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来源 沈祖炎 发布于 2012/11/22 9:28:44 评论(0) 有738人阅读
 

 

[摘  要] 近年来,国内相继建造一大批大型重大公共建筑,在迅速改善国民生活水平的同时,建筑物本身却遭到了来自国内社会或国外专家的广泛关注甚至批判。本文回顾了近年来我国几个代表性重大工程中标方案的特点及存在的问题。在此基础上,从我国建筑结构设计相关国家标准的立意及基本要求出发,就这类重大工程中标方案的合理性进行了思考,最后给出了评判这类重大工程中标方案的基本原则建议,供相关人员参考。

 

[关键词] 重大工程,公共建筑,中标方案评判标准,用钢量指标

 

一、概述

随着我国国民经济的高速发展,全社会对体育、文化、娱乐、商业、交通等领域的活动要求迅速提高,相应的大型公共建筑的建设也得到了空前的发展。近10年来,国内兴建了一大批这类的大型工程,包括体育场馆、会展娱乐中心、剧院、候机楼、博物馆、车站等,大大提高和改善了人民的生活质量和水平,并成为所在城市的标志性建筑[1]。这些国家或地方重大工程多数都采用了国际招标的方式进行设计方案的征集,并通过召开专家评标会确定最终入选方案,因而能引起国内乃至世界广泛关注。其中部分大型工程项目建筑方案都出自国内外(且大多数是国外)知名建筑师之手,并经过代表国家或地方政府的业主委员会及各领域的专家评审把关。但不幸的是,其中不少方案却给部分国人及业内人士、甚至国内外建筑及结构领域专家留下疑惑和不满,有的还遭到严厉的批判[2-8]。这些工程最终中标方案中不乏体型怪异、喧宾夺主、结构笨重、用料指标奇高、造价昂贵、施工非常复杂的,甚至达到令业内人士称奇的地步。“一些大城市成了国外建筑师的畸形建筑试验场” [6],结构上完全违背“少(费)就是多(用)”(More with less)的结构哲学[7]。另一方面,这些大型工程都是由政府出资,因而更显得不可理解[8]。普通国民及专业人士不禁要问:评价这些现代化的大型公共建筑的建筑及结构方案的优劣究竟是什么标准?这些建筑所消耗的国家大量投资是否用得其所?

本文回顾了近年来我国几个代表性重大工程中标方案的特点及存在的问题,主要包括在建的奥运会国家主体育场、中央电视台新台址主楼及国家大剧院。在此基础上,从我国建筑结构设计相关国家标准的立意及基本要求出发,就这类重大工程中标方案的合理性进行了思考,最后给出了评判这类重大工程中标方案的基本原则建议,供相关人员参考。

二、几个重大工程中标方案简介

2.1奥运会国家主体育场

奥运会国家主体育场(图1)是2008年北京第29届奥运会的主体育场,将承担奥运会开幕、闭幕式与田径比赛。主体育场的固定座席可容纳8万人,活动座席可容纳1.1万人,总建筑面积约为25.8万平方米。该建筑地面以上的平面呈椭圆型,长轴最大尺寸332.3m,短轴最大尺寸296.4m。建筑屋盖顶面为双向圆弧构成的鞍形曲面,最高点高度68.5m,最低点高度40.1m。屋盖中部的洞口长度为185.3m,宽度为127.5m,建成后无疑将成为北京市的重要标志性建筑。

奥运会国家主体育场“鸟巢”方案由瑞士赫尔佐格和德梅隆(Herzog & de Meuron)设计事务所、奥雅纳工程顾问公司及中国建筑设计研究院设计联合体共同设计,北京城建集团有限责任公司为项目的总承包,总投资约为35亿元人民币,将于2006年底竣工。

奥运会国家主体育场的结构体系采用空间钢框架体系。大跨度钢结构的主框架大量采用由钢板焊接而成的箱形构件,交叉布置与屋面及立面的次框架一起形成了“鸟巢”的特殊建筑造型。整个大跨度屋盖由24榀钢框架支承,沿周边的柱距为37.958m。主框架围绕屋盖洞口环梁放射形布置,有22榀主框架直通或接近直通,并在中部形成由分段直线构成的钢内环。主场看台部分采用钢筋混凝土框架一剪力墙结构体系,与大跨度钢结构完全脱开。该建筑设计使用年限为l00年,建筑结构的安全等级为一级,抗震设防分类乙类,抗震设防烈度8度,场地类别为II类~III类之间,设计地震分组为第一组。

