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全国首个多彩蝴蝶ETFE膜结构建筑是如何诞生的?
2019-04-09
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      在延庆的妫水河畔,除了一柄温润的“锦绣如意”和一片“花伞花海”外,还有什么是不能错过的?那就是“花开蝶舞”的妫汭剧场了吧。采用开放式建筑形态的妫汭剧场,**创新地采用ETFE彩色膜拼接出多彩的屋面,从而为山水间留下了一只灵动的彩蝶,以迎接八方来客。


灵动彩蝶流连山水间

“永宁高阁揽盛景,天田妫汭蝶飞舞。”这14字介绍中的“蝶飞舞”,指的就是妫汭剧场。根据规划,建筑面积4500平方米的妫汭剧场,是2019年北京世园会开幕式、闭幕式的主会场,同时也承担着博览会期间各类大规模主题展演、演艺、文化活动和大型集会活动等。走进北京世园会园区,紧挨着妫汭湖畔,便是妫汭剧场。从远处眺望,立面的妫汭剧场既像是一个大写的π,又像是一棵生长中的大树,繁密的树枝上点缀着彩色的果实。人走到近处,一只穿花而过、驻足停歇在山水间的“彩蝶”便跃然眼前。悬挑钢桁架就是蝴蝶的“足”,彩色屋面则构成了美丽的两翼,人从屋面下穿行而过,仿佛就像是舞动翩跹的蝴蝶恰巧从头顶飞过。在两翼的边缘、剧场的东西两侧,还分别设有一大两小三个舞台。西侧的1800平方米升降舞台工程,大剧场坐席区可容纳观众1000人;东侧的两个小舞台,可分别容纳观众200余人。巧夺天工六色超薄膜拼出多彩屋面“妫汭剧场是全国**多色彩ETFE拼图膜结构建筑。”提起建设的亮点,北京建工集团妫汭剧场项目负责人刘长宝首先向记者讲起了多彩的屋面。妫汭剧场的钢结构屋面是由26榀伞状排布的悬挑钢桁架支撑而成,在拉索钢绞线的张拉下呈现出“蝴蝶展翼”的造型。屋面是一种厚度小于0.22毫米、呈透明形态的超薄膜。这种膜的*大 特点是透光率较高,仅仅在20%至40%之间,用于屋面结构可以起到“透光不透视”的效果,既可以*大限度利用自然光线,实现柔和采光,又可以避免五彩斑斓的色彩对人的视觉形成过分“喧闹”的干扰。“鸟巢、水立方也曾使用过ETFE膜,但都是单色的,妫汭剧场则使用了包括深红、深绿、橙色、蓝色、红色、绿色在内的六种色彩的ETFE膜。”刘长宝告诉记者,这种多彩色拼图的ETFE膜结构在全国还是首例。“值得一提的是,这些鲜艳的色彩不会随着时间的推移或者风霜雨雪的侵蚀而逐渐褪色,而是常看常新,始终鲜亮如初。”

量体裁衣般裁出每寸膜,刘长宝告诉记者,由于全球具备多彩膜结构生产能力的供应商极少,总面积5440平方米的ETFE膜,每一寸都来自海外,故而十分珍贵,一丝一毫都浪费不得。“经过反复试验后,我们发现,ETFE膜必须在4℃以上的温度环境中方能安装,低于4℃这个临界点,其延展性就会急剧减少,张拉的时候就容易被撕裂。”刘长宝谈起,3月初的延庆,晚上的温度依然不高,大家伙儿可谓是盯着温度计施工,抓住温暖的每分每秒。“由于妫汭剧场属于异型建筑,为了确保ETFE膜结构在安装时能**定位,我们还特别在屋面中架设了索网,以1.4米作为一个索间距,将膜结构划分为32个单元。”刘长宝告诉记者,由于每一榀钢桁架的标高和弧度均不同,就造成了铺设在两榀钢桁架之间的膜的尺寸和弧度也是各不相同。为此,测量员需要先在高空中将每一个测量点位都测出来,根据得到的坐标在电脑中利用BIM技术建模,然后再拿着建模后的尺寸数据去工厂裁剪,过程中一丁点儿的差错都会影响膜的平整度。


