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设计+结构研讨｜波的空间化：在水一方 / 山水秀+和作

有方空间 · 公众号 · 建筑设计 · 2024-12-11 09:44

正文

△ 场地整体鸟瞰 ©苏圣亮

△ 施工中的“波方”空间 ©苏圣亮

建筑/室内设计 山水秀建筑事务所

合作设计院 同济大学建筑设计研究院

结构顾问 和作结构建筑研究所

项目地点 上海奉贤新城

项目状态 在建

建筑面积 29700平方米

滟滟随波千万里，何处春江无月明。

—— 张若虚《春江花月夜》

水是眼波横，山是眉峰聚。

—— 王观《卜算子·送鲍浩然之浙东》

中国古代诗词中常见“波”字。波的字源虽有形声（水和皮的古音）、形意（水和坡）、会意（王安石“水之皮”）等不同说法，但波所代表的水之起伏，以及波在自然界中奇妙的动态传导，则一直为文学家所赏识，并通过文学语言不断描绘其更普遍的内涵、更广阔的尺度，以及更抽象的传播意义。张若虚诗中的波仿佛一种媒介，让月之光华传遍江河湖海；王观词中的水波与山峰同享起伏之态，联通山水和眉眼，可以传情。

在现代物理学的范畴里，波是连续介质最重要的运动形式。空气中的声波、水面的涟漪、地震波、光波、无线电波、引力波、细胞振动波等等，都是连续介质波动性的体现。描述波的基本物理量是振幅、相位、频率。

无论在文学还是科学里，波都是既普遍又神秘的。地球的日常环境中，只有少数可见的连续介质产生波动时才能被观察，比如水波。而身体尺度的体验就更难得，例如只有冲浪者才有机会进入海浪内部。建筑作为一种人造构筑物，由静力学结构形成固定空间，以满足人在平坦空间内活动和休憩的需求，自然很难对波这样的动态系统有所参照，只有类似滑板池这样的固定场所才能让人获得动态的起伏体验。

山水秀近年的作品持续聚焦在“庭院聚落”“家的延伸”“自由细胞”三个方向，其中的“自由细胞”尝试通过技术和空间体验的融合，探索新的建筑形制。延绵的山水、传统建筑屋顶聚落、细胞的连续繁衍和信息传导，都和波有着形态上的关联。我们也一直在思考，波的形态对未来的建筑能否有更多可以借鉴的意义？金海湖畔的“在水一方”给我们提供了一次难得的探索机遇。

△ 建筑结构外观 ©苏圣亮

△ 项目施工记录摄制：苏圣亮

在上海五座新城的规划中，奉贤的金海湖是新城的核心景观。“在水一方”的基地近乎正方形，位于湖东的环形半岛上，东西两侧临水，是一座以科幻为主题的多功能文化地标。设计的走向源自选址和功能定位：建筑在景观空间上与环湖绿带取得协调的同时，也需要在内部体验和外部形象上建立自身的独特性。

上海多水少山，奉贤更是一片平川沃野，从地貌出发，而别具一格是最自然也最有力量的设计方向，因此人造山丘很早就成为构思的一部分。由此出发，我们希望起伏的形态不仅成为外部形象，更能为内部空间提供独特的体验，给科幻主题带来更多突破性演绎的可能。

△ 方案效果图 ©山水秀建筑事务所

△ 建筑结构外观 ©苏圣亮

地景、标志性、空间体验，在这三者的交汇处，我们构思出一种由波状单元构成的聚落，可以在三维空间里无限延展，然后从中提取一个局部用于这座建筑。经过多种尺度比选，最终确定的提取范围是大约80×80×20米，由三层波面构成三重上下叠加的起伏空间，通过三维九宫格定义波的振幅和相位，并给出波单元在上层大空间出现的频率：两个完整单元、四个1/2单元，以及两个1/4单元，最后形成振幅约12米、跨度约54米、悬挑约27米的波状巨构。可以说，这是山水秀“自由细胞”系列中最大的细胞聚落。