奥运会国家主体育场总用钢量为41875吨,用钢指标高达500kg/m2左右,每吨钢平均造价大概在17,000元左右。

2.2中央电视台新台址主楼

中央电视台新台址主楼建筑面积47万平方米,地下3层、地上52层,高222.6m,最高点234米。1层为裙房,方形平面,高6m。2~10层为“┓”形平面,高46m。10层以上收成二塔楼,塔1在西北角,塔2在东南角。塔楼平面为矩形,均60内倾。自37层(163m)到塔楼顶部,塔2向西形成悬臂与塔1向南的悬臂连成整体,二塔楼由平面为“L”形的悬臂相连,成连体结构。L型悬臂的悬臂长度达70~80多米。建筑外表面的玻璃幕墙(10万平方米,共27400余块)由强烈的不规则几何图案组成,如图2所示。

中央电视台新台址主楼工程方案由世界著名建筑设计大师雷姆·库哈斯(Rem Koolhass)和奥勒·舍仁(Ole Scheemn)担任主建筑师,荷兰大都会建筑事务所负责设计,并与奥雅纳工程顾问公司合作完成,国内的合作设计单位为上海华东建筑设计研究院。中国建筑工程总公司获施工总承包权,中标合同金额高达46.5亿元人民币,将于2009年1月竣工。

中央电视台新台址主楼上部结构为在两座斜塔、悬臂及裙房四周由SRC柱组成的桁架式外框筒,内部有少量垂直的钢框筒和钢柱,通过组合楼板形成抗侧力结构体系。

中央电视台新台址主楼钢结构总用钢量高达12万吨,用钢指标为250kg/m2,每吨钢平均制作费用在5,000元左右。

2.3 国家大剧院

国家大剧院是国家重点文化设施,工程位于北京人民大会堂西侧,长安街南面,占地面积约20万m2,总建筑面积15万m2。国家大剧院由歌剧院、音乐厅和戏剧场三幢建筑组成,再用一超级椭圆形半球壳体覆盖,壳体四周环绕巨大水池,建筑立意是“使壳体犹如椭圆形珍珠半浮于水面”,如图3所示。建筑平面尺寸为:壳体长轴为212.20m,短轴为143.64m,半竖轴为46.285m。结构设计使用年限为100年,建筑结构的安全等级为一级,抗震设防分类甲类,抗震设防烈度为8度。

国家大剧院设计方案由法国巴黎机场公司著名建筑师保罗·安德鲁(Paul Andreu)设计、清华大学设计研究院配合。由北京城建、香港建设和上海建工组成施工总承包联合体,项目总投资约为26.88亿元人民币。

国家大剧院外壳体系为带少量支撑的肋环型钢网壳。钢网壳主要由中心顶环、径向空腹肋和环向连杆等构件通过节点连接组成,径向空腹肋座落在钢筋混凝土环梁上。中心顶环位于壳体中心顶部,平面为折线椭圆形,长轴为53~82m,短轴为36.40m。径向空腹肋以中心顶环为中心呈辐射状分布,共148榀。径向空腹肋的底部截面高约4m,顶部截面高约2m,最大长度约98m,分A、B两类。A类采用60mm厚钢板拼焊而成,B类采用H型钢焊接而成。环向连杆是连接径向空腹肋的主要构件,在径向空腹肋的内、外弦呈水平环状布置,共41×2道,采用140mm×8mm~194mm×5mm钢管。连接形式为铸钢件连接和套筒连接。斜撑分布在壳体平面正交轴的4个对角线上。每个斜撑区分布范围为9个径向空腹肋节间,其作用是增加壳体的稳定性。斜撑采用194mm×12mm钢管,连接节点采用管板形式。

国家大剧院外壳体系钢结构总重约6750吨。按壳体投影面积计,用钢量指标高达280kg/m2;按壳体表面积计,用钢量指标也达193kg/m2

      

图1 奥运会主体育场       图2 中央电视台新台址主楼           图3 国家大剧院

三、中标方案有关问题的分析

3.1建筑设计方案的评价原则

一般而言,建筑物设计方案的评价原则应该遵守国家现行的相关标准。国家现行标准《民用建筑设计通则》(GB50352-2005) [9]第1.0.1条规定民用建筑应符合适用、经济、安全、卫生和环保等基本要求。第1.0.3条还规定,民用建筑设计除应执行国家有关工程建设的法律、法规外,尚应符合下列要求:

