雷杰義

（貴州省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550000）

1 項(xiàng)目概況

貴州省地質(zhì)博物館位于貴陽(yáng)市觀山湖區(qū)云潭路與興筑路交匯處，與貴陽(yáng)市奧體中心遙相呼應(yīng)。項(xiàng)目經(jīng)貴州省人民政府批準(zhǔn)建設(shè)，由貴州省煤田地質(zhì)局、貴州省自然資源廳、貴州省地礦局共同建設(shè)的公益性博物館。項(xiàng)目總建筑面積：39561.7m2；其中地下建筑面積12058.5m2（地下車(chē)道：711.7m2）；地上建筑面積26791.5m2，建筑層數(shù)：地下2 層，地上7 層；建筑密度33.9%；建筑高度：33.3m；綠地率：24.9%；容積率：1.63。項(xiàng)目主要功能包含地質(zhì)博物館展廳、地質(zhì)資料館庫(kù)房、綜合業(yè)務(wù)用房、多功能報(bào)告廳及配套用房；其中博物館為大中型博物館，檔案庫(kù)房為甲級(jí)檔案庫(kù)房，工程設(shè)計(jì)使用年限為100 年。地質(zhì)博物館平面圖如圖1 所示。

圖1 地質(zhì)博物館平面圖

2 建筑方案設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)理念

貴州是古生物化石王國(guó)、礦產(chǎn)資源大省，地質(zhì)文化豐富多樣，為了反映出貴州地質(zhì)獨(dú)有的特點(diǎn)，整體外觀設(shè)計(jì)成為一塊傲然屹立的靈石，讓人聯(lián)想起貴州梵凈山著名的“蘑菇石”，以此來(lái)體現(xiàn)貴州地質(zhì)地貌的雄奇多姿。通過(guò)提取諸多的貴州地質(zhì)地貌特色和元素，融入建筑的造型和立意，力求打造城市的地標(biāo)性建筑[1]。

2.2 建筑造型設(shè)計(jì)思路

“洞”：在建筑主要形象面進(jìn)行大跨度灰空間的處理，抽象表達(dá)貴州地貌多洞的特點(diǎn)，同時(shí)也體現(xiàn)了貴州省喀斯特地貌“溶洞”的獨(dú)有特征。

“石”：立面設(shè)計(jì)和材質(zhì)紋理選擇上以橫向線條為主，以建筑符號(hào)的表現(xiàn)手法展示貴州沉積巖的肌理特征。

“礦”：建筑局部采用折疊玻璃玻璃幕墻等對(duì)建筑進(jìn)行點(diǎn)綴，展現(xiàn)貴州礦產(chǎn)資源豐富，隱喻貴州地質(zhì)人“金石不渝”的情懷[2]。

2.3 建筑造型與流線功能的結(jié)合

通過(guò)限制條件及使用需求的分析，在并不充裕的V 字形場(chǎng)地上放置一塊“巨型靈石”，在道路轉(zhuǎn)角處退讓出足夠?qū)挸ǖ某鞘虚_(kāi)放空間，通過(guò)兩支沿城市道路交叉口兩側(cè)延展裙房使其懸空形成喀斯特地貌“洞”特點(diǎn)，將建筑功能的分區(qū)與人流的引導(dǎo)巧妙的結(jié)合在一起。

同時(shí)，建筑，各功能區(qū)域關(guān)系相對(duì)獨(dú)立且又聯(lián)系緊密；設(shè)計(jì)以“蘑菇石”為造型特點(diǎn)，將博物館參觀流線、對(duì)外服務(wù)流線、業(yè)務(wù)技術(shù)區(qū)流線以及檔案庫(kù)房流線進(jìn)行統(tǒng)籌分析，通過(guò)疏散人數(shù)的計(jì)算將人流量進(jìn)行拆分，把人流量較大的區(qū)域按不同樓層疏散至室外安全場(chǎng)地[3]。

2.4 復(fù)雜立面外裝設(shè)計(jì)

建筑各個(gè)立面均存在不同角度的傾斜，對(duì)于石材的干掛，尤其是外傾石材及石材吊頂都有著一定的難度；建筑整個(gè)外立面需要采用石材+玻璃幕墻外裝形式，局部采用金屬裝飾格柵，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)必須兼具傾斜外墻+幕墻功能，以滿足保溫節(jié)能及采光要求。

傾斜外墻采用輕質(zhì)節(jié)能復(fù)合墻板，輕質(zhì)墻板由粉煤灰、硅酸鹽水泥、聚苯乙烯EPS 泡沫顆粒、硅酸鈣面板組成，天然重度≤7kN/m2。輕質(zhì)墻板與石材幕墻及橫向開(kāi)窗共用鋼龍骨體系，實(shí)現(xiàn)外裝結(jié)構(gòu)的高度整合。

