新作+建造解析 | 大地之舞：华侨城巢湖自然文化中心 / 上海前及建筑设计事务所

建筑方案设计  change architects（上海前及建筑设计事务所）

项目地点 安徽合肥

建成时间  2022年8月

项目规模  1500平方米

本文文字由change architects提供。

概述

巢湖，位于安徽省合肥市东侧。蕴藏着7000年温泉地质文脉史的山脉在城市北侧自东北向西南方向绵延，与城市接壤的尽端，被命名为岠嶂山。山脚下的土地，是巢湖自然地质文脉与城市人文生活的交界。

背临生态自然，面向城市生活，华侨城集团在此开发建设着巢湖半汤温泉小镇，自然文化中心就位于小镇的中心。一条东西向蜿蜒的柔美的市政景观带把城市、文化中心与岠嶂山体三点一线联通，使得自然文化中心成为了联系自然环境与城市人文的枢纽。

构想

柔和的岠嶂山缓缓地坡向城市，青翠的自然植被模糊着山和城市的边界，几泊蓄积山洪与雨水的水塘和着芬芳气息的泥土，把天空拽进了山的倒影，一切都是自然的自我造物。于是，一个期望于自然自主塑造出来的、从环境中来回归环境中去的建筑构想慢慢浮现了出来，设计师希望这个自然文化中心是一个蕴含自然力量的地景建筑，也是一个重塑大地景观的空间雕塑。

自然文化中心的形体构想源于对在地地质环境的回应。整个建筑采用与山体呼应的自由曲线语汇，用一个巨构的双曲壳体对柔美的岠嶂山进行采样，同时也隐含着对地壳之下的地质空间的剖面化翻译。

柔和的形态是展露其外的对外部山体的成像，刚性挠度的曲率线条则是内在蕴藏的、源于令人敬畏的地表之下大地力量的含蓄侧露。整个建筑就像从地壳之下被自然造山力量挤压出地面似的，是地质空间的三维剖面。种植在壳体表面的绿植屋面，使得这个建筑仿佛不是被建筑师空降在这个场所里，而更像是原本存在，只是没有把附着在外的地表揭开被见而已。

双曲壳体的设计体系

采用何种建造体系，来实现这个复杂的被绿植覆盖的大空间双曲壳体屋面，是自然文化中心在设计阶段就考虑的第一个核心问题。这个问题里包含两个子问题。第一个问题是大空间，第二个是绿植双曲屋面的种植问题。

丰岛美术馆采用了令人惊艳的土工匠人手法，用土堆了一个完整壳型，在土坡上现场支模、浇筑，浇筑完成后用运土挖掘车将壳体之下的土堆挖走，最后剩下了一个完美且充满诗意的无柱大空间壳面。然而这个作品原则上应该称之为一件景观小品，并非是严格意义上的有封闭维护结构的建筑体。

这件景观小品并不需要对壳体下空的空间进行各项详细的建筑功能空间划分，如果我们采用这样的建造手段只为实现一个壳体屋面，那么对未来自然文化中心内部的各功能空间的预先尺寸控制是几乎无法实现的。更重要的是，这样的建造手段并不适用于同类型建筑项目的成熟技术推广与普及。

而MAD的哈尔滨大剧院，如同众多采用现代工程与设计技术实现复杂大空间建筑的众多参数化建筑一样，采用了复杂曲面钢结构作为建筑主体空间骨架的方式，相对而言更适用于本案的建造体系。

然而，正如弗兰克·盖里（Frank Ghery）、扎哈·哈迪德（Zaha Hadid）等同类型建筑师作品一样，当代的复杂建筑案例多数呈现出一种完全依托于全幕墙体系来实现建筑的外围护完成面，无论是玻璃幕墙或是金属板材（如铝板、钛锌板等）幕墙，当下可见的三维曲面建筑基本，都是以幕墙完成面作为建筑立面语言呈现的。这是数字技术和干挂作业高度协同发展的产业结果（亦是经济发展也匹配了高昂造价的结果），却鲜有见将绿化种植面覆盖在一个复杂三维壳面上的。这是因为更适合种植绿化的屋面通常是需要能更好解决防水问题的混凝土屋面。

