参数化构建“湾区之眼”的空间涡旋_谌礼斌.pdf

114参数化构建“湾区之眼”的空间涡旋Parametric design of the space vortex of the Eye of the Bay Area 谌礼斌 Shen Libin摘要：江门湾西总部基地，在滨江公园一线选址建造城市新地标“湾区之眼”，作为城市展览空间与商业轴线端点。建筑师立足于江门当地的气候、地形、文脉条件，创造出带有空间涡旋特征的有机建筑形态，结合参数化建筑软件技术和可塑的建筑材料、可控的建造技术，打造江门“门迎天下，眼望未来”的文化展示公共建筑。关键词：湾区之眼；空间涡旋；参数化设计；绿建技术建造Keywords:Eye of the Bay Area;space vortex;parametric design;environmental building technol-ogyAbstract:As the urban living room and the end point of the commercial axis,Jiangmen Bay West Headquarters Base is lo-cated at the front line of Binjiang Park and plans to build a new urban landmark,Eye of the Bay Area.Based on the local cli-mate,terrain and context condi-tions of Jiangmen,the architect creates an organic architectural form with spatial vortex char-acteristics,combined with parametric technology,plastic material and controllable con-struction technology,to create a cultural exhibition public build-ing in Jiangmen.1 项目立意与任务要求广东省江门市自古“江通四海，门迎天下”，既是广东省重要的侨乡和中华民族光复的革命策源地，也是人才辈出的“院士之乡”，是新时代背景下，西江流域地区融入大湾区经济带的重要城市与桥头堡。江门湾西总部基地由中铁建集团、兰光集团合力开发，其中的城市展览空间“湾区之眼”选址于滨江公园一线，旨在配合湾西总部基地，构建江门市滨江新区商业金融中心起伏的天际线，连接商业CBD与城市核心公园的景观节点与门户，打造城市新地标。2 设计要点和创意历程湾西总部基地位于江门市滨江新区腹地，占地253亩，是集总部基地、商业商务、金融服务及生态宜居于一体的大型城市综合体项目。“湾区之眼”作为江门市地标性建筑之一，位于商办地块中轴线末端，南临观澜河、滨江公园，是项目的重要节点。作为商办地块的“开篇”之作，“湾区之眼”对总体造价提出了严格的控制要求，在空间变化丰富的基础之上，要求同时降低实施难度及工程造价。2.1 设计要点设计之初，项目意图表达江门滨江新区“门迎天下，眼望未来”的开放精神和央企振兴区域经济的创业情怀，创造具有海洋文化特征和未来感的空间形态，并依托建筑信息模型（BIM）技术，对空间构件进行立体校验，同步生成可视化动画等。同时，结合当地气候条件，进行风洞试验，进一步保障钢结构体系的安全性和稳定性。如何处理好地域文化、气候与建筑形态之间的关系，采用新技术、新材料使建筑与岭南文化融合，达到绿色共享的效果，是设计要解决的核心问题。