考慮傳統(tǒng)石材板自重大的缺點(diǎn)，且工程立面存在大量?jī)A斜及連體部位底部吊頂，則工程石材幕墻采用石材蜂窩鋁板，表面為6mm 厚石材，通過(guò)與蜂窩鋁板粘接成形，自重僅為傳統(tǒng)石材板1/3[4]。

2.5 外裝構(gòu)造

通過(guò)調(diào)研分析，每塊蜂窩石材采用同一座山并將原山體的紋理整體對(duì)建筑立面進(jìn)行排版，并進(jìn)行石材的分格劃分，最大限度的利用了石材最原始最真實(shí)的觀感，體現(xiàn)“地質(zhì)博物”的特征。

針對(duì)工程傾斜外墻，采用輕質(zhì)節(jié)能復(fù)合墻板，輕質(zhì)墻板由粉煤灰、硅酸鹽水泥、聚苯乙烯EPS 泡沫顆粒、硅酸鈣面板組成，天然重度≤7kN/m2。石材幕墻采用開(kāi)縫式，石材板為28mm 厚石材蜂窩鋁板，相較于傳統(tǒng)石材板重量?jī)H為1/3，與外墻輕質(zhì)墻板共用鋼龍骨形成整合的外墻體系，既滿足外立面傾斜效果也滿保證了輕質(zhì)節(jié)能的要求。

2.6 室內(nèi)空間

結(jié)構(gòu)為實(shí)現(xiàn)建筑造型必須布置眾多的鋼斜撐，通過(guò)結(jié)構(gòu)與建筑專(zhuān)業(yè)統(tǒng)籌配合，共同進(jìn)行空間優(yōu)化，不僅未對(duì)建筑使用功能造成過(guò)多影響，反而因結(jié)構(gòu)斜撐在室內(nèi)營(yíng)造出獨(dú)特的韻律感，突顯了特殊的結(jié)構(gòu)美[5]。

3 地質(zhì)博物館建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)建筑特殊造型，結(jié)構(gòu)形式采用鋼框架—中心支撐結(jié)構(gòu)+連體及伸臂桁架梯形，且規(guī)則性超限項(xiàng)目達(dá)6 項(xiàng)，屬于特別不規(guī)則結(jié)構(gòu)。最大連體跨度33.6m，最大懸挑20m。地質(zhì)博物館結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則類(lèi)型如表1 所示。

表1 地質(zhì)博物館結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則類(lèi)型

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，分析計(jì)算工作[6]。

3.1 超限結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過(guò)大震下彈塑性時(shí)程分析如圖2 所示，驗(yàn)證了整體結(jié)構(gòu)在大震下的抗震性能滿足設(shè)定的目標(biāo)。

圖2 大震下彈塑性時(shí)程分析

3.2 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)有限元分析

采用MIDAS FEA+MIDAS GEN 軟件，運(yùn)用“多尺度分析法”針對(duì)工程大跨連體及大懸挑關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行抗震性能分析，驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位抗震性能滿足要求。

通過(guò)采用對(duì)應(yīng)第三性能水準(zhǔn)的荷載組合，按荷載組合1.0 恒+0.5 活+0.4 水平地震+豎向地震在整體模型中對(duì)各節(jié)點(diǎn)分別運(yùn)行分析，von-Mises 應(yīng)力最大值出現(xiàn)在斜撐上翼緣與節(jié)點(diǎn)板連接根部，達(dá)281.3MPa，未超過(guò)Q345B 屈服強(qiáng)度值，可見(jiàn)構(gòu)件仍在彈性范圍內(nèi)，滿足關(guān)鍵構(gòu)件大震不屈服性能要求[7]。

3.3 結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)分析

采用拆除構(gòu)件法，通過(guò)對(duì)分別拆除構(gòu)件進(jìn)行分析，結(jié)果顯示剩余結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)傳力路徑變化后，與拆除桿件相連的桿件最大應(yīng)力均滿足小于限值=215.6MPa 的判斷標(biāo)準(zhǔn)，表明結(jié)構(gòu)具有較好的二次傳力路徑及冗余度，具有抗連續(xù)倒塌能力。

驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位即使在個(gè)別構(gòu)件失效的情況下，仍具有較好的安全儲(chǔ)備，具備抗連續(xù)倒塌能力[8]。

3.4 樓蓋舒適度設(shè)計(jì)分析

針對(duì)工程存在大跨連體及大懸挑部位，考慮該區(qū)域使用中樓蓋舒適度問(wèn)題，采用MIDASGEN 軟件進(jìn)行了樓蓋舒適度分析，確保各大跨大懸挑部位人行舒適度滿足要求。