1)应按可持续发展战略的原则,正确处理人、建筑和环境的相互关系;

2)必须保护生态环境,防止污染和破坏环境;

3)应以人为本,满足人们物质与精神的需求;

4)应贯彻节约用地、节约能源、节约用水和节约原材料的基本国策;

5)应符合当地城市规划的要求,并与周围环境相协调;

6)建筑和环境应综合采取防火、抗震、防洪、防空、抗风雪和雷击等防灾安全措施;

7)方便残疾人、老年人等人群使用,应在室内外环境中提供无障碍设施;

8)在国家或地方公布的各级历史文化名城、历史文化保护区、文物保护单位和风景名胜区的各项建设,应按国家或地方制定的保护规划和有关条例进行。

对具体结构设计而言,现行规范[10-12] 为贯彻执行国家的技术经济政策,始终要求结构设计符合“技术先进、经济合理、安全适用、确保质量”。这应该是评判这类重大工程结构设计是否合理的重要原则。

因此,重大工程的建筑设计方案除了要有创意外,还应在使用功能上是合适的,与周围环境是协调的,在各种荷载作用下是安全的,施工安装是合理的,建筑造价是经济的。

重大工程的建筑设计方案,应该是建筑、结构、施工、设备等专业的设计人员共同精心设计的产物。

3.2中标方案存在的有关问题

对照以上建筑及结构设计的评价原则,下面对以上提到的几个重大工程中标方案存在的相关问题进行简单剖析。

1. 奥运会国家主体育场

奥运会国家主体育场的主要问题综合表现为经济性问题,具体表现在用钢量指标超互寻常的大。该建筑几经“瘦身”,用钢量指标仍达500kg/m2左右,并且每吨钢造价达17000元左右。其主要原因表现在三个方面:1)受力不合理。本质上讲,奥运会主体育场主体结构采用的是一个辐射状交叉的门式刚架体系,但每一榀门式刚架所跨越的跨度达300m左右。众所周知,当跨度超过50m,采用门式刚架在受力上是不合理的。奥运会主体育场跨度已达300m,仍采用门式刚架,必然导致用钢量的增加,并出现了钢结构自重在结构内力中所占比例非常之大,高达80%的少见情况。2)结构不合理。一般情况下,截面的高度较大时,为了节约材料,都不采用实腹而改用格构式。奥运会主体育场的梁、柱构件大量采用大尺寸的箱型截面,这一结构上的不合理,不但大大增加了钢的用量,而且增加了自重。3)制作不合理。奥运会主体育场结构基本构件主要采用箱型截面,而所有横梁的箱型截面都是扭曲的,组成截面的钢板就需要由许多经过压力加工制成扭曲的小块板焊接拼成,使得制作费用达到普通钢结构构件制作费用的两倍,进一步加大了项目土建的总投资。

2. 中央电视台新台址主楼

中央电视台新台址主楼的主要问题是安全的问题。由于片面追求建筑效果,中央电视台新台址主楼为平面及竖向均为严重不规则的超限高层建筑,结构形状奇特,从抗震角度建筑方案实属严重不规则,建造在8度抗震设防区更为抗震设计设立了难题。我国抗震规范GB50011-2001第3.4.1条规定,“建筑设计应符合抗震概念设计的要求,不应采用严重不规则的设计方案”。这条规定为强制性条文,据此该建筑方案属于不应该采用的设计方案。因此主楼结构的抗震设计不仅要做到小震不倒外,还应重视“中震可修”,关键是要“大震不倒”。为抵抗地震作用,导致了用钢指标高达250kg/m2,大大超过一般高层建筑钢结构的用钢指标水平,并且每吨钢制作费用也高,大概在5,000元左右。同时,为确保抗震设计满足要求,进行了大量的试验研究和理论分析,历时2年之多。业主除了在基建投资上付出代价外,在工程进度上也付出了代价,实在很不应该。

