导语：
哈尔滨大剧院从设计到施工全部由中国人完成，其外型采用了异型双曲面的设计，流畅灵动犹如环绕四周的江水；设计团队还将柔软的水曲柳木材做成曲面墙体，形成冷暖对比；内部的幕墙、天窗、观光环廊设计，更是赋予了大剧院更多公共空间。而要把这么复杂多变的设计变成现实，施工同样充满了挑战。
新世纪以来，高雅艺术开始走进公众视野，这也催生了文化建筑在中国各大城市的一轮兴起。“大剧院风”席卷中国大地的时候，世界知名建筑师纷纷拿出惊艳的作品，这其中却鲜见中国设计师的佳作。经历了阵痛、在与世界学习交流融会贯通之后，中国建筑师也创作出了足以与世界对话的大剧院，哈尔滨大剧院就是最典型的代表。
（一）为了与周围环境契合，大剧院外形被设计为异型双曲面
哈尔滨大剧院位于松花江北岸，包括大剧院（1600座） 、小剧场（400座）、地下车库及附属配套用房等，坐落在风光秀丽的湿地之中，栈桥穿梭，水系环绕，与周围环境形成完美的契合。
它的设计方案由中国设计师马岩松和他的MAD工作室完成，大剧院的外型采用了异型双曲面的设计，弯曲的表面流畅灵动，犹如环绕四周的江水。在夏季，它如一条银丝带飘扬在江畔；在冬季，它银白色的外观融入冬日的雪景，又犹如被江风塑成的雪雕，矗立在银装素裹之中。
在设计之初，马岩松的理念就是要设计一座从地平线上消失的建筑。某种意义上讲，哈尔滨大剧院是对大，以局部的冲击力来塑造建筑的独特性，整体则更多地隐藏在特殊的视角当中，而这恰恰是一种自然的存在状态。地表面的一种视觉反转和视觉夸大，它的设计思维不再是传统建筑的立面、边界、场地、关系，而是将边界彻底模糊。
从大剧院的内部看，空间的序列更具有戏剧性。设计团队还将柔软的水曲柳木材做成环绕大剧场室内外的曲面墙体，充满生命力的自然木材纹理与冷峻未来感的金属外壳形成了冷暖的鲜明对比。同时，这些简单的材料和巧妙的空间实现了世界级的声学效果。
走进哈尔滨大剧院，其内在的空间感受是十分奇特的，因为这一空间极大地挑战了对于传统剧院空间的想象。
大剧院的内部主要由两部分组成，一部分是公共大厅，一部分是观众厅。
公共大厅没有明显界面限定的塑性空间由白色粉刷和水曲柳木构成，整个蔓延在人的视野之中，白色的墙面将立面的存在降到最低，而超大面积的水曲柳使人产生自己缩小的错觉，营造出“树洞”一般的反常规的空间氛围和心理感受。
而进入观众厅之后，“平面化的空间”被彻底消解，转而呈现为带有“原始洞穴”般意向的异质空间的效果。原始的洞穴经过了人工的二次抽象，脱离了现代主义的空间模式，形成一种未知性。设计师为了增加这种神秘感，甚至在观众厅上方开了一个洞，这种大胆的尝试可以让人透过幕墙看到星空。
在大堂的顶部横跨一个天窗，天窗上有金字塔般的结晶幕墙单元体，犹如雪堆顶端凝集出的冰晶。阳光从这里倾泻而入，洒满整个大堂。除了自然采光之外，这里还设置了一个小型广场，它也正好位于观光环廊的最高点，这里还设置有咖啡厅等服务设施，成为大剧院最神秘和有趣的一处空间。
大剧院不仅仅是一座服务观众的建筑，设计师还赋予了它更多公众空间。在大剧院的屋面上隐藏着一条步行式观光环廊，这在剧院建筑中尚为首例。沿着观光环廊，可以全天候360度欣赏周边景色。通过与不同高度观光平台的有机结合，设计师让建筑与环境相互置换，延伸出更丰富的视觉空间。
（二）要将梦幻曲线变为现实，复杂的钢结构是个大挑战
当这样的建筑设计被拿到结构工程师面前时，对于他们无疑是一场噩梦。
哈尔滨大剧院随意、流畅的造型并不是有计算规律可寻的几何形体，也无法套用任何几何形体的某一部分，因此如何确定这一结构体系是一个很大挑战。
工程师们经过多轮讨论、研究、对比，最终确定采用多种形式钢结构组合的结构体系，把原本无规律的模型优化为分别以大、小剧场为中心线的对称形体，也就是今天看到的大剧院的两个主题建筑。
