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揭秘小蛮腰设计奥秘:广州团队让小蛮腰旋起来

2018-01-22 湾区城市群

雨后的小蛮腰倒影,更显得动感妩媚。

开篇语  

从中国古代《考工记》中记载的战车设计到工业时代席卷世界的现代主义设计风潮,每一次重大的设计变革背后都是生产力巨变带来的强大推动力。今天,面对着席卷全球的互联网技术和新材料的冲击,在设计领域也给我们带来了意想不到的惊喜甚至颠覆的变化。

新型防震技术的运用让我们的大楼高耸入云却纹丝不动,智能网联的冲击让我们的工业设计流程面临全面改变……前瞻性的设计可能会伴随着质疑,但是经过市场的洗礼,美好的东西总能传承百年。从今天开始,《广州日报》重磅推出“设计Window”,在这里你可以看到人文和新技术完美结合的有生命力的建筑,你可以看到大胆使用新理念的服装设计,你可以感受到科技带给工业设计的改变,你可以看到这些一切背后的故事和设计师群体的创新和坚持……

设计带给城市以力量,让我们一起感受设计对生活的改变。

大洋网讯 日前,由“广州”二字组合成广州新地标广州塔图形的广州全新城市LOGO形象正式推出,从某种意义上说,广州塔这个地标建筑,已经开始代言广州形象。此前,2017广州《财富》全球论坛广州市欢迎酒会也在广州塔下举行。精彩纷呈的演出、独具风味的美食、场面震撼的1180架无人机表演,让《财富》全球论坛的来宾充分感受到了广州的热情。

绝大多数的人都知道,广州塔的方案设计师是来自荷兰IBA事务所的马克•海默尔夫妇,但很少有人知道,如果没有广州市设计院、广东省建筑科学研究院、广州大学、华南理工大学、中山大学以及何镜堂、周福霖、吴硕贤三位院士的鼎力相助,可能就不会有今天的广州塔。

面对广州塔连设计师都内心忐忑

“对,从竞标开始就有很多质疑,包括我自己,都担心能不能顺利建起来。”广州塔项目中方的设计总负责人、广州市设计院副总建筑师吴树甜回忆10多年前参与广州塔设计的时候,记忆犹新。

当年,马克·海默尔夫妇只有30多岁,在建筑设计这个行当也没有什么名气。马克在伦敦建筑联盟学院担任本科教学,他们的荷兰IBA事务所较小,基本相当于一个夫妻档,有项目的时候就找些学生来帮忙。而合作投标的英国ARUP顾问公司在内地声名远播,像央视大楼、鸟巢他们都是中标者。

最终“小蛮腰”的设计方案从13家国际竞标者中进入最后的决赛时,他们找到了广州市设计院寻求合作。

关于广州塔的创意灵感,有说创意来源于一张人体髋关节的切面图,也有说来自两个椭圆形的木盘,“其实都不是,就像一把长筷子,一手握住中间靠上的位置,一手顺时针扭动。”吴总从饭堂拿来一把金属筷子,给记者演示。方案中标后,在深化方案设计阶段,马克·海默尔经常在广州,几乎天天和他们的团队在一起工作。

“从事建筑设计这个行业30多年,我没有见过这么复杂的建筑方案。”吴树甜告诉记者,当时详细看了设计方案后,自己也傻眼了。直到现在,他都认为,如果再早10年,这个项目有可能做不出来——因为建筑三维定位和结构运算的数量太大、太复杂。

挑战极限难度:高、扭腰、回眸一笑

广州塔当时作为世界第一高塔,建筑体型独特、平面功能复杂、结构体系特殊,与世界同类高塔相比独一无二。超高、扭转、偏心、透空、收腰这些复杂结构特征都是前所未有的设计和建造难题。

首先是高,其实最初马克·海默尔夫妇的投标方案整体高度只有475米,但广州市设计院参与深化方案设计时,整体高度已经被要求调整610米(后因航空要求缩短10米),部分设计依据超出规范范围,比如消防疏散、风载荷取值。其次是两头大中间细,-10米标高外筒椭圆为80米×60米,450米标高外筒椭圆为54米×40.5米,位于278.8米处腰部尺寸只有27.5米×20.65米,形成“细腰”不对称的体型。吴树甜告诉记者,历史上的摩天建筑都很阳刚,棱角分明,简洁沉重,而广州塔的设计曲线轻盈,宛如少女的纤纤细腰,相当性感。

