廈門北站的建筑形態(tài)生成邏輯

ABSE杰出結(jié)構(gòu)獎(jiǎng)與廈門北站

2015年9月24日，國(guó)際橋梁及結(jié)構(gòu)工程師協(xié)會(huì)在瑞士日內(nèi)瓦國(guó)際會(huì)議中心舉行頒獎(jiǎng)大會(huì)，授予美國(guó)舊金山奧克蘭灣大橋、中國(guó)高鐵廈門北站等四個(gè)項(xiàng)目“2015年度IABSE杰出結(jié)構(gòu)獎(jiǎng)”。這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)是橋梁及建筑結(jié)構(gòu)工程的最高獎(jiǎng)項(xiàng)，這次也是歷史上第三個(gè)中國(guó)的建筑工程項(xiàng)目獲得這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)（之前兩個(gè)項(xiàng)目是北京“水立方”和廣州“小蠻腰”），這是對(duì)中國(guó)建筑工程界結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)水平的一種肯定！

雖然這本身是一個(gè)結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)大獎(jiǎng)，但筆者作為這個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)總負(fù)責(zé)人和主創(chuàng)建筑師受結(jié)構(gòu)專業(yè)工程師們的邀請(qǐng)參與頒獎(jiǎng)典禮盛事，也覺得極為榮耀！大會(huì)頒獎(jiǎng)詞稱這座建筑吸取中國(guó)傳統(tǒng)閩南民居“燕尾脊”的建筑形式特點(diǎn)，并由此創(chuàng)造出一種獨(dú)特的大跨度鋼結(jié)構(gòu)體系，使得技術(shù)與藝術(shù)辯證統(tǒng)一。也就是說建筑師在這個(gè)結(jié)構(gòu)體系的創(chuàng)造中發(fā)揮了一定的作用?；仡檹B門北站建筑形態(tài)的生成過程，梳理建筑形態(tài)語言與結(jié)構(gòu)形式之間的關(guān)系，有助于我們探討大跨度建筑形態(tài)的生成邏輯。

著名的意大利建筑及結(jié)構(gòu)大師奈爾維先生曾說：“建筑必須是一個(gè)技術(shù)與藝術(shù)的集合體，而并非是技術(shù)加藝術(shù)”，他認(rèn)為有機(jī)的結(jié)構(gòu)與建筑形態(tài)可以相互共生。尤其是大跨度建筑，形式可以多種多樣但一定不能背離結(jié)構(gòu)邏輯。建筑師們應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)到結(jié)構(gòu)技術(shù)對(duì)于建筑形式創(chuàng)作的重要意義，在實(shí)踐中自覺學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)基本知識(shí)，自覺關(guān)注結(jié)構(gòu)技術(shù)的動(dòng)態(tài)，自覺應(yīng)用結(jié)構(gòu)新技術(shù)，來達(dá)成建筑形式創(chuàng)作的極大自由。

筆者在實(shí)踐中也始終認(rèn)定，建筑形式應(yīng)真實(shí)反映結(jié)構(gòu)邏輯。具體總結(jié)了基于結(jié)構(gòu)構(gòu)造邏輯的建筑形態(tài)塑造的如下幾點(diǎn)體會(huì)：向大自然學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)原理；形式應(yīng)與功能相統(tǒng)一，建筑形態(tài)應(yīng)與結(jié)構(gòu)邏輯相統(tǒng)一。

從材料和結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析出發(fā)，統(tǒng)一考慮建筑形態(tài)的設(shè)計(jì)方法，真實(shí)暴露結(jié)構(gòu)。以下結(jié)合廈門北站項(xiàng)目進(jìn)行詳細(xì)論述。

廈門北站建筑形態(tài)的生成過程

廈門北站是福廈高鐵線上的重要樞紐站?？瓦\(yùn)用房總建筑面積約5萬m²，站臺(tái)雨棚面積約5萬m²。2006年初，我們參與鐵道部組織的站房設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲得了專家評(píng)審第一名，這是我們最初的中標(biāo)方案。創(chuàng)意源于廈門的別稱“鷺島”，建筑形態(tài)仿似展翅的白鷺，結(jié)構(gòu)體系與建筑形態(tài)巧妙結(jié)合，受橋梁結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，創(chuàng)造了一種斜拉索桁架結(jié)構(gòu)。索塔就是昂揚(yáng)向天的白鷺頭，主桁架就像是白鷺的脊椎，次桁架就是白鷺的肋，主次桁架都采用了張弦桁架體系，整體形象非常富有張力。

這個(gè)方案中標(biāo)以后，在給地方政府領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)時(shí)他們提出應(yīng)該更多體現(xiàn)閩南傳統(tǒng)建筑的地域文化特點(diǎn)。這使我們想到了從閩南民居中提煉出“燕尾脊”的地域符號(hào)用于站房的建筑形態(tài)，便形成了第二輪方案。但這個(gè)方案依然貫徹了建筑形態(tài)與結(jié)構(gòu)邏輯相結(jié)合的原則，采用的是塔柱斜拉主桁架支撐弧板網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)體系。對(duì)于此方案，地方政府較為滿意，但又提出了新的意見：從廣場(chǎng)上的正常視點(diǎn)看不到屋脊，閩南民居的“燕尾脊”形態(tài)不夠突出。因此，我們將站房屋蓋切分成18塊單元，設(shè)置了6組18道主桁架，這樣其實(shí)相當(dāng)于將屋脊主桁架往屋檐方向前移，增大了屋面坡度，視覺上自然突出了屋脊。

