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“砼” 趣
记清水混凝土建筑荣成青少年活动中心设计施工点滴

康凯、杨松霖
中国建筑设计研究院有限公司

荣成，一个山东半岛最东端鲜为人知的美丽滨海小城。这里的海岸线风景壮丽，陆上山丘直插入海，海边陡崖林立、洞穴丛生，形成了独特的海蚀地貌。而天鹅栖息、樱花烂漫的樱花湖湿地公园更是城市引以为傲的名片，青少年活动中心就选址在这风景如画的海湖之间。

项目建设用地非常开阔，周边自然环境和建筑群尺度巨大，为了使小体量的活动中心与周边大尺度的环境相契合，我们将建筑体量由场地北侧从地面逐渐坡起，犹如一座隆起的海崖，向东远眺大海，向西衔接湿地公园，从空间上扩大了建筑体量，同时也将活动中心的图书馆、剧场、科技馆、培训中心和游泳馆五个功能组团连接成有机的整体。在建筑的外表面上，我们顺势将绿化引上屋面，屋顶花园成为湿地公园的有效延伸，不仅为青少年提供极具特色的活动空间，也为市民提供了又一座优美的“绿色公园”；在建筑空间中，我们在建筑底部植入连续的腔体形成架空环廊，纵横交错的“隧道”不仅消除了建筑墙体的封闭感，强化了建筑的开放性，也提高了空间的辨识度。在孩子们的眼中，这些神秘的隧道仿佛通往一个个未知的世界，一场奇妙的探险之旅随即展开。


▲鸟瞰


▲总平面图


1 空间与结构之趣

海边的孩子都喜欢挖沙，一个个简单的沙丘在孩子们手中总能变成形状各异的雕塑品，而构筑城堡和洞穴更是他们乐此不疲的游戏。受此童趣启发，我们将五个功能组团以几何形体进行抽象、重组，形成了大小不同、形状各异的“洞穴”。公共大厅洞穴呈巨大的拱形，朝南远眺湿地公园，朝北面向中心广场；培训中心中庭洞穴呈锥筒形，如同孔洞密布的红色珊瑚；科技馆洞穴由三个空间球体相贯而成，宛若宇宙星体对撞；游泳馆洞穴又好像五个巨大的钟乳石倒悬海底。大厅的环形拱廊形同四通八达的隧道串联在洞穴之间，或上或下，或开敞明亮或曲径通幽，不经意间穿过一个个小洞又会置身在花草丛生的屋顶平台之上。洞穴成为包裹性、神秘感、游戏性俱佳的空间，可变、可玩也激发了孩子们的探索欲，他们的阵阵惊喜也让这个建筑变得鲜活起来。

清水混凝土被用作活动中心建造的主要材料，不仅因为混凝土材料拥有良好的耐久性，还因为其可塑性，能够让复杂的空间形态以一种完整的连续空间曲面来表现结构的张力，达到所见即是结构的效果。这就要求我们在塑造空间形态时不能只停留在简单的艺术表现层面，更要符合结构的受力逻辑，以连续曲面的造型使观者从中感受荷载传递的路径。壳体是最贴合洞穴感的建筑元素，也是极好的混凝土受力形式，合理设置壳体的造型可以充分发挥混凝土耐压的特性，同时使得壳体本身纤薄。对于壳体混凝土曲面有交角的支撑需求，我们在壳体的背后设置了加强其面外刚度的肋，从而形成肋拱、肋壳、肋球体的衍生加强体，以有效抵抗曲面外穿刺应力和弯矩，并让壳体继续保持相对纤薄和轻巧。在活动中心的顶层空间中，原本呈网格状布置的框架柱、梁体系被优雅别致的大跨度拱肋替代，将以受弯为主的屋面框架梁的方式转化为以受压为主的拱肋形式，承担屋面较重的覆土荷载的同时，巧妙地避开了下层的拱壳空间，并随着下层空间的弯转而阵列，形成了富有韵律感的空间效果。

