裘俊 关飞

裘俊 中国建筑设计研究院有限公司本土设计研究中心建筑师。

关飞 中国建筑设计研究院有限公司本土设计研究中心一室主任。

混凝土板壳结构在大跨度空间建筑中的应用，伴随着混凝土技术的逐渐完善而成熟：1920年代开始崭露头角，到二战期间因为大量需求催生了混凝土技术的大发展；二战中后期百废待兴的社会状态更是将混凝土壳体推向繁荣，并漂洋过海，影响到南美、日本等其他地区；1970年代繁荣后的逐渐消亡预示着混凝土材料在当时诸多因素下日渐式微，新技术、新材料的蓬勃发展也向其提出了挑战。纵览全局，这条发展轴线其实暗合了混凝土技术的发展脉络。而在新时期，大面积素混凝土壳板结构还存在哪些新的机会？笔者认为，西宁丝绸之路物流园项目正是这方面的一种尝试。

1 黄土印象

青海西宁西部湟中县多巴地区的黄土山谷夹缝中正在建设一座多巴新城。受业主委托，我们在青藏线双寨站的南侧规划了一片多功能的物流综合体。项目用地东西长约2 639m，南北宽约1 114m，在铁路线和城际高速之间呈L形。2015年现场踏勘时正值深秋，高低起伏的黄土沟壑给人以极大的视觉冲击，南侧山坡金黄的秋叶、北侧荒芜的村落与黄土飞怷的施工场景形成巨大反差，而一座总面积达70万m的现代物流城即将在这里诞生。

2 地景从合

项目从梳理大地开始，通过将不同坡度的山地修葺成台，构筑成竖向丰富的黄土台地景观园区。同时，为满足园区功能、突出线性形态与环境的关系，我们将物流仓储区、集中停车区、办公配套区、加油加气服务区、远期服务区五个功能模块串联布置。建筑以柔和的曲线形态顺应着起伏的大地肌理和混凝土材料的力学特嬕，朴素的形态和纯净的材质体现了独特的工业建筑气质，以一种现代而谦逊的姿态拟合了建筑与山体环境的关系（图1）。

2.1 与土地的关系——从大地生长

充分考虑场地地形，在尽量减少土方工程的前提下优化建筑与场地的关系。项目位于鞍家岭的北坡，地势高低变化较大，场地内坡度大于8%的不适合建设场地较多。以南北向和东西向分层错动的生土平台为基础，在不同土台上布置单体建筑，高低错落的建筑之间形成了空隙，成为天然的庭院。连续的屋顶、错落有致的景观、起伏的大地，它们共同有序地生长。

2.2 与功能流线的关系——模块拓展

库区组团在满足库区工艺流程要求的前提下，顺应线性的场地条件进行功能分区和建筑单体的模块化整合，在有序拓展园区规划单元化的同时，高效串联道路路网，从而降低施工成本，提高使用效率与空间适应性；服务区组团通过单元式的合院布局来适应高低起伏的地形，为物流园区提供办公、商务、餐饮、住宿等一站式的配套服务。

2.3 与环境景观的关系——融合与再造

雄浑冷寂的西部地貌塑造了西北独特的地理环境，建筑以朴素的材料、形态给与回应。连续起伏的屋面形成了城市零散肌理向自然起伏山体的过渡，不同尺度的中庭、屋顶花园与建筑空间融合，使屋面不再只是建筑的轮廓，而是以紧贴地面的扁平形态勾勒出一种全新的场地印象——建筑仿佛从大地中生长出来，构成一幅独特的大地景观。

3 朴素材料与现代工艺

采用素混凝土工艺浇筑成大体量的拱壳结构单元，利用拱顶单元的拼接形成连续大空间，并通过局部增加不同的结构构件，以适应仓储物流、商业店铺、办公住宿等不同的功能需求。得益于拱形结构单元优良的力学性能，建筑拥有了24m宽、10m多高的无柱开敞空间，壳板最薄处只有150mm。这种连续、通透的空间效果和轻巧的结构曲板形态形成鲜明对比，赋予了建筑有序而理性的空间美感，同时成熟的现代工艺与材料也让朴素的混凝土建筑具有了现代工业建筑的品质（图2）。

3.1 模块化单元对工艺、施工方式的适应性

仓储库房结合工艺流程设计成标准模块，借助预应力清水施工工艺，使150～200mm的薄壳实现了24m的大跨度空间。这种做法不仅降低了施工难度，提高了模板的使用率，还能满足空间的灵活性和功能转换的适应性（图3）。水平向楼板和立面格构作为串联拱壳单元的水平构件，在抵消壳体水平推力的同时，还是建筑主要的围护和承托组件。立面材料采用带有纵向肌理的清水混凝土，既降低了成本又获得了比较粗犷的肌理效果。

3.2 数字模型工具对设计与施工转换的协助

以前，传统建筑师及工程师凭借实验、经验等方法确定建筑结构的合理形态，找形过程比较粗略和主观；而计算机的出现让结构的形式和表达有了新的可能性，使得设计和生产发生了爆炸式的发展。设计中我们将数字化模型与结构力学分析工具结合，提高了建筑造型和结构找形的准确度，使抽象形体的面转换成数字化可控的面。比如库房和商业壳体的屋面设计，尤其是加油站异形曲面壳体的找形，计算机模型生成了不同的找形结果，利用悬链线合理布置拱壳受力曲线，使板壳受力合理、与建筑形体拟合度最优（图4）。