3. 国家大剧院

国家大剧院的主要问题是巨型壳体在使用功能上的合理性和与周围环境的协调性问题。为了追求建筑效果,在三个剧场已有的屋顶上加盖的一个大屋盖,在使用功能上是多余的,是典型的形式主义的产物,并进一步迫使主体建筑向地下延伸24~34m,必然造成投资的大量浪费。同时,建筑整体外形与现场环境极不协调。

此外,作为标志性建筑,国家大剧院独特的建筑外形和复杂的内部结构给施工带来了相当大的难度[14]

这种片面追求建筑效果,不顾材料和资金的巨大浪费,在已有完整建筑上附加大而空的“造型”结构的设计思维方式绝不是孤立现象。像号称“天鹅展翅”的天津博物馆(图4)[15]、“大鹏展翅”的深圳市民中心(图5)、上海浦东干部学院大屋盖(图6)等,人们有理由要问:花费巨资得到的建筑效果是否物有所值?在当前国家经济发展水平下是否合适?




 图4天津博物馆                




 图5深圳市民中心               




 图6上海浦东干部学院

 

另外,对这类方案而言,由于项目的人为“复杂性”,投入在项目论证、科学技术研究方面的人力、财力、时间也是值得关注的。更重要的是,这些研究的目的很多情况下仅仅只是为了保证单一项目的安全性,问题本身并不具有普遍的科学意义。


四、几点思考


4.1 不合理方案中标原因剖析

总体看来,这几个不同的重大工程中标方案中标的原因各不相同,但有一些肯定是相同的,即其建设资金是国家投资;项目建设的决策人,出于某种原因,片面追求建筑的标新立异,而把其他多种重要方面置若罔闻。

奥运会主体育场,为了追求所谓的“鸟巢“造型,浪费了大量钢材和资金,其用钢量和造价分别约是同类优秀建筑的3和5倍。

中央电视台新台址主楼,业主为了追求怪异的结构造型而不顾建筑造型对结构安全带来的严重影响,致使为了想方设法保证结构的安全,造成了建筑造价的大幅度增加,同时还留下了抗震安全的担心。像这类工程采用的建筑与结构如此不协调,导致因为严重的安全问题而不得不加大投资,这应该值得深思。

国家大剧院,同样片面为了追求建筑效果(且不说这个建筑效果的实际影响及与周围环境的协调性如何),出现了大体量的多余建筑,并“作茧自缚”,迫使主体建筑向地下延伸,从而加大了政府的投资,同时也对建筑消防安全提出了挑战。

从这些中标方案中,还可以看到另一个现象,即中标方案的建筑师都来自非抗震国家,因此即使在北京这样的8度设防区,提出的建筑方案全不顾结构抗震的特点,也就不足为奇了。正是这种不考虑抗震要求的奇异的建筑方案,往往被那些把其他主要方面置至度外。

4.2评价标准

如何对这类重大工程的参标方案进行合理评价是一个值得广泛关注的问题。应该说,不同要求的建筑应有不同的评价标准。

对私人投资的建筑物,如果因某种原因,追求特定的建筑效果,选用何种方案、结构是否合理、总价如何,只要不危机结构的安全当然不是主要考虑因素。但也必须满足当地政府的规划要求及建造现场的环境要求。

对政府投资的大型公共建筑,其评价标准的合理性必须接受全社会的监督。为此,现行的《民用建筑设计通则》(GB50352-2005) [9]及相关设计规范的基本要求应该对这类重大工程建筑及结构方案具有较普遍的参考价值和法律意义。

4.3指标体系

对大型公共建筑,特别是政府投资的,应有明确和可量化的方案评价指标体系。指标体系的建立必须结合当前社会发展的具体情况和水准,应该涵盖多个不同专业领域并给出综合评价时各专业的权数。这样才能确定一个就单一专业而言可能不是最优,但整体最为合理的中标方案。

4.4重大工程的建筑方案应分专业评价

对政府投资的重大公共建筑,必须分专业进行评价,而不是现行的不同专业代表人士一起参与评价的办法体系。因为这样的话,在一个专业领域严重不合理的一个方案就很可能获得通过。这些专业可以包括:建筑、结构、施工、建筑设备、概算等。而且不同专业可以根据自己的指标体系,拥有一票否决权。这样,可以否决那些在某个领域具有严重不可接受的建筑方案,而不是被动地接受其他专业方面可能获利或最优的方案。

4.5领导部门的作用

对政府投资的重大公共建筑,领导部门的作用是合理、顺利地组织招投标过程,掌握必要的时间进度,而方案的优劣完全应该交给相关领域的专家来评判,避免由政府官员的个人喜好或个人政绩思维方式来确定。应该切记,这些重大工程建设项目都是国家的投资,应该对广大老百姓负责!