在游泳馆空间的结构设计中，五个巨大的清水混凝土结构柱将整个屋顶撑起，逐渐向外伸展的形态宛若一把把大伞，既可以有效地减小游泳馆屋顶梁的跨度，又成为浑厚有力的空间雕塑。儿童戏水池中心的水滴形采光器缓缓从屋面悬垂而下，阳光在孔洞中竞相闪烁，宛若晶莹剔透的水滴。水滴柱既是别出心裁的造型设计，更是名副其实的壳体承重结构柱，混凝土壳体厚度仅有300mm，且表面几乎布满大大小小的孔洞。为了增强壳体面内刚度，我们在壳柱内部沿高度三等分、径向间隔72°的位置分别暗藏了环梁和暗柱，同时将壳柱顶部的环梁与主梁沿切线方向连接，由环梁将屋面荷载均匀地传至壳柱上表面，再通过暗柱传递至基础，并且在高度方向上三等分的环梁也起到了环箍的作用，从而进一步提高水滴柱的整体性。


▲图书馆室内


▲拱形公共大厅


▲培训中心中庭


▲由隧道看向建筑中心广场


▲概念生成


2 肌理与光影之趣

走入活动中心的洞穴之中，近距离触摸墙壁表面，结构的力量会以一种细腻的质感和肌理呈现，这就是混凝土和模板的痕迹。活动中心的清水混凝土骨料就地取材，产自本地的河砂均匀细腻，成就了建筑空间的主色调。相比于传统清水混凝土的清冷，温暖的灰色调既充满地域特色，也为室内营造出温润的表面质感。

海边环境潮湿多雨，钢模板表面的锈痕在施工过程中极易污染混凝土表面。相比钢制模板体系，木模板更容易加工，支撑体系也会相对轻巧简捷，综合经济性最优。带有漆膜的清水混凝土木模板还具有一定吸水率，在混凝土硬化过程中能有效地将部分水分带出，在混凝土带模养护的过程中又能持续给混凝土补充水分。这种由反复的化学过程形成的奇妙纹理最终在混凝土表面呈现，我们给它取了一个富有艺术气息的名字——“云纹”。混凝土硬化反应中会形成大量气泡，倾斜角度大的构件表面免不了留下大大小小的气孔，这看似瑕疵的效果反倒形成了有趣的肌理，培训中心红色锥筒表面的气孔更是与墙体表面大大小小的洞口相映成趣。工程监理一直强调施工质量而欲将“云纹”涂匀、气孔堵实，建筑师却坚持将这两种无意而为之的肌理保留了下来。混凝土不是精致的金属幕墙，用涂料的均匀标准要求更是勉为其难，或许正是因为有了这种确定与不确定之间特性的神秘，才使混得凝土这块“流动的石头”有了不可思议的魅力。

清水混凝土墙面保留了施工模板的原始孔痕和蝉缝，加上表面不经意间实现的肌理效果纤柔若丝，当阳光透过形态各异的洞口与柔滑光洁的清水面相接触，强弱不同的光线、长短不一的光斑随着时间流动而变幻，建筑空间的趣味也在这光线流转中悄然行走。在这里，孩子们可以围坐在明亮的拱形大窗前阅读，可以在时而高大明亮、时而幽暗深邃的隧道尽情奔跑，还可以在色彩绚丽的光洞之间迂回穿行，在光斑陆离的“海底世界”畅游......


▲建筑外表面如“流动的石头”




▲施工中的清水混凝土纹理与空间光影




▲施工完成后的清水混凝土内表面肌理与光影


▲首层组合平面图


3 细节与色彩之趣

在建筑中，室内设计往往需要花更重的力气去做新的构建，而在清水混凝土已经形成的空间当中，我们仅使用简单的材料和色彩便可以轻易、顺畅地让室内与建筑拥有延续的脉络。

在装修设计中，我们以白色和木色作为空间墙面的主基调，明亮的白色涂料提高了空间的亮度，温润的木质则平衡了混凝土的冰冷；我们用富有弹性的PVC材料铺地，深浅、色彩不同的曲面图案仿佛洞穴中的溪流，在空间中蜿蜒流淌；我们将空间照明系统进行整合设计，纤细的不锈钢灯杆顺着混凝土拱墙在空中划过优雅的曲线，大大小小的半透明PTFE膜材圆盘悬浮在泳池上空，既是轻巧别致的吊顶造型也是发光灯片；我们还在公共空间点缀了充满童趣的家具，巨大的“海螺”、圆润的“卵石”、形态各异的“珊瑚”就像一个个大玩具，总会在不经意间悄悄出现在眼前，不断带给孩子们海的遐想。