2.2 创意历程（1）形态：月洞门与莫比乌斯环地标不仅是城市形象符号，更是城市文脉生长过程中的“时间记忆胶囊”，“湾区之眼”呈曲面渐变螺旋形态，建筑外表由多层双曲面连续叠加，中心位置采用轴对称镂空网壳，造型参照南方园林中的“月洞门”，以还原中国古典建筑山水融合、妙韵天成的意境；同时借助参数化，构建莫比乌斯环无限循环的表皮，内、外部在空间上连续扩展，打造具有未来感的新秩序。（2）空间：建筑的围合与边界的穿越建筑的空间塑造和视线导向呈现螺旋中轴环绕和逐层递减消失的效果，这一点借鉴了鹦鹉螺的形态特征，人们在建筑内部也能感受到外部空间的整体形态，围合建筑南北两侧的表皮，顺着螺壳结构逻辑在空中交汇，以一种有张力的形态粘合为一体，共同形成顶部的弧形天穹，在建筑南北两侧的边界消失。一个可以仰望夜空，俯看城市的星空平台悬浮于光影变幻的环幕之中。3 参数化设计与绿建技术建造3.1 方案推敲阶段（1）方案前期：三维造型辅助设计方案前期，我们利用3ds Max软件，进行模型体量的推敲，确定了建筑体量的基本要素：体量关系、表皮构成、虚实关系和灯光布置。谌礼斌深圳市建筑设计研究总院有限公司湾区二院三所所长。中图分类号：TU242.5 文献标识码：A专业论文idea&criticismDOI:10.19953/j.at.2022.11.004115初步方案模型确定以后，对模型的体量数据进行优化。在确保外观变化不大的情况下，简化模型曲线，进而利用Revit的Dynamo插件，将数据转化为三维体量模型，再次推导出经过简化的各层平面轮廓线。（2）方案中期：平面推敲与方案优化在轮廓线基本确立的基础上，进一步推敲平面。利用Revit软件建模，验证平面方案的可行性，规避模型碰撞的可能性。过程中，根据设计策略的调整，渐进式优化BIM模型，平面与立面之间，互相配合、互相校验，生成方案阶段的最终BIM模型。（3）方案后期：可视化输出最后，利用Enscape实时渲染软件生成效果图和可视动画，用于编制汇报文件。高精度、高可行性的方案阶段BIM模型，为方案沟通提供了高效、直观、可靠的支撑。（4）PTFE膜的应用江门属亚热带季风气候，冬季盛行东北风，夏季盛行西南风。纬度约为北纬22.66，位于北回归线以南，夏季太阳高度角较大，太阳辐射较强，合理的遮阳措施是呼应地域性气候的重要体现之一。“湾区之眼”在去掉膜幕墙以后，几乎是一个玻璃盒子，四周被玻璃幕墙包裹。在此前提下，在建筑的东立面、西立面和顶面增加PTFE膜幕墙，与幕墙玻璃的遮阳膜共同形成双层遮阳系统，做到“防炫光、抑高温”，以“被动式”绿建体系达到节能减排的目的。PTFE膜作为一种新型的建筑材料，具有较强的自洁性，同时具有半透明的效果，被削弱的自然光以柔和的方式透过膜材料，为室内提供自然照明，节省人工照明能耗。从建造的角度考虑，材料本身的可塑性也有效降低了施工难度。3.2 施工图阶段参数模拟设计“湾区之眼”建筑总高度为35.7m，宽63m，总建筑面积1 879m2。采用钢结构、混凝土结构、膜幕墙、玻璃幕墙、网架结构等多项技术。各曲面须经反复优化，实现内外受力与造型美观之间的协调。3.2.1 建筑钢结构与幕墙设计建筑主体采用钢筋混凝土结构，而支撑外形轮廓与PTFE膜的是钢结构。前期设计的Dynamo体量模型，可通过外挂Rhynamo软件包，输出为Rhino格式文件，从而交由钢结构设计师进行深化设计。期间，依据各专业提供的工程造价，对方案进行不断优化。例如对幕墙方案的优化过程中，利用Dynamo插件，对幕墙面积、用钢量等进行估算统计。Dynamo可统计体量表面积和钢结构长度，根据幕墙专业提供的金属管径、壁厚等信息，进一步估算出幕墙的用钢量和膜幕墙的面积，结合幕墙工程造价，得出不同材料的估算对比，从而为项目优化提供参考。同时，钢结构模型也可反向输出为Rhino模型，用以进行各专业间的碰撞测试。3.2.2 碰撞检查项目中，建筑、钢筋混凝土结构、钢结构和幕墙4个专业，是碰撞检查的主要对象。由于各专业使用的设计软件具有差异性，Revit无法很好地胜任碰撞检测任务，因此在本案中，将Rhino软件作为主要的中间平台，进行碰撞检查。