动态的同构：日照市科技馆 / 中国院本土设计研究中心

编辑：李博超 | 校对：李博超 | 2024.04.11 10:08

设计单位 中国建筑设计研究院有限公司本土设计研究中心

项目地点 山东省日照市

建成时间 2020年

建筑面积 18023平方米

本文文字由设计单位提供。

1 缘起

著名科学家丁肇中教授是世界公认的物质和原子粒子物理学领域的杰出学者，因发现J粒子而于1976年获得诺贝尔物理学奖。他说：“实验是自然科学的基础，没有实验证明，理论是没有意义的。只有实验推翻了理论，才能创造新的理论，而理论不能推翻实验。在过去的400年里，我们对物质结构的基本理解大多来自实验物理学。”

丁肇中祖籍是山东省海岸线上的日照市，从1975年开始，他每年都要回中国访问讲学，为了祖国高能物理的发展，他不辞辛劳，努力促进国际物理学界同中国物理学家的合作。2014年，接到日照市建设丁肇中科技馆的委托任务后，崔愷院士立即飞往日内瓦与丁教授会面讨论设计理念和策略。在设计前期丁教授直接参与项目的讨论；在整个设计阶段，他都对科技馆的科学成果、展览材料（设备、模型、实验演示）以及展览的基本内容进行了审核。科技馆展览的内容由丁肇中先生不同阶段的研究成果组成，包括五大实验以及AMS-02球幕影厅。

2 最初的草图

科技馆的选址位于日照奥林匹克水上公园西侧的公园内，与青岛路相邻。与青岛路西侧的城市用地不同，科技馆更属于公园和海景的一部分，而不是城市。

对于建筑师来说，如何通过空间语言将高深的科学实验同大众的认知联系起来是我们需要面对的核心问题。新的科技馆应该是科学界和大众之间联系的纽带，建筑空间与展陈设计应该将丁肇中先生的科学家精神传递给年轻一代。

崔愷院士最初的草图尝试将动态的星系运动与五大展厅的布局建立联系，所有展示空间都被置入地下，建筑平面布局的核心如同一个黑洞，五大展厅像星球一般环绕着中心，所有的元素都是动态、向心、内卷的，最终都将被吸入到黑洞中。

串联展厅的通道甩出长长的轨迹，延伸到整个地面景观中，成为地面景观的主要元素。露出地面的球幕影厅是整个科技馆唯一露出地表的构筑物，它象征着一个巨大的AMS带着微小的倾角置于草坡之上，成为整个滨水公园的标志物。这张草图也让人联想起丁肇中先生模拟宇宙形成的L3实验所在地的巨大圆环，也就是欧洲核子研究中心的地下加速器。这个圆环周长27千米，深埋于地下100米。

无论是星系运动还是加速器，设计草图都呈现出一种动态的叙事方式，这意味着建筑要寻求自身的空间语言，与动态的叙事方式同构。

3 动态的同构

受丁肇中实验的启发，设计将景观和建筑作为一个整体，被绘制成围绕其中心旋转的向心环绕型布局，在其两侧排列了入口和出口大厅、五个带卫星室的大型展厅、一个会议厅和服务空间。所有这些空间和循环通道都受到核心“黑洞”的旋转力的作用，因此它们的位置令人想起发动机在主轴上的旋转——“瞬间冻结”——类似于粒子加速器的运动。

动态的平面布局像一个螺旋线圈卷在它的中心，拖着它的尾部元素（与欧洲核子研究中心的环形布局类似）。我们主要的设计理念在于“同构”地表达建筑语言的象征意义：科技馆展览空间像一个巨大的装置邀请游客进行科学探索，流线如同粒子一般沿环形加速运动，进入各个展厅及其子展厅。

游客从±0.000米层的入口开始，经过圆形“黑洞”序厅后直接进入地下空间，就像进入黑暗的洞穴一样，主循环路径呈环形展开，围绕核心空间（象征着星体黑洞），穿过螺旋走廊和-6.000米层的展厅（对物质的探索），再环绕“黑洞”的环形坡道向上；到达顶部高度后，流线继续将游客带到外部坡道上，然后返回地下，连接到入口前厅。