为了避免色彩和图案的符号化、具象化，色彩的运用结合空间的不同使用功能形成不同的空间主题。图书馆是自然主题，柔软的聚酯泡沫在阅览空间中心围合成地形家具，并用暖绿色的织物饰面包覆，形成可坐可卧的读书绿岛。游泳馆是海洋主题，天蓝让人放松，湖蓝象征静谧，宝石蓝代表了希望，我们将三种蓝色自然写意地喷涂在顶棚，在天光的映衬下，幽蓝的光线从浮游的圆盘之间忽明忽暗地洒下，和波澜起伏的水面交相辉映。小剧场是海滨落日主题，墙面和顶棚上淡紫、深红、橙黄的模压吸声方体经过计算机程序的重组形成了色彩绚丽的油画点彩，抽象地呈现出晚霞的缤纷。


▲小剧场五彩斑斓的模压吸声体


▲拱形大厅的弧形灯杆


▲游泳馆 PTFE 灯盘平面布置图


▲游泳馆顶棚蓝色吸声喷涂


▲游泳馆室内


▲ 游泳馆清水混凝土拆除模板


▲游泳馆水滴柱参数化设计


▲游泳馆结构受力变形分析




▲游泳馆结构详图设计


4 技艺与建造之趣

针对活动中心独特的构件和空间效果，为了高质量地呈现蝉缝，清水混凝土施工单位早早就对模板设计开始了周详且细致的规划，并首次将参数化软件引入到模板深化设计中。首先，使用Rhino遵从曲面生成逻辑形成模板单元，进而用Grasshopper编写通用程序并通过调整参数控制程序以应对不同的曲面形态，最后将数据导出成图，整个设计过程精确、直观、高效。为了做到蝉缝和栓孔的流畅、连续，即使在工艺角度上认为不必要的位置，也布置了假栓孔。模板深化设计实现了设备末端的整合，为了营造极简素雅的空间效果，即使定位一个不起眼的插座和烟感装置都需要像在一张白纸上绘画那样小心翼翼。

项目开创性地采用方木背楞系统，替代了传统建造工艺中的钢制背楞，使全自动切割和现场拼装成型的工艺制作更加简单、便捷。计算机将模型曲面的双方向网格提取出来并通过雕刻机裁成条板，30mmx18mm厚的条板用高强度结构胶错缝粘接成单个背楞成型。在施工过程中，首先进行精准放线，依据空间定位安装定位盘，并按图纸编号将单根背楞依次沿定位盘刻度拼装形成曲面，整个过程施工误差不超过2mm，确保了清水混凝土模板安装曲率变化的准确度和连续性。

活动中心清水混凝土模板由全自动数控模板雕刻机制作，尺寸精度高，误差仅为0.2mm。为了防止浇筑过程中发生失水情况，在模板拼缝边缘处涂刷一层封边油漆，并且在其上粘贴一层1mm厚的海绵胶条，这一措施还起到了调节模板间微小误差的作用。

双层木模板体系也头一次应用到了国内工程中，1.2cm厚的外衬板用来抵御混凝土浇筑过程中的侧向压力，0.6cm厚的内面板更容易弯曲成型。两层模板错缝拼装，可以有效消灭模板间的错台。活动中心清水混凝土的建造是一个可感知的奇妙过程，在背楞、模板和钢筋的协作下，建筑雏形慢慢显现，现场宛如一个“木建筑”的群落。