五、结语

随着近几年来大量国家或地方重大工程建设项目的完成或启动,业内人士及国家相关部门应该对目前这些重大工程建筑设计方案确定原则及评判标准进行回顾总结及广泛思考,积极避免目前已经出现的一些不良动向,从而保证仍处在快速推进的重大工程建设项目建设的健康发展。归纳起来,无论是国家或私人投资的大型工程建筑项目,均应该积极考虑以下几个方面的因素:

1)在建筑形式上,在造型创新的同时,应该力求“内容”与“形式”的统一这一建筑设计的基本原理[16], 结合国情,与环境协调,避免在起步阶段就得到一个必然会造成物质上极大地浪费的建筑方案。

2)在结构方案方面,必须注重结构方案的合理性与建筑造型的统一。不同的结构体系有着它固有的合理参数(如跨度、高度)范围。必须首先注重结构方案的技术先进性,才能在保证安全的前提下得到满意的整体经济指标,同时也能够“方便”地施工、“方便”地保证质量。众所周知,结构上“难实现”的、“难做”的,并不一定代表先进技术。

3)在重大工程建设项目方案选择的运作上,应该有充足的时间,对未来的重大工程建设项目应该有一个很好的前瞻性规划,“时间”就意味着“经济”和“质量”,仓促上马是很难兼得的。

4)在参标方案评审中,不同要求的建筑应有不同的评价标准;对政府投资的重大公共建筑,必须建立具体的指标体系,分专业进行评价,不同专业应该拥有一票否决权。

5)对国家领导部门,应该关心这类重大工程建设项目政府投资的必要性、技术含量和效率,重视工程在相关领域的示范作用。应该避免缺乏专业分析的“以貌取人”而导致高投资、高消耗、低技术含量、低效益的畸形建筑的出现,或仅为满足得到“世界第一”、做“形象工程”等的虚荣心理而付出如此高昂代价。

参考文献:

[1]       沈祖炎、李国强、陈以一、张其林、罗永峰,《钢结构学》,建筑工业出版社,2005

[2]       刘锡良,2008年北京奥运会场馆建设近况及一些值得思考的问题,第五届全国现代结构工程学术研讨会论文集,2005,1-9

[3]       陆赐麟,从近50年历届奥运会主赛馆建筑结构的发展展望2008年北京奥运会建筑,建筑结构,2003,33(1):58-63

[4]       王仕统,衡量大跨度空间结构优劣的五个指标,空间结构,2003,9(1):60-64

[5]       陆赐麟,我国工程实践中的困惑与思考,第四届全国现代结构工程学术研讨会论文集,2004,238-242

[6]       吴良镛,最尖锐的矛盾与最优越的机遇——中国建筑发展寄语,中国工程科学,2004,6(2):13-16,32

[7]       王仕统,点评国外中标方案——广东奥林匹克体育场的结构设计,第四届全国现代结构工程学术研讨会论文集,2004,235-237

[8]       罗恩,略谈近年来我国大型建筑结构工程设计的倾向性问题,第五届全国现代结构工程学术研讨会论文集,2005,76-78

[9]       民用建筑设计通则 (GB50352-2005),中国建筑工业出版社,2005

[10]   建筑结构可靠度设计统一标准(GB50068-2001),中国计划出版社,2001

[11]   钢结构设计规范(GB50017-2003),中国计划出版社,2003

[12]   高层民用建筑钢结构技术规程(JGJ99-98),中国建筑工业出版社,1998

[13]   范重等,国家体育场钢结构设计中的优化技术,第五届全国现代结构工程学术研讨会论文集,2005,10-20

[14]   陈力,国家大剧院壳体钢结构工程回顾与思考,第四届全国现代结构工程学术研讨会论文集,2004,56-58

[15]   程志华,王小盾,刘锡良,天津博物馆的空间钢结构体系,《建筑结构》增刊,2002,138-140

[16]   魏大中,创造现代化中国的优秀建筑作品——1995年建设部优秀建筑设计评后感,建筑学报,1996年3月,8-10

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第1楼 undefined 发表于 2012-05-17 13:23
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