但我們?cè)谕魄脤?shí)施方案時(shí)發(fā)現(xiàn)，由于屋蓋單元切分過碎，中部屋蓋單元的次級(jí)網(wǎng)架跨度遠(yuǎn)小于南北兩側(cè)的次級(jí)網(wǎng)架跨度，結(jié)構(gòu)厚度相差也會(huì)很大，會(huì)對(duì)屋蓋側(cè)面的外觀形態(tài)造成影響，因此又將站房屋蓋切分成12塊單元，設(shè)置了4組12道主桁架，這就形成了最終建成的建筑形態(tài)，經(jīng)過多次優(yōu)化調(diào)整，結(jié)構(gòu)體系也越來越合理。

2011年8月，項(xiàng)目終于竣工驗(yàn)收并且正式投入了運(yùn)營(yíng)，建成后的廈門北站將成為東南沿海最大的綜合交通樞紐，集鐵路、城市道路、長(zhǎng)途汽車、軌道交通換乘、商業(yè)服務(wù)功能于一體的現(xiàn)代化大型交通樞紐。

最終，實(shí)施的廈門北站建筑形態(tài)塑造在體現(xiàn)地域文化特色的同時(shí)也充分體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)受力的真實(shí)性及合理性。采用巨型空間桁架支撐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系，創(chuàng)造出體現(xiàn)結(jié)構(gòu)力學(xué)之美的輕盈屋蓋，仿似騰飛雙翼。屋脊主桁架像動(dòng)物的脊椎，受力的方式極具特點(diǎn)；屋蓋主跨136m，為目前國(guó)內(nèi)已建成的鐵路車站屋蓋跨度之最。主站房屋蓋由12片高低錯(cuò)落的曲面組成，高屋面最高點(diǎn)標(biāo)高為57.000m，最低點(diǎn)標(biāo)高為27.800m，雙向跨度為132m×220m，不設(shè)縫，采用巨型立體桁架支撐曲面網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)體系，使建筑造型與結(jié)構(gòu)完美結(jié)合，巧妙體現(xiàn)了閩南民居“燕尾脊”意象。

結(jié)構(gòu)體系結(jié)合建筑形態(tài)，沿順軌方向在軸線C、E、F、H設(shè)置四榀大跨度立體鋼桁架，鋼桁架兩端支撐于巨型A形鋼骨混凝土塔柱上；沿垂直軌道方向在塔柱與相鄰柱間設(shè)置弧線預(yù)應(yīng)力箱梁（隱藏在站房低屋面內(nèi)）。由A形塔柱、南北面邊柱、弧線箱梁及大跨度鋼桁架構(gòu)成雙向巨型混合框架，形成了屋蓋的主承重體系及雙向抗側(cè)力體系。采用巨型框架結(jié)構(gòu)體系，不僅實(shí)現(xiàn)了建筑形態(tài)及較理想的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，還實(shí)現(xiàn)了候車廳132m×220m內(nèi)無柱大空間，是目前國(guó)內(nèi)已建成最大跨度的鐵路站房。

主站房高屋面主桁架（ZHJ2、ZHJ3）最大跨度132m>120m，并且兩向不等高交叉桁架組成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)超出了常用的空間結(jié)構(gòu)形式，屬超限新型復(fù)雜空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。為配合建筑室內(nèi)效果，首次采用了兩向不等高正交桁架組成的雙曲面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，兩向正交桁架高差約為0.9m。為解決下弦壓桿的穩(wěn)定問題，采用了豎腹桿貫通節(jié)點(diǎn)區(qū)并使下弦桿連續(xù)穿越豎腹桿的新型圓鋼筒節(jié)點(diǎn)。正交桁架下弦節(jié)點(diǎn)處，在豎腹桿上開洞，讓正交桁架下弦桿從開洞處連續(xù)穿過豎腹桿，而斜腹桿通過相貫焊同豎腹桿連接。不等高正交桁架的下弦節(jié)點(diǎn)屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)（已獲國(guó)家專利），既簡(jiǎn)化了節(jié)點(diǎn)計(jì)算，保證了節(jié)點(diǎn)連接強(qiáng)度的可靠性，同時(shí)又滿足了建筑造型的要求，實(shí)現(xiàn)了建筑與結(jié)構(gòu)的完美統(tǒng)一。

結(jié)語

廈門北站采用了巨型A形塔柱+巨型混合框架結(jié)構(gòu)體系、雙向不等高交叉桁架組成的屋蓋網(wǎng)架，最終用鋼量指標(biāo)控制在99kg/m²，用非常經(jīng)濟(jì)的指標(biāo)創(chuàng)造了目前國(guó)內(nèi)已建成最大跨度的鐵路站房。廈門北站建筑形態(tài)構(gòu)思巧妙、獨(dú)具特色。新穎、流暢的形體，加以輕盈、富有張力的鋼結(jié)構(gòu)，巧妙體現(xiàn)了閩南民居“燕尾脊”意象。并充滿時(shí)代特征，彰顯地域特色，贏得了廣大旅客、市民和領(lǐng)導(dǎo)的一致好評(píng)。

廈門北站獲得IABSE杰出結(jié)構(gòu)獎(jiǎng)也正說明了基于結(jié)構(gòu)邏輯的建筑形態(tài)生成方法在建筑創(chuàng)作中的生命力。建筑空間是由實(shí)質(zhì)的物質(zhì)形態(tài)構(gòu)成的，建筑空間和形式在滿足人們特定的使用要求和心理感受的同時(shí)，建筑師只有充分利用并駕馭好結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，才能真正獲得建筑形式創(chuàng)造的極大自由，也只有這樣建筑形式才能真正放飛。