△建筑鳥(niǎo)瞰圖 ?扎哈·哈迪德建筑事務(wù)所

文化，是一個(gè)城市的靈魂。十三朝古都西安，不遺余力地探索如何在“發(fā)展”中“傳承”城市文化，使這座底蘊(yùn)深厚的人文之都煥發(fā)新機(jī)。

在西安國(guó)家級(jí)新區(qū)——西咸新區(qū)涇河新城院士谷核心區(qū)內(nèi)，將誕生一座城市文化新地標(biāo)——涇河新城國(guó)際文化藝術(shù)中心。它將以靈動(dòng)的形態(tài)，結(jié)合地域特色文化與時(shí)尚潮流藝術(shù)，成為西安城市發(fā)展的全新引擎。

扎哈·哈迪德建筑事務(wù)所以“涌川”為靈感，設(shè)計(jì)了獨(dú)具生命張力的建筑造型。作為項(xiàng)目結(jié)構(gòu)顧問(wèn)，奧雅納負(fù)責(zé)主導(dǎo)方案階段和擴(kuò)初階段的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。近期，涇河新城國(guó)際文化藝術(shù)中心項(xiàng)目順利通過(guò)超限高層建筑工程抗震設(shè)防專(zhuān)項(xiàng)審查，完成了項(xiàng)目方案和初步設(shè)計(jì)，進(jìn)入施工圖設(shè)計(jì)階段。

△項(xiàng)目所在區(qū)域概況 ?扎哈·哈迪德建筑事務(wù)

項(xiàng)目占地78.89畝，整體建筑面積約5.6萬(wàn)平方米。區(qū)域主干道——涇河大道將項(xiàng)目分為南、北地塊，其間由“高線云廊”及跨道連橋相互貫通。未來(lái)，中心將提供圖書(shū)閱覽、劇院演出、藝術(shù)展陳和生態(tài)景觀等多元文化體驗(yàn)。

△項(xiàng)目總平面圖    ?扎哈·哈迪德建筑事務(wù)所

參數(shù)化建模，實(shí)現(xiàn)曲線變化之美

復(fù)雜多變的空間曲面組成流線型屋蓋，是項(xiàng)目的設(shè)計(jì)亮點(diǎn)，也是扎哈·哈迪德建筑事務(wù)所的標(biāo)志性建筑語(yǔ)言。然而，對(duì)于這種復(fù)雜的空間幾何造型，傳統(tǒng)的平面圖紙表達(dá)和設(shè)計(jì)方法無(wú)法準(zhǔn)確表達(dá)空間定位，難以將多專(zhuān)業(yè)之間的空間布置關(guān)系梳理清晰。

△建筑效果圖  ?扎哈·哈迪德建筑事務(wù)所

我們?cè)诜桨赋跏茧A段便引入了先進(jìn)的數(shù)字化建模技術(shù)，對(duì)復(fù)雜的屋蓋系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)找形和結(jié)構(gòu)方案研究，從而更好地實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)意圖，并配合其他專(zhuān)業(yè)，確保項(xiàng)目在實(shí)際施工中的落地性。

△北館屋蓋結(jié)構(gòu)找形建模流程? Arup

奧雅納結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用Rhino + Grasshopper + Python參數(shù)化建模設(shè)計(jì)流程，在建筑師提供的初始幾何形體基礎(chǔ)上，結(jié)合建筑造型特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)受力原則的基本邏輯，設(shè)置了一系列幾何、材料、力學(xué)性能等參數(shù)，及生成靈活可調(diào)的參數(shù)化結(jié)構(gòu)幾何模型。

參數(shù)化結(jié)構(gòu)建模平臺(tái)快速與結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)分析軟件對(duì)接，生成結(jié)構(gòu)分析模型，開(kāi)展設(shè)計(jì)計(jì)算。通過(guò)調(diào)整參數(shù)，結(jié)構(gòu)工程師可結(jié)合建筑復(fù)雜幾何的變化，探索更多空間結(jié)構(gòu)布置方案，力求完美呈現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)表達(dá)。

△屋蓋參數(shù)化結(jié)構(gòu)模型  ? Arup

連接項(xiàng)目南北地塊的橋梁結(jié)構(gòu)“高線云廊”總長(zhǎng)約350米，是市政規(guī)劃環(huán)線人行步道公園的一部分。橋梁由14根橋墩支撐，建筑造型自由多變，與地塊流動(dòng)變化的建筑語(yǔ)言和諧統(tǒng)一。

“高線云廊”橋身中心線由一系列變化曲率的復(fù)雜曲線組成，橋面形狀也是不斷變化的曲面。這些不同于傳統(tǒng)規(guī)則的橋梁形狀，為橋梁的結(jié)構(gòu)找形和設(shè)計(jì)帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。