最难的是广州塔的“回眸一笑”。上下两个定位椭圆形,一个在基础-10米平面,一个在假想的450米高的平面上,彼此旋转45°扭转在腰部收缩变细。格子式结构底部比较疏松,向上到腰部则比较密集,腰部收紧固定了,像编织的绳索,呈现“纤纤细腰”,再向上格子式结构放开,由逐渐变细的圆锥形钢管结构柱支撑,这也是后来很多人叫它“小蛮腰”的原因。

广州塔结构体系是由钢管混凝土斜柱和钢管斜撑、环杆组成的网格外筒及钢骨混凝土内筒构成,如果是同一轴心的扭转,难度还没那么大,最关键的是,内外筒椭圆还是偏心设置,内筒是一个笔直的椭圆形,墙内尺寸长轴17米,短轴14米,但由于外筒沿塔高圆心沿45°偏移,因此形成从底到顶层层不同的偏心。

“最开始马克提出内筒要倾斜,但经过计算比较,否决了他的提议,告诉他只能垂直向上。”吴树甜说,其中的一个重要原因,就是要在这个被称为核心筒的内筒里安装6台电梯,其中4台双层电梯,2台消防电梯。如果核心筒倾斜,电梯设计难度相当大,造价也非常高。另外,还在里面设置了给排水系统、电力和广播电视系统等各类管线以及许许多多的设备。

记者在最初的投标方案中看到,马克·海默尔当初是将广州塔放在珠江边,但400多米宽的珠江,肯定剩不下610米高的广州塔的倒影,而且阻挡了40米宽的滨江路,将广州塔与南广场分开,人车交叉。广州市设计院结合专家意见,建议将广州塔向南移到滨江路的南面,最终使广州塔中心点距离珠江边约125米。同时在主塔的四周设置不规则的架空大平台,南面缓坡延至绿化广场,北面跨越滨江路,通过绿化阶梯过渡,形成一个面向珠江的亲水平台。这样不仅解决人车分流问题,也为广州塔组织合理的交通体系提供了方便。

修改之后的广州塔模型保存在广州大学工程抗震研究中心,超过12米高,钢材已经生锈,但依然高大挺拔。

院士护航特一级抗震设计GET

“如果按照马克·海默尔夫妇当初的设计,这个新电视塔可能有点风险。”经过繁复的计算和实验,广州大学工程抗震研究中心主任周福霖院士给出了结论。2005年初,当时的广州新电视塔建设有限公司找到广州大学工程抗震研究中心,希望他们能对这个新电视塔进行抗震研究。当时,由院士周福霖挂帅,他的副手谭平研究员任项目负责人,博士后、副研究员刘彦辉全程参与了广州塔的抗震设计工作。

“都希望腰细,但是细到什么程度,用什么样的钢材才能屹立不倒,是最重要的问题。”刘彦辉告诉记者,他们最初接到的设计方案中,最细的腰部是280米的位置,椭圆的短矩不到20米。他们制作了一个1/50的比例尺模型,然后让模型在地震台上,接受7.8度的地震烈度测试,结果细腰部和主塔和天线桅杆连接部均发生局部损坏。他们将相关情况告知了甲方和设计单位——细腰必须加粗、天线必须加强。这才有了后来的广州塔尺寸。

广州是台风频发的区域,相比地震,最难的要数广州塔面临的风震——因为越高的建筑,风比地震对它的危害性更大。“没有可资参考的对象,有些连参考标准都没有,一切从头开始摸索,包括每个构件怎么实现,每一个都是新问题。”特别在400到600米的高空,因为强风导致的建筑摇摆位移可能达到一两米。“位移不怕,就怕来回猛烈荡。”