作为以丁肇中的科学研究历程为基础的常设展览由五个拱形展厅组成，分别展示测量电子半径、重光子研究、发现J粒子、揭开胶子之谜、L3实验五大实验设备。它们再现、证明和解释了丁肇中完成的五个最重要的实验场景，其中包括各种粒子加速器。每个展厅都根据展示装置和模型的大小进行了设计，所有展厅都被拱形屋顶包围，突出的多个拱门逐渐减小。拱顶的结构混凝土为一次性浇筑，经处理后没有任何表面装饰，并为机电设备提供了空腔。

地上部分由围绕建筑核心的双向螺旋坡道组成，为游客提供360°的连续观景的步道，直到山丘上方15米的高度后可以选择另一个坡道返回。

4 施工的挑战

如何施工逐渐弯曲的拱顶一直是该项目的挑战，所有展厅及通道的木纹混凝土结构都需要一次浇筑成功，没有失败地余地。项目组通过对BIM模型的全面控制，对每个钢龙骨模板的半径等参数进行了设置和编号；然后，所有弹性胶合板在工厂进行加工，在现场组装和定位。

单曲面或双曲面木纹混凝土空间是该建筑地下两层的常见特征：除了五个主拱形大厅外，每个大厅侧面都有一个卫星展厅，形状像顶部削平的圆锥体，人们通过圆形天窗望向天空；入口大厅由一系列同心拱顶覆盖，拱顶由较低且宽的拱门支撑；参观通道的圆形走廊也是拱形的。

弯曲的墙壁和拱形屋顶的交叉点，全部由结构和清水混凝土浇筑完成。结合混凝土的预留预埋，室内照明灯位都恰当地隐藏了自身，所营造出来的光环境给游客带来了非常特殊的体验：仿佛是与科研人员一块进入到地下隧道探访隐秘的实验室，增加了空间的神秘感。

中心空间是建筑的核心，也是其主要的旋转中心。它是一个由结构混凝土连续墙形成的锥台形，位于地下圆形展厅上方。在首层入口序厅，中央圆形大厅的地板和天花板向中心略微倾斜，仿佛黑洞的巨力将地面牵引变形。该展厅通过三维投影展示了丁肇中对宇宙缘起的研究。序厅的上层是球幕影厅，球幕影厅的中部是一个可以升降的机构，用来展示AMS-02的模型。

地上锥体的外表面覆有镜面反射波纹铝板，直径18米，高度18米。整个地上部分的重量由混凝土锥体支撑，其周围的坡道钢结构仅由拉杆锚定在地面。锥体本身构成了支撑屋顶和螺旋坡道的主体结构，其结构系统可以通过三个不同的部件分开来理解：混凝土锥体的顶部是一个巨大的钢桁架屋顶，上部覆盖ETFE膜材料采光屋面；坡道通过一系列绷紧的钢拉杆由屋顶的边梁吊挂着，以双螺旋的方式上升。该结构系统允许将拉杆的截面减小到最小，以代替较粗的钢柱来支撑重型坡道的平台板。

混凝土圆锥体的曲面和圆形坡道的外沿是八边形的檐口，它与屋顶八边形轮廓相对应。八边形钢结构的造型来源是安装在欧洲核子研究中心实验室的大型强子L3对撞机，这是丁肇中构思和建造的最重要的设备之一。

从一定距离看，科技馆给人的第一印象是一个轻盈、通透的物体，由镜面的金属材料和钢索组成，微微倾斜的八角形屋顶、坚实的镜面反光锥以及螺旋坡道。相对于建筑物，它更像一个巨大的实验装置，仿佛突然降落在绿色的地面上，引起了不知情路人的注意和好奇。在夜晚，这个“天外来客”所发出的奇异光线更是日照市滨海区域的一个神奇的景观。