综合考虑复杂大空间建造以及更有利于种植屋面层的防水可行性问题，自然文化中心的屋面壳体的建造手段采用了以钢结构为骨架，进而在钢结构骨架之上再进行支模浇筑混凝土屋面板的方式，也是相较于中国当下施工工艺更容易落地的构造策略。

同时，另一个不容忽视的建造问题是壳体的下表面如何实现的问题。整个自然文化中心的壳体呈现出一个平均厚度1.2米的厚板壳面的建筑语汇，因此要完整实现这个形式，一个光滑曲面的下表面如何建造，就成为了另一个有趣的话题。

正如前文所述，通常来说当下复杂建筑外表面通常采用的是板材幕墙，这就势必会呈现出充满工业成品味道的各种板材加划分线的工业表情。而自然文化中心的建筑是希望摒弃人工和现代工业记忆痕迹的，取而代之的是呈现地壳之下的地质构造语汇，比如地下岩洞的洞穴面表情。

从某种意义上来说，这种表情仿佛是一个带有洞穴岩石面色彩和质感的、类似丰岛美术馆那种没有工业斧凿信息的壳面表情。

为了达到这种类似自然岩洞表面的建筑完成面效果，最经济可行的路径是在钢结构下空悬挂一种可自由塑形的双曲面基层板材，然后采用一种接近自然洞穴石料表情的喷涂附着类材料完成面。最终，我们选择了既可自由塑形、又具有建筑外完成面基层材料的双曲玻璃纤维增强水泥板（GRC，Glass fiber Reinforced Concrete）以及脱胎于停车场地坪材料的陶粒混凝土喷涂类面层材料，作为自然文化中心的双曲壳体下表面的实施材料。

接下来是屋面绿植的种植问题。基于在钢结构设计阶段节约成本的低荷载结构条件，自然文化中心的结构荷载预留的是400kg/㎡，其中接近300kg/㎡的荷载用于120mm钢结构之上浇筑的混凝土屋面楼板及悬挂的轻薄混凝土板（GRC），预留给屋面绿化种植的覆土荷载量就非常少了，所以一种轻薄的屋面种植方法就变成了唯一可行的手段。

经过半年多时间的实际案例考察，我们最终选择了适用于坡度变化较大的复杂屋面种植，且仅需50mm超薄超轻覆土的“海纳尔”屋面种植技术，来解决自然文化中心这个复杂双曲壳面之上所需的超轻屋面绿化种植问题。用一个比喻来形容这种种植形式，就好比一张超薄的自防滑活体地毯。

解决了整个壳体自身建造方式及上下壳面的材料可行后，我们和合作的LDI（安徽省建筑设计研究院）在此基础上合作完成了正向BIM设计，以此建立了自然文化中心建筑全面详实的设计体系。

体系控制

整个建筑最核心的控形部分是双曲的屋面壳体。这个壳体以钢结构骨架为基础，向上支模，以控制支模的准确度进而控制模具之上现浇混凝土双曲屋面的准确度。混凝土屋面的准确度则直接决定屋面绿植形态的准确度；而钢结构之下的悬挂GRC双曲基层面的控形同样以钢结构骨架的准确为基础。因此，钢结构的精准控制，是整个壳体整体体系控制的核心关键问题。

那么直接决定钢结构形态控制的制约要素是什么？无疑是钢结构之上的那一层控制最关键的现浇双曲混凝土屋面楼板实际完型的浇筑模具及其模具铺设完成面形态。因此，钢结构的形态控制必须和屋面浇筑的模具选样、铺设方式整体考虑，并预先进行计算机模拟和必要的1:1比例视觉样板搭建试验。

