方案優(yōu)化無(wú)窮時(shí)

■ 本刊記者 葉昌元

方案優(yōu)化無(wú)窮時(shí)

■ 本刊記者 葉昌元

當(dāng)設(shè)計(jì)師把繁重的計(jì)算、繪圖、建模工作交給了計(jì)算機(jī)的時(shí)候，就該把更多的精力投入到方案的優(yōu)化、創(chuàng)新中了。

把設(shè)計(jì)做得好些再好些

“優(yōu)化就是把設(shè)計(jì)做得好些再好些?！敝袊?guó)工程院院士、勘察設(shè)計(jì)大師江歡成如是說(shuō)。他也是這樣做的，自從畢業(yè)后進(jìn)了華東建筑設(shè)計(jì)院，一直就搞小改小革。他當(dāng)了總工程師后，就對(duì)仙霞型高層住宅剪力墻作了改進(jìn)。以其名字命名的上海江歡成建筑設(shè)計(jì)有限公司在建筑設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化上也闖出一條新路。

重慶濱江?？湾薰こ贪ㄈ?00米高的塔樓，其中45層住宅、5層商業(yè)裙房、3層地下室。裙房以上架空6米，在第9層設(shè)轉(zhuǎn)換層，2.5米厚，其上剪力墻很多。轉(zhuǎn)換層上下剛度之比達(dá)到2.6∶1。這極不利于抗震。在進(jìn)行初步設(shè)計(jì)審查時(shí)，江院士表示，可以在原方案的基礎(chǔ)上節(jié)省1萬(wàn)立方米混凝土。業(yè)主很高興，委托他進(jìn)行優(yōu)化。

重慶?？湾扌Ч麍D

江院士首先把2.5米厚板轉(zhuǎn)換層改為3米高、2米寬的梁來(lái)完成轉(zhuǎn)換，再把上部剪力墻減薄、減少、減短，又將核心筒墻由分別為300mm、250mm、200mm厚全部改為200mm厚，最后將下部混凝土柱子改為鋼管混凝土柱。

最終，經(jīng)優(yōu)化的方案節(jié)省了2.2萬(wàn)立方米混凝土，合資金2000萬(wàn)元。不要以為江院士?jī)H僅是做了減法，節(jié)省了材料，他還讓結(jié)構(gòu)更為合理。優(yōu)化后，轉(zhuǎn)換層上下的剛度比降為1.1∶1，沒(méi)有了明顯突變，非常利于抗震。用江院士的話說(shuō)：“我從不犧牲安全性來(lái)為業(yè)主省錢(qián)?！?/p>

對(duì)建筑平面的優(yōu)化，往往使得更利于平面布置、滿(mǎn)足使用要求。江院士對(duì)上海湖北大廈、鄭州文化產(chǎn)業(yè)大廈的優(yōu)化就清楚說(shuō)明這一點(diǎn)。

上海湖北大廈原方案。核心筒偏南

江院士改進(jìn)后的方案。核心筒居中、截面壓扁

上海湖北大廈的原設(shè)計(jì)中，核心筒明顯偏南，弊端有二：一是偏心不利于抗震；二是使得南面的房間進(jìn)深很小，不便使用。江院士的改進(jìn)措施，一是使核心筒居中；二是將核心筒的截面壓扁，讓其南側(cè)的房間進(jìn)深加大。

鄭州文化產(chǎn)業(yè)大廈的原設(shè)計(jì)方案中有兩層柱網(wǎng)。里面一層有10根柱子，明顯影響平面的布置。江院士的優(yōu)化方案中，取消了這10根柱子，將核心筒的厚度適當(dāng)加大，擔(dān)負(fù)起這些柱子所應(yīng)起的作用。這樣一來(lái)，每一層的辦公空間更加開(kāi)敞、通透，還增加了辦公面積、節(jié)省了制柱的材料。

鄭州文化產(chǎn)業(yè)大廈原方案。有內(nèi)外兩層柱網(wǎng)