△ “高線云廊”建筑示意圖 ?扎哈·哈迪德建筑事務(wù)所

團(tuán)隊(duì)采用參數(shù)化建模手段，細(xì)化剖分橋身幾何體塊，不斷調(diào)整修正橋身形態(tài)變化規(guī)律，確保施工可行性和便利性。

“高線云廊”北部區(qū)段的曲線造型變化最為復(fù)雜。此處橋身轉(zhuǎn)彎半徑較小，傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)并不適宜。我們采用鋼箱梁橋方案，既實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的幾何形態(tài)，同時(shí)控制橋下凈高空間，保障施工安全可靠。

我們與建筑師配合，控制橋身幾何曲率變化，盡量使其余各個(gè)區(qū)段的橋梁形態(tài)更為規(guī)則平緩。通過(guò)采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，我們?cè)诖_保設(shè)計(jì)和施工的可行性的同時(shí)，提升了項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性。

三維空間放樣，整合多專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)

通過(guò)參數(shù)化的結(jié)構(gòu)模型，我們?cè)谌S空間中將結(jié)構(gòu)構(gòu)件準(zhǔn)確放樣定位，并與建筑、幕墻、精裝等專(zhuān)業(yè)的其他空間模型合并，檢查各系統(tǒng)空間定位的協(xié)調(diào)合理性，避免構(gòu)造沖突。

例如，傳統(tǒng)的平立剖圖紙難以清楚表達(dá)屋蓋異形空間鋼結(jié)構(gòu)與屋蓋幕墻系統(tǒng)、室內(nèi)機(jī)房沖頂?shù)冉唤绮课坏目臻g關(guān)系。通過(guò)在三維空間中進(jìn)行幾何放樣，我們得以準(zhǔn)確研究各個(gè)系統(tǒng)之間的碰撞情況，從而進(jìn)一步協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)。

△屋蓋鋼結(jié)構(gòu)與屋蓋幕墻系統(tǒng)碰撞檢查  ?扎哈·哈迪德建筑事務(wù)所/Arup

在“高空云廊”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，我們基于橋梁參數(shù)化模型，可根據(jù)建筑設(shè)計(jì)變化，快速準(zhǔn)確地調(diào)整橋墩位置、數(shù)量、主梁尺寸以及曲線造型變化。通過(guò)生成三維模型，并與幕墻、機(jī)電、景觀等其他專(zhuān)業(yè)的三維模型拼裝檢查，實(shí)現(xiàn)多專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)。

△“高線云廊”橋梁結(jié)構(gòu)找形參數(shù)化模型?Arup

Ovabacus平臺(tái), 自主研發(fā)的數(shù)字化工具

在方案設(shè)計(jì)初期，為更好實(shí)現(xiàn)建筑造型，工程師須不斷比選各種結(jié)構(gòu)解決策略，探索最優(yōu)方案。一款高效的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工具，將幫助工程師實(shí)現(xiàn)快速迭代建模分析，在有限時(shí)間內(nèi)完成多方案研究。

經(jīng)過(guò)多年自主研發(fā)，奧雅納打造了Ovabacus參數(shù)化設(shè)計(jì)平臺(tái)，輔助工程師實(shí)現(xiàn)智能設(shè)計(jì)。平臺(tái)包含參數(shù)化建模和分析模型轉(zhuǎn)換功能，并對(duì)接PKPM-AID智能優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可有效幫助結(jié)構(gòu)工程師進(jìn)行方案響應(yīng)和分析研究，快速判斷合理的結(jié)構(gòu)受力體系，確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸，完成經(jīng)濟(jì)性比選，達(dá)成更高效、更經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

△屋蓋鋼結(jié)構(gòu)參數(shù)化模型和結(jié)構(gòu)多方案比選 ?Arup

在涇河新城國(guó)際文化藝術(shù)中心項(xiàng)目中，我們通過(guò)Ovabacus平臺(tái)的參數(shù)化建模結(jié)合PKPM-AID提供的多種智能優(yōu)化算法工具，根據(jù)構(gòu)件受力和結(jié)構(gòu)剛度需求，自動(dòng)布置經(jīng)濟(jì)合理的構(gòu)件截面尺寸，實(shí)現(xiàn)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件優(yōu)化。

△屋蓋鋼結(jié)構(gòu)參數(shù)化優(yōu)化流程    ? Arup

針對(duì)屋蓋局部復(fù)雜幾何區(qū)域，工程師同時(shí)利用拓?fù)鋬?yōu)化算法工具，研究結(jié)構(gòu)效率最高的傳力途徑，并基于此項(xiàng)分析生成的材料分布圖案，對(duì)局部區(qū)域的結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

△屋蓋局部結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化分析  ?Arup

△建筑效果圖    ?扎哈·哈迪德建筑事務(wù)所