      32个膜单元中,每一个单元都至少由三种颜色组成,比如红+橙+蓝、蓝+绿+深绿,没有一个单元是单色膜。如何在高空中拼接出**的“两翼”?刘长宝揭秘,在工厂加工时,先根据设计图纸上的颜色排布,焊接出一个一个的多彩单元膜,然后由工人在屋面上进行现场组装,色块与色块之间的接缝都要一一对接上,“一个膜单元的安装,至少需要15个工人齐心协力方可。”一人一天“织”2.6平方米网相比于色彩斑斓的屋面,彩色蝶翼下方的吊顶并不太引人注意。然而,这里却是所有工序中*耗时、也*体现耐力的地方。

刘长宝介绍,为了让蝶翼栩栩如生,妫汭剧场采用了铝合金丝勾花网吊顶,通过不同的开孔率来仿造蝴蝶羽翼下的复杂脉络。“总面积9850平方米的铝合金丝勾花网,都要依靠工人手工拼接而成。”刘长宝介绍,他曾粗略做过统计,50个工人勤勤勉勉地安装了两个月,才拼接出约7800平方米的铝合金丝勾花网,相当于一个工人干一天下来,平均只能完成2.6平方米。

奇思妙想花开蝶舞符合山水意境流连于山水间的彩蝶,是三座核心性建筑中*具灵动性的一座建筑。“北京世园会是一个以景观为主题的园区,妫汭剧场所在地周边恰巧又有一片花海。如何让建筑*契合地融入山、水、湖的自然景观之中?”中建院**建筑设计师、妫汭剧场设计负责人徐超揭秘,*初,设计团队就确信,常规的硬朗造型显然不适合山水的意境,“*终,我们想出了‘花开蝶舞’的造型,用一只自然的、飘逸的蝴蝶造型,来展现建筑的亲和与灵动。”徐超说,通过“花开蝶舞”的设计,她希望妫汭剧场首先是雅俗共赏的。“蝴蝶是大家*熟悉的一种昆虫,是通俗的;而立面图的大树的形象,则充满着包容性,是雅致的。”其次,她也希望到了夜间妫汭剧场是流光溢彩的,故而在设计中引入了彩色的ETFE膜。当夜景照明打到建筑骨架上时,能透过彩ETFE膜,变幻出明丽的色彩。勾花网吊顶体现工匠精神科技感之外,设计团队也不忘在建筑中增添匠人工艺。徐超告诉记者,为了让蝶翼能够栩栩如生,妫汭剧场在设计中特别引入了铝合金丝勾花网吊顶,让整个建筑既有钢结构骨架,又有膜结构的绚丽外衣,还有勾花网的细节脉络。“铝合金丝勾花网采用的是传统的手工编织技法,需要工人们通过手工操作钩编成型。”徐超介绍,从构造上来说,铝合金丝材质的吊顶重量较轻,结构负荷小。但因为妫汭剧场属于不规则的异型建筑,工人们需要首先利用三维立体建模的新技术,去确认每个测量点的标高和两个测量点间的弧度。然后,再通过“编织”技法,将铝合金丝钩编成网,“这样,现代科技和传统手工做法就碰撞在了一起,也是想表达建筑中的工匠精神。”


      如数家珍组成美丽翅膀的ETFE膜,总面积有5440平方米。按单元划分的话,总共可分为873块。这873块中,*大的单块膜,*长边长是8.235米,面积为309平方米;*小的单块膜,*短边长是0.359米,面积为9平方米。粗略统计,9850平方米的铝合金丝勾花网上,共绑有52000个扎带,每一个扎带需要用工具钳手工旋拧2下,也就是说,10.4万次手工操作才能呈现出栩栩如生的蝴蝶脉络。


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