4 建筑機(jī)電和空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 建筑內(nèi)部空間關(guān)系復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)布置困難

由于貴州省地質(zhì)博物館的建筑造型獨(dú)特，室內(nèi)空間復(fù)雜，為了同時(shí)滿足建筑形體和使用空間，對(duì)設(shè)備管道的綜合設(shè)計(jì)帶來(lái)很大挑戰(zhàn)。同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)部分結(jié)構(gòu)形式采用了鋼框架——中心支撐結(jié)構(gòu)，造成結(jié)構(gòu)內(nèi)部支撐布置眾多，結(jié)構(gòu)內(nèi)部空間關(guān)系復(fù)雜，造成各專(zhuān)業(yè)間協(xié)同設(shè)計(jì)困難。

空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗、高大空間的冬季空調(diào)供熱效果、空調(diào)系統(tǒng)適應(yīng)室內(nèi)裝飾效果、紙質(zhì)庫(kù)房及電磁庫(kù)房溫濕度要求高等問(wèn)題的解決，是本次設(shè)計(jì)重點(diǎn)和難點(diǎn)。

同時(shí)，對(duì)于地質(zhì)博物館高大空間，常規(guī)的噴淋系統(tǒng)無(wú)法滿足消防需求；在會(huì)展功能區(qū)的相關(guān)用電負(fù)荷的預(yù)留及智能化的合理規(guī)劃等都是本次設(shè)計(jì)重點(diǎn)和難點(diǎn)。

4.2 空調(diào)系統(tǒng)及恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)集中設(shè)計(jì)

其中展廳、庫(kù)房、業(yè)務(wù)技術(shù)用房及會(huì)議室等功能用房設(shè)置集中空調(diào)系統(tǒng)（螺桿式冷水機(jī)組及帶冷凝熱回收裝置的燃?xì)庑屠淠婵諢崴畽C(jī)組）。

紙質(zhì)庫(kù)房、電磁介質(zhì)庫(kù)房、計(jì)算機(jī)站房等對(duì)溫濕度波動(dòng)要求較高的房間設(shè)置恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)（直接蒸發(fā)空調(diào)系統(tǒng)）。

集中空調(diào)系統(tǒng)冷熱源集中設(shè)置，冷源采用二臺(tái)螺桿式式冷水機(jī)組，配三臺(tái)冷凍水循環(huán)泵及三臺(tái)冷卻水循環(huán)泵?？照{(diào)冷凍水供、回水溫度14/19℃，空調(diào)冷卻水供、回水溫度30/36℃。熱源采用帶冷凝熱回收裝置的燃?xì)庑屠淠婵諢崴畽C(jī)組兩臺(tái)，配三臺(tái)空調(diào)熱水循環(huán)泵，提供60/45℃高溫?zé)崴?。能源站設(shè)備均布置在負(fù)二層機(jī)房?？照{(diào)冷卻設(shè)備采用二臺(tái)方形鼓風(fēng)式逆流冷卻塔，布置在一層室外緊鄰建筑外墻位置。

紙質(zhì)庫(kù)房、電磁庫(kù)房等有恒溫恒濕要求的區(qū)域及計(jì)算機(jī)房、UPS 機(jī)房等使用時(shí)間特殊的區(qū)域，每個(gè)房間獨(dú)立采用一套直接蒸發(fā)空調(diào)系統(tǒng)。

項(xiàng)目空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)圍繞綠色、節(jié)能為中心思路進(jìn)行，主要從空調(diào)系統(tǒng)形式、空調(diào)冷熱源選擇、新技術(shù)新設(shè)備應(yīng)用、系統(tǒng)智能化控制等多方面體現(xiàn)，在滿足項(xiàng)目室內(nèi)溫濕度的前提下，設(shè)計(jì)了一個(gè)高標(biāo)準(zhǔn)、低能耗的空調(diào)系統(tǒng)。

5 結(jié)語(yǔ)

在地質(zhì)環(huán)境保護(hù)和災(zāi)后注重人性關(guān)懷建設(shè)的雙重力量推動(dòng)下，地質(zhì)博物館已成為當(dāng)代博覽建筑發(fā)展的一個(gè)重要方向。地質(zhì)博物館具有獨(dú)特的性格特征，其建筑形象最直觀的表征著地質(zhì)獨(dú)特的自然風(fēng)貌并起到對(duì)地質(zhì)事件的作用。通過(guò)個(gè)性鮮明的建筑設(shè)計(jì)形態(tài)向人們傳達(dá)地質(zhì)神韻、喚起人們對(duì)地質(zhì)事件的關(guān)注是當(dāng)代地質(zhì)博物館建筑創(chuàng)作的重要特征。