这些复杂的钢结构最终被归纳为3个结构体系：
（1）自由曲面高精度玻璃顶箱型弯扭网壳结构
大剧场休息厅部位的玻璃幕墙从标高6米爬升到54米，中间出现2次曲面波峰和波谷，玻璃顶网壳结构设计了350个鼓节点、约500根箱型梁，网壳的曲面和弯扭依靠箱型梁与269个鼓节点的弯扭连贯连接实现。
（2）复杂异形多层焊接球节点网架结构
大剧院的网架结构造型变化大，从3层网架过渡到双层网架，再过渡到4层和双层网架的组合体，高差从几百毫米过渡到三十多米，且中间出现四次90°的折弯突变，与已知的任何网架类型都不相同。
（3）扇形变曲面屋面折弯梁结构
大剧院外壳呈现扇形变曲面，设计时采用57榀折弯梁构成的折弯梁结构，从最短水平跨度16米、最短长度34米的扇形渐变到最大水平距离53米、最大长度62米，标高从1.3米到34.3米。
折弯梁较长且折弯点较多，最多处出现6次折弯，最大折弯角达到90°，保证了大剧院外形流线的美观。
对于如此复杂的钢结构系统，在施工时分为了三个主要的步骤进行，首先将复杂的异形多层网架划分成基本单元；然后，在确定的拼装和安装工艺下，将基本单元拼装成可模块化吊装单元；接下来，测量网壳控制误差和变形。
由于大剧院的奇特造型，真个屋顶都是自由曲面，结构十分复杂。根据剧场建筑、功能的分区，工程师将大剧院屋顶钢结构分为后区和前区两个部分，前区为支撑于混凝土结构和基础上的单层玻璃顶网壳与网架，后区为支撑于混凝土结构上的网架、单层玻璃顶网壳及空间折梁结构体系。小剧场与大剧院类似，但体型规模略小。
大剧院钢结构的使用也堪称是“结构大全”，涵盖了几乎全部的结构形式，包括型钢柱、型钢梁、大管径格构柱、曲面网架、箱形弯扭网壳、空间弯曲大直径圆管、铸钢节点、抗震球铰支座、销轴支座、向心关节轴承支座、黏滞阻尼器等。
除了加工复杂之外，更大的挑战来自于曲面的精度。为了能够让最后的自由曲面网壳最终完美拼合，主体结构的加工、安装精度要求极高，安装误差须控制在±3毫米范围内。
钢结构安装时，下部土建结构已施工完毕，起重机无法靠近。而采用普通的脚手架则施工难度大，成本高。为此，施工方开发了一套新型的工作方法，采用鼓节点并通过箱形杆件与鼓节点之间的弯扭连贯连接来实现网壳的自由曲面造型，简化箱形弯扭网壳的结构形式。同时采用散件制作、地面整体或分块拼装、分块吊装、高空补档的技术路线。在细分单元的基础上，利用计算机技术确定单元三维定位和测量控制点，现场拼装后分单元吊装。
对于多层网架的焊接问题，工程师从无序中找规律，采用模块化的单元划分方式进行网架的分割，化繁为简，化难为易，将复杂的结构体系简单化、模块化和统一化，现场地面拼装，模块吊装，高空补档，以降低网架安装难度及措施用量。
对于复杂异形空间网架，安装前，需依据网架模块单元结构形式，合理选取双、多层网架模块吊装单元的支撑点位置和数量，并通过空间三维实体模型放样，定位各支撑点空间坐标，然后在地面上用十字线标记各定位点地面投影坐标，安装临时支撑胎架。
为了保证扇形曲面结构所需的57根长短不同的折梁的加工和安装精度，工厂分小段加工，现场整根拼装，分段吊装。整根拼装时，严格控制支座底板与耳板的空间位置。对于种类繁多的功能结构件，根据各功能结构件的技术参数、技术要求及产品说明书，制订安装工艺指导书和质量控制点，保证了最终施工的精度。
在解决了大剧院的外壳之后，便是独特的室内空间构建了。施工中，室内构建采用了不同的表面材质，以高完成度呈现出建筑师的意图，两侧自由盘旋而上的楼梯，与大剧场环廊有机结合成整体，雕塑感极强。
