异形建筑数字化建造的实施——哈尔滨大剧院

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1、异形建筑数字化建造的实施哈尔滨大剧院北京市建筑设计研宄院有限公司魏冬，北京市建筑设计研究院有限公司主任建筑师、工作室总监。代表作品：国家大剧院、哈尔滨大剧院、山东省会艺术屮心（大剧院）、贵阳大剧院、南通大剧院。THEAPPLICATIONOF3DTECHNIQUEINTHEDESIGNANDCONSTRUCTIONOFHARBINGRANDTHEATREi夜景鸟瞰i项目背景哈尔滨大剧院位于哈尔滨市松花江北岸、太阳岛北侧、文化屮心岛a。棊地南侧是松花江支流的二道江（原来为湿地泄洪区），政府在改造松北区中的此区域时，将原来的S形水域进行了重新规划，并将此区域打造成文化中心岛（湿地

2、公园），这些都为哈尔滨大剧院项0提供了优越的创作条件和空间（图1）。文化中心岛的建设用地系滩涂区堆土形成，岛内道路交通系统均为规划新建，建筑群外围形成的交通环路在东南、西南、北侧分别与城市路网连接。项目用地东侧为规划建设的职工文化艺术宫和万人广场，北侧和西侧为岛内规划建设的环岛路，南侧为规划建设的滨江大道，交通便利（图2）。该项H场地内公共区域釆用立体式人车分流的方式，地面为人行及观光流线，地下为车行与后勤流线，互不交叉（图3）。哈尔滨大剧院项目是由MAD事务所与北京市建筑设计研宄院有限公司于2010年初联合投标并中标的项目，于2011年年中完成施工图设计，2015年9月底项

3、目竣工并投入使用，历时5年10个月。2项目概况哈尔滨大剧院总建筑面积7.94刀m，地上8层、地下2层，建筑高度56.48m,主要功能包括大剧院（1536座）、小剧场（414座）、地下车库（475辆）及附属配套用房等（图4~11）。该项目是哈尔滨标志性建筑，依水而建，与哈尔滨文化中心岛的设计风格和定位相一致，体现出北国风光大地景观的设计理念。作为公共建筑设计，该剧院服务于哈尔滨市居民及来自世界各地的游客，不局限于观演建筑功能，力阁从剧院、景观、广场和立体平台多方位提供给人们不同的空间感受。2项R区位示意图3文化公园整体规划示意图4整体鸟瞰5公共大厅6大剧场观众厅室内3复杂形体的

4、结构体系设计哈尔滨大剧院随意、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。经过多轮讨论、研宄、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。3.1多种形式钢结构体系综合设计（1）自由曲面高精度玻璃顶箱型弯扭网壳结构本项0中大剧场休息厅部位的玻璃幕墙从标高6m爬升到54m,中间出现2次曲面波峰和波谷，玻璃顶网壳结构设计丫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（阁12）。（2）复杂异形双（多）

5、层焊接球节点网架结构木项目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，II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（图13）。（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16m、最短长度34in的扇形渐变到最大水平距离53m、最大长度62m，标高从1.328m到34.3m。折弯梁较长II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（图14）。3.2复杂边界条件和连接节点设计多种钢结构体系组合必

6、然带来各种复杂的边界条件和多种连接节点设计，具体含：1）后区35m区域支座处:销轴加关节轴承节点;2）网壳十字弯扭处:相贯节点;3）格构柱顶端:焊接空心球节点;4）小剧场入U处：圆简鼓节点;5）后区区域:铸钢节点、插板铰接节点（图15）。8首层平面图10立面图11屋顶观景平台室外12自由曲面高精度玻璃顶箱型弯扭网壳结构示意图13复杂异形双（多）层焊接球节点网架结构示意图14扇形变曲而屋而折弯梁结构示意图15钢结构边界连接节点示意16钢结构划分基本单元吊装施工17公共大厅室内19木装饰外皮的GRC板20大剧场观众厅室内及模型21小剧场观众厅室内22办公休息厅室内3.3多种类异形

7、扭曲钢结构施工技术研宄及应用多种类异形扭曲钢结构施工技术研究及应用，具体包含：1）将复杂的异形多层网架划分成棊本单元;2）在确定的拼装和安装工艺下，将棊本单元拼装成可模块化吊装单元;3）网壳测量控制误差和变形（图16）。4室内异形空间构造本项目室内公共空间造型独特，利用不同的表面材质，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。曲面造型的材料为GKC（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（图17，18）。公共大厅木饰面釆用异形曲