鄭州文化產(chǎn)業(yè)大廈優(yōu)化后的方案，只在四周布置柱子

優(yōu)化的機(jī)制尚未健全

深圳會(huì)展中心由外國(guó)設(shè)計(jì)師主設(shè)計(jì)。業(yè)主委托江歡成公司負(fù)責(zé)審查和優(yōu)化設(shè)計(jì)。江歡成公司從多個(gè)角度作了優(yōu)化，在不影響設(shè)計(jì)師原創(chuàng)意圖和主要形式的前提下，可節(jié)約一半用鋼量，差不多可省下2億元，使用空間也增大了，獲得相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的表?yè)P(yáng)。至于他們優(yōu)化的費(fèi)用呢？則需要參與設(shè)計(jì)的某設(shè)計(jì)院的簽字認(rèn)可。但是，如果該院簽字了，自己的設(shè)計(jì)費(fèi)則會(huì)被相應(yīng)扣除。于是，江歡成公司成了“幫忙”的。

某市博覽中心工程中，總承包人努力追求綠色建筑，也請(qǐng)江歡成公司優(yōu)化設(shè)計(jì)，約定按節(jié)約的費(fèi)用分成。江歡成公司的同仁們著實(shí)努力了。但后來(lái)沒(méi)有下文了。原來(lái)，業(yè)主的政策變了，按工程決算付款。如果節(jié)約了，總承包人拿到的就少了。

影響優(yōu)化設(shè)計(jì)還有一種情況。江歡成認(rèn)為：有些規(guī)范規(guī)定得過(guò)多、過(guò)死，限制了設(shè)計(jì)者的創(chuàng)新。江院士舉例：超高層建筑是豎直的懸臂結(jié)構(gòu)，主要是抗壓、抗彎、抗傾。但按現(xiàn)行規(guī)范，建筑設(shè)計(jì)時(shí)往往受制于剪力的大小。為滿(mǎn)足此要求，不得不加大柱子截面。這是不合理的。有些浪費(fèi)，就是過(guò)于拘泥于規(guī)范造成的。規(guī)范不過(guò)是前人經(jīng)驗(yàn)的積累，而設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)是一種創(chuàng)作，不能老是重復(fù)前人的東西。隨著新的建筑材料、新的結(jié)構(gòu)形式的涌現(xiàn)，制定規(guī)范時(shí)應(yīng)考慮給設(shè)計(jì)師們留有一定的發(fā)揮余地。

許多業(yè)主都有方案優(yōu)化的意識(shí)，在方案出來(lái)后，四處尋求大師幫助優(yōu)化。北京石景山一地下室無(wú)梁樓蓋就是經(jīng)過(guò)一位施工專(zhuān)家優(yōu)化過(guò)的，樓蓋的厚度從1米“優(yōu)化”到70厘米。樓蓋在施工期間坍塌，幸無(wú)人員傷亡。

那么問(wèn)題出來(lái)了，“優(yōu)化大師”在這起事故中應(yīng)負(fù)什么樣的責(zé)任呢？據(jù)說(shuō)，“大師”沒(méi)有簽字?？梢?jiàn)優(yōu)化領(lǐng)域的混亂。

北京石景山一地下室無(wú)梁樓蓋坍塌現(xiàn)場(chǎng)。坍塌跟“優(yōu)化”不無(wú)關(guān)系。廣聯(lián)達(dá)公司提供圖片

優(yōu)化設(shè)計(jì)如何實(shí)現(xiàn)？江歡成作了比較深入的思考。他就業(yè)主、原設(shè)計(jì)單位、方案優(yōu)化者三方意見(jiàn)一致或不一致時(shí)提出不同的解決辦法。他認(rèn)為，優(yōu)化設(shè)計(jì)費(fèi)也是不能回避的問(wèn)題，應(yīng)綜合考慮優(yōu)化者的影響、投入、貢獻(xiàn)和所負(fù)責(zé)任等因素，按市場(chǎng)化原則簽訂合同，合同內(nèi)容包括市場(chǎng)主體責(zé)任、進(jìn)度要求、優(yōu)化費(fèi)計(jì)算和付款方式等。