为此，曲面材料选择了GRC（玻璃纤维增强复合材料），通过面层材质的处理形成了与众不同的效果。而大面积的水曲柳效果则是通过异形曲面GRC装配复合实木装饰实现。以GRC板为底层，在工厂开模生产时预埋木条；第二层为满铺实木条基层，用木胶粉打磨；成品运输至现场并安装；固定、打磨后，面层涂木蜡油。
大小两个剧场的室内效果的不同，也采用了不同的材料。小剧场朴素灵动，采用GRC清水板，公共大厅其他部分的白色墙面及办公休息厅等室内空间均采用GRG（玻璃纤维加强石膏板），表面处理为白色磨砂喷涂，既突出了大剧院环廊及两侧楼梯温暖的木质流线效果，又与之形成了强烈对比。
（三）为了打造银白色的肌肤，大剧院的幕墙同样很有讲究
大剧院能够最终惊艳地矗立在大地之上，与银白色的冰雪融为一体，就在于幕墙施工，它将给大剧院以血肉。
哈尔滨大剧院的幕墙主要采用了金属复合幕墙、四棱锥玻璃采光顶幕墙、清水混凝土板幕墙、立面玻璃幕墙等多种幕墙形式。其中，屋面还采用国际独创的立体纹理异形曲面结构金属幕墙，形成皮肤状呼吸式建筑表皮。
从数据上看，幕墙总面积约3.4万平方米，约合3万块铝板。通过计算机优化设计，外装饰铝板的分格采用了四边形板拟合，通过平衡确定了1000毫米左右的分格优化尺寸，最终形成3万余块铝装饰板块。而清水混凝土板为模板预制成型，采用干挂安装。
为了应对哈尔滨寒冷的气候，预制板加以170毫米厚的憎水保温岩棉板，保温岩棉内部为0.2毫米厚优质夹筋铝箔隔汽膜，外部采用2毫米厚氧化铝板做防水层。
金属复合幕墙采用框架定距式安装铝板幕墙结构，面材采用5毫米铝单板，表面氟碳喷涂处理。
通常，建筑幕墙板块上面的板会覆盖下面的金属板，但在该项目中采用了倒插叠瓦形式，将下面的金属板覆盖在上面的金属板之上，连接处形成一条开缝。通过这种方式，无需用精确至毫米级的施工工艺来完成高难度的曲面拼接，开缝接头能有效防止雨雪的侵蚀，上一层的金属板也不会将阴影投射至其下的金属板，纵向连接的12毫米可见接头缝有利于屋面分散排水，避免形成雨幕。
为了实现大剧院晶莹剔透的效果，采光玻璃被设计为四棱锥体。但是，由于天窗整体是三维曲面，这就导致细分后除了对称轴线上的单元体，其他的四棱锥都各不相同。建筑独特的造型和隔热性要求给采光顶的设计和安装带来了不小的挑战。
大剧院的四棱锥玻璃结构是由两片直角三角形拼接构成，每片大小各不相同。为了满足最终异形曲面的拼接效果，玻璃采用了大小片设计，考虑到隔热性能要求，工程大面积使用了三玻两腔玻璃结构，这同时还能满足系统防水密封构造的需要。
这些四棱锥组成了华丽的采光顶，但是安装却极为复杂。
采光顶系统由钢龙骨、铝合金垫框、镀锌钢转接件、铝合金转接套件、铝合金副框、铝合金扣板、玻璃面板等材料构件组成，采用钢网架结构，玻璃面板由转接系统连接到主体结构网架的节点上。
为了保护采光顶的防水性，玻璃面板之间采用高模量硅酮密封胶密封，可满足80 ℃温差条件下玻璃板缝的伸缩变形，从而保证采光顶的防水密封性能。主体结构和采光顶钢龙骨外侧均用铝扣板装饰，不但具有良好的装饰效果，而且提高了系统的耐腐蚀性能。同时，采光顶设有较大的倾斜角度，保证屋面不积水，并能通过重力将雨水排到屋面四周的排水天沟内。
在哈尔滨-30℃的严冬中，降雪量大的时候，冰雪很容积堆积在天沟中，导致排水系统无法正常工作。为此，在天沟内布置融雪伴热系统能够及时将天沟内的冰雪溶解，保证屋面排水通畅。
这个融雪系统采用低温自调节电伴热电缆，共计3300米，分3个区域，设计伴热回路共40个，每个回路75米伴热电缆。伴热电缆的发热原理是通过内部半导体发热材料来实现的，其特性随温度的变化而变化，温度越高输出功率越小，可以达到防冻和节能的目的。
同时，在采光顶四周设计了安全防护系统，可保证清洗人员作业时的安全性。清洗车轨道通过转接件连接到采光顶钢龙骨上，不会造成渗漏隐患。