首先最关键的就是模具的选择。我们选取了木模和钢模两种模具材料进行了试验。

木模是常见的模具材料，因其材料性能便于弯曲，因此更适合需要弯曲贴合的曲面形态钢构骨架；但木模和钢结构无法直接搭接，需要自身具备独立支撑体系，每一块木模均需要至少5个支撑点位（4角加中心）来支撑，可以说其施工复杂度是非常高的。

钢模与钢结构的搭接则较容易实现，焊接即可，施工难度大大降低。然而通常的钢模板多是成品的截面类似压型钢板的金属板材，这种截面的板材是不适宜弯曲的，选取钢模作为模具便于施工的，但却会损失部分曲面贴合准确度。

在平顺度并不完美的钢结构小样段落表面之上，施工工人在既有浇筑技艺精细度水平条件下，分别采用木模板和压型钢板浇筑完成的曲面混凝土屋面完成面，顺滑度效果差异并不大。但采用钢模板显然在成本、施工时间及难易度上更适合实际施工。

在浇筑混凝土壳面板的过程中，由于典型片段坡度较陡，在重力条件下，混凝土屋面板的截面会呈现上小下大的T形渐变状态。这一方面会对本不富裕的结构预留荷载产生一定压力，同时会多少影响整体形态的控制。

为了尽可能在实际建造中避免这样的影响，我们采用了120mm翼缘的桁架白铁皮模具，利用翼缘高度来控制混凝土板的浇筑厚度，可以在目视条件下基本可控制在所需的120mm范围，这也是来自施工单位很好的建议。

由于钢结构在深化加工中的成本控制问题，有一部分钢梁并不是柔顺曲线型的，因此就会出现很多折面的形态。基于成本与效果平衡的考量，最终我们对5个人视观赏点影响较大的折面区域中合计97根钢梁进行了形态优化。由此，一个未来形态基本可控的钢结构控制基本完成了。

本建筑将使用2000mm×600mm的合计2100块桁架白铁皮模板，并根据实际需求进行现场裁切来贴合钢结构表面。原则上来说，由平面模具拼接而成的模具完成面基本就是实际浇筑混凝土曲面楼板完成面，但由于浇筑时混凝土是流态，最终会比模具完成面相对顺滑一些。所以我们只需要对全模具的坐标点进行一次接近于平面形态的微曲面运算，即可以大致把控最终浇筑形态的混凝土面层完成面了。

由于钢结构是三维双曲形态的，实际上是不可能存在任意一块直面模板的4个角点都能够落位到其四向相关钢结构梁上的，即每一块模板至少有1~2个点，实际是相对相邻钢梁呈现出翘起悬空状态的。

所以在整体模具面层上，由所有模板四向角点联系生成的混凝土完成面模拟形态呈现出的整体形态基本可以达到设计要求，然而还是会出现很多类似表面坑洼塌陷的局部形态。这些局部的坑洼面的解决，建筑师决定在现场浇筑完成后，根据实际真正完成情况，通过后续的屋面保温层及绿植层两道软性材料工序来进行最后的修正。

壳体下表面的双曲GRC基层面属于幕墙体系，在钢结构确定后即可进行深化设计，由工厂定制加工后在现场安装。唯一的难点是整个壳体和建筑本体部分还是会出现不同结构基层，比如钢结构与混凝土结构体交接部位的GRC面层交接问题。最终，建筑壳体下表面使用了680个尺寸各异的双曲GRC面板。

建造纪实

由于建筑屋面曲率变化较大，本建筑采用了适配缓坡和陡坡不同坡度屋面覆土防滑处理策略，缓坡处采用网格较大的防滑隔，而坡度较陡处采用了密孔隔；在相应的不同密度的防滑隔内填充50mm的配方土，可维持后续种植的屋面植被存活。

在整个壳体的下表面建造中，本建筑采用的是预制GRC双曲混凝土板材。由于壳体形态变化非常复杂，每一块GRC板材尺寸都不相同，安装工人需要根据编号对每一块GRC板材进行现场对号安装。