優(yōu)化是多維度的事情

有些設(shè)計(jì)師或設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可能會(huì)主動(dòng)對(duì)梁、柱等構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化。江歡成認(rèn)為，各個(gè)局部的優(yōu)化累加起來(lái)，并不等于總體優(yōu)化。恰恰相反：每個(gè)個(gè)工種都想本專(zhuān)業(yè)最優(yōu)，最后的結(jié)果肯定是不優(yōu)。這就好比一個(gè)團(tuán)隊(duì)，成員個(gè)個(gè)都很厲害，整個(gè)團(tuán)隊(duì)并不厲害。

有些設(shè)計(jì)師從書(shū)本上獲得一些概念，認(rèn)為結(jié)構(gòu)的剛度越大越好、梁的跨度越小越經(jīng)濟(jì)，因而出現(xiàn)墻偏多、偏長(zhǎng)、偏厚，柱子偏大、數(shù)量偏多、樓板偏厚等狀況。江歡成認(rèn)為，殊不知，這些給抗震帶來(lái)不利影響。

隨著建筑業(yè)的發(fā)展，許多高新技術(shù)，諸如高性能混凝土、勁性混凝土、鋼管混凝土柱、疊合柱、伸臂結(jié)構(gòu)、巨型框架結(jié)構(gòu)、桁架筒結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)、阻尼裝置等層出不窮。但有些設(shè)計(jì)師往往固守自己熟悉的材料和結(jié)構(gòu)形式，而不求其優(yōu)。當(dāng)然，這也是方案優(yōu)化的空間所在。

說(shuō)到方案優(yōu)化，人們更多地想到的是結(jié)構(gòu)優(yōu)化。但江歡成認(rèn)為，建筑方案也應(yīng)優(yōu)化。有些建筑師在不必加桁架的地方加桁架，在不需要拉索的地方畫(huà)上拉索。畫(huà)蛇添足并不會(huì)增加美感。從建筑美學(xué)上說(shuō)，最合理的就是最美的。這就像長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員身材修長(zhǎng)就是美、舉重運(yùn)動(dòng)員身材敦實(shí)也是美一樣。結(jié)構(gòu)工程師要用自己的結(jié)構(gòu)知識(shí)支影響建筑師，建議他們采用更適合該建筑物的某種結(jié)構(gòu)體系。

非止于此。方案優(yōu)化者還要承擔(dān)更多的社會(huì)責(zé)任。比如，他們應(yīng)該考慮使用什么樣的材料和結(jié)構(gòu)形式更具綠色，更省電、省錢(qián)、節(jié)水、節(jié)地。他們甚至還要考慮項(xiàng)目與周?chē)h(huán)境、鄰里的關(guān)系，比如：你的鄰居就在樓下南側(cè)，就應(yīng)該盡量不使用玻璃幕墻，以免將陽(yáng)光反射到人家。這些往往是業(yè)主想實(shí)現(xiàn)但不知如何實(shí)現(xiàn)的、或者想不到的，優(yōu)化者應(yīng)該利用自己的聰明才智去實(shí)現(xiàn)。

隨著科技發(fā)展、人民生活質(zhì)量的上升、對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求提高，對(duì)設(shè)計(jì)方案的要求也會(huì)越來(lái)越高，方案優(yōu)化空間巨大，永無(wú)止境。

江院士構(gòu)想的天空之城，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固

這座三足鼎立的樓宇設(shè)計(jì)，是江歡成理想的人居，考慮了多個(gè)維度：占地少；結(jié)構(gòu)穩(wěn)固；周邊及建筑本身綠化率高；集居住、辦公、購(gòu)物于一體，可減少交通流量；集約化的電梯使用，或以節(jié)能