经过无数次试验,广州塔创新设计出世界领先的TDM两级主被动复合调谐减振控制系统——在438~448米标高层利用核心筒两边各一个650吨容量的铁制消防水箱作为TDM减振系统块,在水箱下面安装滑轮和轨道。当塔身晃动时,水箱通过传感器向反方向滑动,以此来消减塔身的晃动幅度。加上这个系统,广州塔减掉了40%的风振,同时保证了塔内通信设施、娱乐设施的正常使用。即使遇到百年一遇的大风和8级地震,也可保证高塔安然无恙。

“水”采用梯级椭圆天花,暗藏反射灯光,一层层荡漾开来,就像水面产生的涟漪。广报全媒体记者苏俊杰摄

主登塔大厅则是“气”,将天花和墙身一体设计,用独特三维造型表现“气”的升腾之势。广报全媒体记者苏俊杰摄

云”造型采用造型能力很强的GRC,天花与墙身一体设计抽象表达出云的形态。广报全媒体记者苏俊杰摄

水、气、云、星成就室内设计理念

2007年下半年,广州塔开始室内设计招标。8家竞标,入围4家,最后华南理工大学建筑设计研究院一举夺魁,由院士何镜堂老先生挂帅,博士陈建华主要负责。有一天,天上飘着小雨,他在看到正在崛起的广州塔时隐时现在烟雾缭绕中,“你不得不相信大自然的力量,就像马良的神笔一样,让建设中的广州塔景观变得极像一幅写意的国画。”他当即写下了“水”“气”“云”“星”四个大字,这最终成了广州塔室内设计的理念。

在室内设计过程中,华南理工大学的吴硕贤院士也加入其中。他带领团队实地调查了35个住区、22所高校、10个文化广场以及很多的城市街区,借助虚拟仿真及问卷、访谈等手段,再通过数理分析,做使用后仿真的评价,模使设计成果更加科学、理性,极大地优化整个广州塔的物理空间舒适性。

《广州日报》和谐人居栏目主持人钟葵表示,古代的塔之所以要建得高,目的就是要“上接天气”,故塔顶多为尖形。但因受高度所限,除非建于山上,否则不会有云雾缭绕,披星戴月的景象。小蛮腰突破了这一局限,虽立于平地之上,塔尖插入云端,“水、气、云、星”四字将高塔“上接天气”的理念发挥到淋漓尽致。

广州塔背后的设计大咖

周福霖

中国工程院院士,广州大学工程抗震研究中心主任

著名的隔震减震控制专家。由周福霖亲自挂帅,他的副手谭平研究员任项目负责人,博士后副研究员刘彦辉全程参与了广州塔的抗震设计工作。周福霖团队创新设计出世界领先的TDM两级主被动复合调谐减振控制系统,实现了广州塔特一级的抗震设计。

何镜堂

中国工程院院士、华南理工大学建筑学院院长兼设计院院长

华工的室内设计团队由何镜堂挂帅,博士陈建华主要负责。“水”“气”“云”“星”最终成了广州塔室内设计的理念,现代、淡雅、精致和写意被当作室内设计不可逾越的框架,没有按照马克·海默尔夫妇最初的分段法,而是在每一个功能段分层设计。

吴硕贤

中国科学院院士,华南理工大学建筑技术科学研究所所长

吴硕贤院士掌管着全国唯一的一个亚热带建筑科学国家重点实验室。在广州塔的室内设计上,吴硕贤院士首次将环境心理学融进标识系统的设计之中,开拓性地在建筑及建成环境领域展开使用后评价的研究,并加以广泛的应用。

吴树甜

广州市设计院副总建筑师、广州塔项目中方负责人

在广州塔项目中,建筑专业的方案深化、初步设计和所有专业的施工图设计,都由广州市设计院负责完成。“设计师可以天马行空,但创意和艺术能不能实现,完全看深化设计的能力。”

亲爱的读者,如果您知道任何关于城中设计的趣闻轶事,欢迎将新闻线索发至:gzrb_sj@sohu.com,我们将有专人进行回复和处理。

文/广报全媒体记者梁红举、刘丽琴

(周福霖、何镜堂、吴硕贤图片广报全媒体记者高鹤涛、邱伟荣摄)

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作者:大洋网 来源:大洋网 阅读: -
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