由于GRC板材和钢结构都是工厂预制后到现场装配，在安装过程中会出现误差，尤其是在不同结构基层的区域，所以设计之初，我们在GRC与不同材料的交接部位都做了详细的交接分析和空间预留，把可能的误差尽量在后续的可延展作业（如屋面绿植工程及场地景观灯交接部位）中进行织补缝合。

在GRC面层的表面完成饰面的选择上，我们选择了最适配复杂曲面的涂料类材料。同时由于整个建筑是一体化地景式的风貌，墙面地面的材料一体化就变得尤为重要。

在考虑竖向立面和现场喷涂中地面材料可防水渗漏和开裂的问题，均衡各项参数，并在效果上为实现一种天然洞穴感的质感，我们选取了演化于停车场场地中的陶粒混凝土材料。经历了13次的材料小样试错后，我们最终定下了实施的饰面涂料材料。

现场喷涂的建造方式，使得最终成型的双曲面表面非常柔顺，没有任何工业板材划分的痕迹，并由于工人在喷涂过程中的灵活喷涂，整个表面逐步呈现出具有颗粒质感并富有一定质感变化的岩石面效果。

筑就诗意

全过程建造纪实  ▽

设计图纸 ▽

完整项目信息

项目名称：华侨城巢湖自然文化中心

项目规模：1500平方米

项目周期：2019年6月—2022年8月

业主公司：华侨城华东集团、华侨城合肥环巢文旅置业发展有限有限公司

建筑方案设计：change architects（上海前及建筑设计事务所）

主持建筑师：姜求

设计团队：周洋洋、史臣、李宝娜、侯晓濛、金晓莉、边科铭、郝紫葶、元勇权、李俊青、刘梦雪

建筑创意及设计顾问建筑师：蔡晟、李寒HAN SONGLI（英）、殷文军、于卫东、郝星宇、钱骏

结构方案顾问公司：上海源规建筑结构设计事务所

顾问结构设计师：张业巍

建筑方案合作施工图设计院：安徽省建筑设计研究院有限公司

设计团队：马皖强（建筑）、任禄（建筑）、吴庆华（建筑）、刘畅（建筑）、吴杨（结构）、乐明星（结构）、毕丽敏（给排水）、李玮（给排水）、王慧（暖通）、高东媛（暖通）、刘朝永（电气）、褚可为（电气）

钢结构设计合作单位：安徽富煌建设有限责任公司

设计团队：童敏、詹煜龙、刘凡

幕墙设计合作单位：上海熙玛幕墙工程顾问有限公司

设计团队：吴复振、卢斌、吴顺、胡盼、李丽丽、李旭东

景观设计合作单位：艾麦欧（上海）建筑设计咨询有限公司（M.A.O）

设计团队：赵瑜、庄稼、郑洁

室内设计合作单位：伊波莱茨建筑咨询服务（上海）有限责任公司IFGROUP（德国）

设计团队：Dirk Zschunke、Dora Latloczy、Frank Wang王一非、Halil Dogan、Kenny Chou周云中、Peter Ippolito、Yu Yan颜钰

照明设计合作单位：杰瀚照明设计咨询（上海）有限公司

设计团队：陈欢，岳欣瞳，欧阳建文

标识合作设计单位：北京图石空间创意设计有限公司

设计团队：孙武、刘文波

软装合作单位：上海柯翊建筑设计有限公司（KOYI）

设计团队：周晟、裴洁、李洛毅

工程总承包建设单位：中兴建设有限公司

施工团队：张望平、张斌、许明明

钢结构施工合作单位：中原雄狮企业发展集团有限公司

施工团队：刁广东、孙序涛、代中全

幕墙施工合作单位：上海开祥幕墙有限公司

施工团队：朱振华、张杰、沈伟

屋顶绿化施工合作单位：上海海纳迩氧森态科技发展集团有限公司

施工团队：余露、庄祥、吴蔚

室内施工合作单位：安徽省振帆装饰有限公司

施工团队：刘晖、毕辉、夏阳

景观施工合作单位：安徽建川市政工程有限公司

施工团队：左从权、贺俊

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