△ 建筑结构外观 ©苏圣亮

在运用正弦曲线得到这个波结构的初步三维模型后，我们邀请结构顾问张准团队开展了结构可行性的研究，并期望波形能够和拱壳的传力原理耦合，推导出可行的结构形式。在讨论中，我们认识到标准的正弦波壳与拱相比有完全不同的传力模式，而传统结构意义上的受压拱壳要完成这样尺寸的跨度和悬挑，又需要超出我们预想的矢高和壳体厚度。于是，一种介于壳和波之间、既能受压又能受拉的空间结构形态，成为双方共同探索的目标。

△ 实体模型 ©山水秀建筑事务所

结构师用简化的折面线找到了重力和侧向力的主要传导路径，通过板内的缩胀受力巧妙地解决了重力、侧向力传导及悬挑受力的挑战，将钢筋混凝土结构中的受压性能和预应力受拉性能运用到了极致。双方籍由不断的讨论和相互找形，最终一起得到了这个复合结构空间：下部的“绿丘”、中部的“穹洞”，以及上部的“波方”。

△ 建筑内部空间施工现场 ©苏圣亮

下部的“绿丘”是从地面隆起的8座混凝土壳，内含展厅、咖啡、餐吧、文创商店、设备用房等。周圈的六座绿丘和两个核心筒一起支撑着上部结构，传导下来的力在丘顶被拆分，其中重力由蘑菇柱承担，侧向力则沿丘壳传到地面和地下室顶板；在中间的两座绿丘则与从波方下垂的反壳亲吻在一起，叠合处形成的两个圆洞分别为自动扶梯和升降舞台提供上下贯通的空间。

在“绿丘”的表面，挡土种植格维护住山坡上的种植土，并通过局部的人工照明为暗处的耐阴地被植物补光。在“绿丘”的内部，兼具排烟和通风功能的圆形天窗将自然光引入洞穴般的空间，增添了柔和神秘的气氛。

△ “绿丘”混凝土壳内部 ©苏圣亮

各自隆起的“绿丘”是分散的，“绿丘”之间的空间处于上部“波方”的覆盖下，形成了中部连续的“穹洞”。在外围，架空的半户外场所为人群引入周边的风景，并让环湖步道在建筑下方穿过；在中央，落地玻璃幕墙围合出首层门厅，在“绿丘”环抱中成为建筑内部动线的枢纽和集散地。其中的两个核心筒上下贯穿了整座建筑，承担结构支撑、上下动线和设备通道的功能。“穹洞”内连续起伏的天花，以及“绿丘”之间如溪水般流淌的铺地淡化了室内外的差别，在地表形成了整体开放的公共空间。

△ 连续的“穹洞”空间 ©苏圣亮

架空在“绿丘”和“穹洞”之上的是巨大的“波方”。预应力混凝土浇筑的上壳和下壳构成了“波方”上下对称的界面。顺应波壳单元的起伏秩序，位于8个合拢点的两个核心筒和周圈的六片剪力墙负责支撑和悬挑，营造出约6400平方米、净空在4.5米和12.5米之间连续变化的波形流动场域，成为一座建筑内部的公园。

△ 支撑“波方”的核心筒与剪力墙 ©苏圣亮

9.1米标高的平面是这座室内公园的水平漫游路径，环绕着8个形态各异的下沉空间，它们按照提取出来的波单元形态分为整圆、1/2圆和1/4圆三种类型，各自与上空的穹窿对应。我们将空调系统布置在下壳和架空地板之间，并采用低区喷淋和高区水炮结合的方式，以更加清晰地呈现波空间的顶部结构。在两个完整波空间的穹顶，分别安置了单孔大天窗和5孔小天窗，在满足排烟通风的同时投下太阳的光辉。在“波方”的外圈，由外露桁架支撑的玻璃幕墙构成了面向城市的连续通透界面，并形成了一条起伏环绕的空中步道。