以钢结构与钢筋混凝土结构间的碰撞检查为例。我们在Rhino软件中对结构图纸进行建模，并导入钢结构模型，对极易发生碰撞的区域进行重点检查，得出检查结果，为两个专业提供修改建议。1234临内街外观模型展示风压系数分布云图空间构件拼装示意图空中平台铝板包覆安装示意图1234外包金属网架50mm3mm 铝管，白色亮面氟碳漆双曲铝板三维透视图 1:1003mm 穿孔铝板32 等分8 等分16 等分 3mm 铝板铝板包边L50mm5mm镀锌角钢L50mm5mm镀锌角钢3mm 铝板3mm 铝板3mm 穿孔铝板3mm 穿孔铝板双曲铝板前视图 1:100双曲铝板左视图 1:100双曲铝板底视图 1:100116参考文献呙瑶，肖丹玲.中铁建江门总部基地项目风荷载CFD数值模拟计算报告R.2020.1图片来源张晓虎拍摄杨超改绘1,58243.3 风荷载CFD数值模拟的运用与实践项目位于广东省西江流域下游，为应对夏季频发的台风，建筑平面为扁平的长椭圆形，体型迎风面较宽，外立面材质为张拉膜，仿佛鼓起的风帆。建筑南北立面上几条螺旋向上的弧形折面形成的凹槽引导了表面的气流，螺线最终消失在上部的巨大洞口。由于风荷载是幕墙设计考虑的主要因素，为此建立CFD计算机模型，通过数值模拟计算风荷载风压系数分布，提供幕墙设计基础数据。根据建筑内外表面的风压值，计算出不同风向下各网格节点的风压系数。将对应的体型系数分布云图作为设计参考，对外立面进行修正。根据最终计算得到的各网格节点体型系数，对相同部位的内、外表面节点系数进行叠加，计算不同区域内节点体型平均系数，用于不同节点区域的风荷载受力计算。经过反复修正，完成了整个幕墙结构的受力模型，最终实现了舒缓优雅、具有数学美感的结构体系。3.4 玻璃分格经济选型与立面效果的结合为满足绿色节能要求，降低建设成本，对玻璃幕墙设计进行了多轮优化，其中将一、二层的双曲夹胶玻璃改为平板中空玻璃是优化过程中的难点之一。在优化过程中，既要保证玻璃规格的统一，以降低生产成本，又要确保曲面交接的流畅度，以实现建筑外观的平滑。为此，设计将首层玻璃幕墙简化为筒状结构，并根据方案外观进行局部变形，保证首层大部分玻璃单元的规格一致。二层以上的玻璃幕墙，曲率较低的部分依然采用与一层相同的处理方式。对于曲率较大的部分，设计根据曲面的空间机理细分，进行曲线近似拉直、曲面近似趋同的处理，将单元拼接的玻璃翘角尺寸控制在5mm之内，从而达到近似曲面的效果。经过简化，曲面玻璃更易于加工成中空镀膜玻璃，并符合绿色节能的工艺要求。3.5 空间定位与现场调整在工厂加工时，整体钢结构完成了地面的预安装与空间扫描定位，提前完成了构建编号的工作，为现场安装积累了数据，以保证后期上万个钢构件的顺利拼装。现场安装过程中，由于钢材的自重、施工顺序等影响，构件的焊接需要分步完成，过程中出现的由于钢构件自身形变导致的轮廓不完美等问题，需要设计、施工、监理各方经过多轮的巡视检查，并不断在现场会议中反复调整工艺与进度，修正结构轮廓。4 结语“湾区之眼”的平面通过自由的流线，将各个空间有机地结合起来，打造灵动、舒适的展示空间。立面通过玻璃幕墙、PTFE膜和金属钢架的组合，保证了空间的灵活性。在阳光下，白色建筑表皮在中庭和星空花园形成宽阔的阴影区，温暖的东南风穿过建筑的巨大洞口，带走湿气，为市民提供凉爽、舒适的户外场所。如今，“湾区之眼”已成为市民夜生活打卡的必经之地。5768临河岸远看透过“湾区之眼”远眺城市绿地空中平台局部临街夜景5678项目信息项目名称：中铁建江门总部基地项目，子项-30#业主：江门江湾南光投资发展有限公司建设地点：江门市蓬江区建筑设计：深圳市建筑设计研究总院有限公司湾区二院三所项目负责人：谌礼斌设计团队：谌礼斌、杨超、周瑾、王光金、刘旭辉总建筑面积：1 897m2设计时间：2021.01建成时间：2022.04摄影：张晓虎