3.3 技术规格书对低技化施工的指导

混凝土材料看似简单，但这种流动材料的物理特性由许多因素控制。意大利建筑师奈尔就维强调受力原则和形体的简单，并对施工工序、施工组织、质量控制均有严格要求。在当地施工单位缺乏相应施工经验和技术手段的情况下，团队结合以往项目经验和当地的施工习惯、材料特性、施工周期等因素，编辑了《清水混凝土技术规格书》，用于指导施工深化、备料、模板切割找形、浇注、保护等施工措施。施工单位从最初的比较排斥到娴熟掌握，并结合现场情况合理调整模板尺寸和模板重复使用率，平衡了经济造价和施工质量。可以说，该技术规格书起到了技术沟通和明确验收标准的桥梁作用。

3.4 新材料、新工艺对混凝土传统缺陷的改良

清水混凝土防水不仅关乎建筑的使用和安全，同时影响材料的表观效果，混凝土自身因施工环境和技术特性易产生毛细裂缝，在保证清水混凝土效果的前提下，如何进行防水、保温设计，尤其双面清水效果的防水设计，一直是施工中的一项难题。不仅如此，项目地处严寒地区，昼夜温差大，连续大面积混凝土开裂成为施工的顽疾。团队将高强度TPO卷材、保温板与混凝土板面结合，形成“三明治”防水保温复合结构，在可控的施工成本条件下，提高混凝土建筑热工性能，优化其在严寒、高紫外线地区的抗裂性能。同时，利用成熟的预制混凝土夹芯保温墙体系统和隔热窗系统，在提高墙体热工性能的同时，保障室内的采光和自然通风。预制混凝土构件与现浇混凝土材料的结合，进一步提高了建筑的整体品质和耐候性能（图5）。

3.5 系统整合

清水混凝土建筑具有结构、装饰一次成型的特点，设备末端的布置选型直接影响建筑内部空间呈现的品质，因此对设备末端定位及外观的控制成为清水混凝土深化设计中不能回避的问题：将落水管、灯光等机电系统与建筑整合，使单纯利落的建筑形体得以保持（图6）；清水混凝土施工模板图、天花图、设备综合图则有效控制了设备管线和末端定位，提高了整个建筑的完成度。

4 地域材料和地域生态的回应

4.1 对于地域性文化和材料的表达

建筑设计强调形式和地方文化与材料的结合。通过对《建筑材料技术建议书》的整理，收集大量可用的地方性材料和施工做法：建筑立面整体色彩与西北传统地域文脉相呼应，上部以清水混凝土和混凝土预制百叶为基本材料，局部采用木材及木格栅，为建筑添加自然气质，基础和地下室部分外墙采用赭石色、咖啡色等暖色基调的当地石材；施工技法上采用当地块材叠错等传统叠石工艺；室内则结合当地唐卡文化和挂毯进行设计。

1 航拍鸟瞰

2 室内空间

3 壳体单元对不同功能的适应

4 屋面板结构计算

5 复合保温、防水屋面及立面

4.2 地域的气候适应措施

项目地处严寒C区，四季分明、昼夜温差大。以热工被动技术为依托，通过厚重的蓄热墙体、加大屋面及墙体的保温能力、南侧屋顶天窗引入自然采光等措施，提升建筑整体的热工舒适度和采光效果。屋面为拱顶，高低拱的叠错形成侧向采光天窗，结合屋顶天窗和室内通高空间形成了吹拔效应，直接改善了建筑内部通风。

4.3 结合西北气候和台地特点的生态景观

整体景观以符合西北地理特嬕的台地景观为主，多层次的台阶状景观节点突出了场地的陡坎特嬕，新的景观序列营造了舒适的场地微环境。与岩土工程配合，格宾石笼挡墙将台地和建筑紧密结合，协调了建筑与地形的关系。台地与院落的结合，因高差的出现产生了更为丰富的空间关系，而台地上的植被景观则丰富了这种空间序列，成为拉近建筑、台地与个人尺度的景观元素。线性的拱形单元建筑形态顺应场地围合成院，简化了建筑构件的类型，以灵活的单元拼接应对了功能的适应性（图7,8）。

5 结语

综上所述，在大面积、大跨度混凝土的实践过程中，团队采用了预应力结构技术、参数化设计工具、新防水保温材料、新模板等创新的设计、施工措施，为混凝土壳体的地域性实践提供了技术保障。西宁丝绸之路物流园项目由此平衡了低技施工、建造成本、建筑品质之间的关系，为混凝土这种传统而朴素的材料在西部地区不同类型建筑的实践中做出了尝试。

致谢：感谢“清水混凝土建筑的设计与施工技术研究”课题团队负责人崔愷、康凯以及成员叶水清、钘水菁、吴健、张一楠、椂松霖对本研究的贡献！

6 清水混凝土檐口节点

7 建筑、台地景观分析

8 1#、2#办公建筑剖面示意图

业主：青海欧陆物流有限公司

建设地点：青海省西宁市

建筑设计：中国建筑设计研究院有限公司

项目负责人：崔愷、关飞、张燕、裘俊

设计团队：付轶飞、宋旻斐、毕懋阳、刘涛、章蔚、李心瑶

总建筑面积：72万m（规划），17万m（一期建成）

设计时间：2016

项目状态：在建

1,2,5 中国建筑设计研究院有限公司提供

3,4,6-8 作者自绘