△ 施工中的“波方”漫游空间 ©苏圣亮

“在水一方”的施工同设计一样充满挑战，整个过程凝聚了各方的智慧与协作。地下室、绿丘、下壳、上壳、幕墙、绿植、建筑施工从2021年12月开始，2023年9月结构封顶后，整座建筑已然初具雏形。

“绿丘”的幽微，“穹洞”的混沌，“波方”的空灵，在素混凝土未加修饰的包裹下，三重波空间构成的秩序散发出连续又各自具生命的场域感，感谢摄影师在弥散的光影中捕捉并记录下这些场景。建筑预计2024年12月完成幕墙安装，2025年1月完成室内工程。运营方风语筑正在与著名科幻IP联合，在此打造一个原创的东方科幻世界，并预计于2025年5月对外开放。

△ 建设中的屋顶 ©山水秀建筑事务所

在设计深化和建造的过程中，“波方”大空间的内容和运营模式经历了多轮次的方案讨论。经过与业主和运营方的协作，并基于展陈体验对人工光环境的要求，整个“波方”目前被划分为两个区域，西侧和南侧的亮空间拥有面向金海湖的景观，容纳展会、论坛、科幻种子库和咖啡厅；中部和东北区域为暗空间，容纳科幻主题演绎和体验展。在水平漫游路径的环绕下，分布在亮区和暗区中的8个波空间，将参照高低起伏的空间性质和自身内容，进行各具特色的空间演绎。南侧的部分波空间仍然留空，给未来的内容预留弹性。

△ 方案效果图 ©山水秀建筑事务所

除玻璃幕墙和草坡外，整座建筑在室内外均尽量呈现现浇混凝土结构的表面肌理，仅通过细节上的微差来表达不同空间的氛围。“波方”的外立面、周圈剪力墙以及核心筒都采用了半透明的混凝土保护剂；上壳用深灰色保护涂料统一喷涂在壳底和设备管线表面，浮现出银白色铝管构成的流纹天花；在下壳底面，我们采用了一种需要多道工序完成的幻彩保护涂料，借用壳底连续曲面的反射，给偏暗的“穹洞”带来光影的变化。

△ 室内亮区施工现场 ©张璇

覆盖在“波方”之上的草地随上壳起伏，成为屋顶的“波上草原”。为了兼顾结构减重和观景需要，我们设定了一条动线固定的环形步道。起伏的草坡给参观者带来了上下攀登和眺望湖景的体验，也使“在水一方”化身为湖畔的一方绿色波浪。

△ 屋顶 ©张璇

01 缘起

首次接触这个项目时，建筑的空间布局与造型已经和最终完成的样子非常接近。作为建筑师“自由细胞”系列作品的分支，我们可以感受到多个细胞单元融合拼接出近百米尺度的连续空间，而且角部有近30米的悬挑。

交流中，建筑师祝晓峰介绍了项目在后续使用功能上的总体愿景，以及具体运营方的不确定性。因此，一个连贯大空间成为具有机动性的设计选择。建筑师期待能有一个与建筑空间紧密结合的结构实现方式，将空间的波动与结构合而为一。

△ 落架效果 ©和作结构建筑研究所

结构师对这个建筑的第一反应是壳体结构，但也意识到这两层叠置起伏的“壳”是建筑意义上的，成为结构意义的“壳”确有挑战。虽然空间构成上与“细胞”关联，但结构师的思绪却随同“壳”的起伏，向如何在空间翘曲中借“势”传力的方向延展。

02 板、壳、膜

结构理论中抽象的“板”“壳”“膜”，是三种差异分明的二维力学单元（仅有面外受力能力的“板”、仅有面内受力能力的“膜”、兼具面内外受力能力的“壳”），但在日常交流中，“膜”指那些张拉绷紧的柔性材料、“板”是平面结构构件、“壳”对应曲面结构构件。这些日常语言习惯促成了“壳”是受压曲面、“膜”是受拉曲面、“板”是万能平面的简化理解。而这种简化又影响着设计习惯。