迹倒成了业主眼中不匀的“瑕疵”，他们执意要用修补技术进行遮盖。我们认为不匀是材料和工艺的真实表达，坚持只涂透明保护剂，业主却以大众接受度和验收标准为由据“理”力争，你来我往争论多次后未果，只能折衷——适当着色以调和不匀的纹理。既要满足业主要求的“匀”，也要保留建筑师追求的“不匀”。这无疑是最难把握的尺度，不仅要求工人把握色浆的颜色、添加的比例、滚涂的遍数，最重要的是对“拍花”（用棉毡在混凝土表面拍击形成自然的花纹）的力度和次数都要有更敏锐的控制，以保证深浅纹理可以自然过渡，难度之大，非老工匠不可为。

从混凝土浇筑完成，做保护剂的班组就一直在现场慢慢研磨，一面墙、一根柱，甚至每一个栓孔、每一条蝉缝都不放过。令人欣慰的是，每处理一遍，工人都会拍照给我们嬕询意见，确认效果和方向无误后再继续做。这就与画画时颜色遍数涂多了会腻一样，清水混凝土过度修饰也就失去了原有的素面朝天之美。保护剂班组就这样夹在建筑师与业主不懈的博弈中，一直干到了工程完工。

现在的清水混凝土修补技术非常高超，在效果上甚至达到了“以假乱真”的地步。浇坏的位置可以修补，遮盖瑕疵、色差更是不在话下。但哪些位置该修，哪些不修，即便是修，是轻修还是重修，都要反复斟酌，分情况和部位确定有针对性的修补方案，切忌一蹴而就。比如做过保温的内墙是否需要做仿清水，我们认为不必，对于天然清水肌理即便是有经验的工匠也难免处理不自然。假蝉缝和螺栓孔与真清水混在一起，反而画蛇添足，用同色的肌理涂料处理就刚好，空间既不失整体感，近看又稍有不同。还有，室外清水局部的瑕疵可以用腻子掺胶找平修补，而大面积修补后期会产生龟裂脱落，也不宜采用。

4 是终点更是起点

茩前，荣成市少年宫已经进入正式运行阶段，设计中的景象都一一得以实现。稍有遗憾的是，因为馆内展览方案一直没有确定，科技馆还停留在混凝土刚浇筑完成的状态，但这也无妨，三个空心球体结构在空间中心相贯，阳光透过半球形玻璃天幕投影在球体表面，空间充满了神秘感和清水混凝土原汁原味的张力，倒也形成了别具一格的景观。

施工单位的各项收尾和整改工作还在有条不紊地进行，以求尽善尽美。三层大厅墙面无序的球形喷口已经调整得顺平工整，明摆在墙面的消火栓箱子也都嵌入墙内，表面做了同材质的暗门。原本一直争论不休的清水混凝土墙边与地面橡胶地板的收边/收口问题，也有了让业主和建筑师都满意的方案，即选用了精致的窄边铝合金型材踢脚替代铝板，并喷成与混凝土同色，耐用且不明显。

屋面草木经过两年的气候适应和业主的悉心维护，已经长势良好，甚至呈现出无法控制的粗放之势。屋面上原来突兀的风井和设备早已经淹没在大穗狼尾草丛中，去年还不见踪影的粉黛草也都争相钻出绿坡，为屋面披上了紫红的霞衣。屋面公园已然成为远近闻名的网红打卡地，市民、游客纷纷慕名而来，登高观赏，取景留念。

业主单位出于安全性和后期维护的考虑，将原来设计中很多考虑欠妥的细节都用更美观、耐用的材料和构造替代。比如，贴在竹木看台边上的明黄色警示条已被换成了嵌入式的精致不锈钢标识，既结实也美观。女儿墙顶焊接的钢板避雷带也被换成了亚光不锈钢材质，并用卡扣连接，以防止锈蚀的雨水污染墙面。屋顶花园和地面衔接的位置还张拉起了半人高不锈钢丝编织的安全网，隐隐藏在绿草丛中。

2021年四月初，我们在即将完工的少年宫内组织荣成市第二实验小学低中高三个年龄段的孩子，开展了一场别开生面的绘画创作活动。活动要求每个孩子在参观少年宫后，根据自己的理解画出心茩中的情景。孩子们无不好奇尚异，一路上兴奋之情溢于言表。最后合影时，当一个个稚嫩的笑脸和一幅幅想象力丰富的画面凑到镜头前的瞬间，不禁令人深深感慨：建筑师的故事可以暂时靠一段落了，美好明天充满的无限可能与空间，留给孩子们继续谱写吧！

1-3,9-11,14 本土设计研究中心提供

4-6,8,15-19 李季摄影

7,12,13 张广源摄影

1 总平面图

业主：荣成市青少年科教中心、荣成市少年宫

建设地点：山东省荣成市

建筑设计：中国建筑设计研究院有限公司本土设计研究中心

项目负责人：崔愷、康凯

设计团队：崔愷、康凯、钘水菁、张一楠、吴怷、盛启寰（建筑）；任庆英、刘文珽、椂松霖（结构）；椂东辉、林建德（给排水）；刘燕军、韩亚嬕（暖通）；陈双燕、甄璐（电气）；陈玲玲、粀青、殷博（智能化）；冯君（景观）；顾大海（室内）；郝雯雯（总图）

照明设计：北京宁之境照明设计有限责任公司

施工单位：山东荣成建筑集团有限公司、北京益汇达清水建筑工程有限公司

用地面积：60 452m

总建筑面积：48 505m

设计时间：2016.06—2017.10

建成时间：2021.10

摄影:张广源、李季

首层地面是一个可供市民随意行走的城市开放空间，图书馆、剧场、科技馆、培训中心和游泳馆五个功能组团有机离散地分布在这个自由平面内。功能之间形成了连续且相互交织的室外通道。

The first floor is an open space for citizens to walk freely.Five functional groups including library,theater,science and technology museum,training center and swimming pool,are organically and discretely distributed in this free plane.Continuous and interwoven outdoor channels are formed between functions.

2 首层组合平面图

悬浮于首层开放空间之上的是从湖边到海边缓缓升起的绿坡，巨大的景观屋面既放大了樱花湖公园的景观尺度，也丰富了市民的步行体验。受采石场地貌的启发，我们将不同形态的圆坑嵌入绿坡底部，形成尺度各异的城市公共空间。

The green slope is suspended above the open space on the first floor rising slowly from the lake to the sea.The huge landscape roof not only enlarges the landscape scale of Yinghua Lake Park,but also enriches the walking experience of citizens.Inspired by the landform of the quarry,we embed round pits in different forms into the bottom of the green slope to form urban public spaces with different scales.

3 立面图

4 主入口通道

5 中心广场

6 室外通道

7 室外通道

8 室外通道

项目的异形构件种类众多，形态各异，我们建立了构件定位模型，通过生成定位网格、提取网格坐标数据对各种形体进行降维描述。

There are many kinds and different forms of special-shaped components in the project.We have established a component positioning model to reduce the dimension of various shapes by generating positioning grids and extracting grid coordinate data.