为了实现原材料的一致性和供应的稳定性，清水混凝土施工单位对所用砂、石、水泥等基本材料进行了多轮筛选，最终实现了原材料质量及配比的定制并设专线供给。在拌合料中，耐碱玻璃纤维的加入有效减少了混凝土结构表面硬化过程中产生的收缩裂缝，聚羧酸外加剂的引入明显提高了混凝土拌合料的流动性，能更好地应对由于模板随弧度倾斜变化且不断扭转形成的复杂腔体。随着混凝土拌合料连续不断注入空腔，振捣随即展开，既不能漏也不能过，这不仅对时间的把握要恰到好处，更要求工人对手感和声音有敏感的判断。当七天的养护结束，随着最后一块模板被拆下，空间的韵感之美脱颖而出。

历时4年，这座充满“砼”趣（“砼”趣一语双关，既指建筑的清水混凝土营造之趣，亦指以肌理、色彩、光影为孩子们营造空间之童趣。）的建筑终于精雕细琢而成。在国内现有工程条件下，能够实现复杂的异形清水混凝土工程的毫米级施工精度和表里如一的工程质量，意义非同寻常。回顾设计与建造的历程，数字化施工模型的建立和应用成功实现了设计与施工的无缝对接，使建筑师得以全面控制清水混凝土工艺深化、加工和安装的整个环节；总包与清水专业分包之间的协作自始至终都围绕着如何呈现高品质的清水混凝土效果展开，并在不断磨合中逐渐形成默契；项目业主在施工前先后两次组织现场清水等比例样板试制，在施工中始终高度关注清水质量控制，并对由于工艺复杂造成的工期延长给予了充分理解和支持。这些都为项目最初设计构想的实现提供了最强有力的保障。

即便如此，整个过程依旧充满着困难和诸多不确定因素，漫长的施工周期更是对设计与施工团队耐力和韧性的巨大考验。这其中免不了会有一些无奈的妥协，但更多的是对初心的矢志不渝和对工匠情怀的执着与坚守......我们不禁感慨，成就一个好的清水混凝土建筑作品，天时、地利、人和，缺一不可。


▲施工现场如木建筑群落


▲现场放线 + 安装定位盘


▲背楞安装


▲构件异形空洞定位 + 安装


▲衬板 + 面板安装


▲拱形大厅板缝深化模型


▲数字化施工模型


▲建筑屋顶遍布绿色


5 尾 声

如今，这座建筑已经牢牢扎根在了荣成大地之上，缓缓起伏的活动中心屋顶花园与湿地公园紧密相连，巧然天成。远处是星星点点的松林，树荫成片，绿意翩翩；走近是半围合的花丛、灌木和开放的草坪；再近处，不同品种和色彩的粉黛乱紫草、斑叶芒、狼尾草在屋面上争相摇曳，景致层次分明，随着四季轮转，总有惊喜叠出。

屋顶花园与室外错落的平台形成了丰富有趣的公共空间，为市民各种开放与探索性的活动提供了场所。蜿蜒的竹木栈道在齐腰深的景观草丛中穿行，顶部形成了一个放大的公共露台，这里拥有建筑最佳的观景视野。场地上原有的参天大树也被保留了下来并与混凝土坐凳相接，为人们提供了林荫下的休憩之所。雨水顺绿坡而下，形成了大大小小的湿地，在这里，孩子们可听蛙叫虫鸣，尽情享受自然之趣。

在大自然的辉映之下，这座清水混凝土建筑释放着它浑然天成的豪放之美，也呈现出它极具地域特色的质朴和细腻。遍布洞穴之口的混凝土墙面就像是历经数载海浪冲刷而成的海崖，将日新月异的城市美好生活娓娓道来......



项目信息

业主：荣成市青少年科教中心、荣成市少年宫
建设地点：山东省荣成市
建筑设计：中国建筑设计研究院有限公司本土设计研究中心
项目负责人：崔愷、康凯
设计团队：崔愷、康凯、胡水菁、张一楠、吴扬、盛启寰（建筑）；任庆英、刘文珽、杨松霖（结构）
总建筑面积：48 505m2
项目状态：在建
设计时间：2016.06—2017.10


图片来源
除特别标注外，其余图片均由作者提供。

作者简介
康凯，中国建筑设计研究院有限公司本土设计研究中心第二设计室副主任。

杨松霖，中国建筑设计研究院有限公司任庆英工作室副主任工程师。