设计作品 WORKS OF DESIGN
从疑惑到实现
—广州歌剧院设计实施之路
张桂玲
扎哈·哈迪德塑造的广州歌剧院—“圆润双砾”与亘古流淌的珠江水相得益彰，但其超越传统建筑概念的不规则、非线性的建筑形态和空间也为实施设计带来了巨大的挑战和不确定因素，因为从外到内很多设计做法没有先例，无章可循。2004年10月，在业界一片对方案实现可能性的疑虑与担心中，扎哈·哈迪德建筑师事务所与国内配合设计单位珠江院面对着种种难题，共同踏上艰辛的设计实施之路。
业的“重工业”，现代大型观演建筑项目是各专业团队精诚合作的成果，除了好的创意，还要有各专业的技术配合。目前设计分工越来越细，项目专业合作方越来越多，也趋于全球化，建筑师所要协调和沟通的工作更加复杂，观演建筑设计涉及约20多个专业，如：建筑声学、隔声降噪；舞台机械、灯光音响；视线分析；标识系统、室内装修；泛光照明、景观环境等。不同地域或国家的设计团队之间的合作，给设计管理协调带来一定的困难，但网络技术等信息科
1 合作界面划分—冲突与和谐
广州歌剧院的设计实施过程中，由于双方的文化背景、设计思想与方法等巨大差异，必然有一个痛苦的磨合期，经过5年多的设计建设过程，从最初的误解、争执到后来的理解、和谐，最终打造成一个团结合作的“Team”。具体工作界面划分为：扎哈·哈迪德建筑师事务所负责总体效果，建筑专业的方案及初步设计；广州珠江院负责配合方案深化及初步设计和施工图设计，以及其它相关专业设计团队的整合和管理。为了合作更加顺畅、控制效果更有力度，扎哈·哈迪德建筑师事务所从方案深化开始就派驻多名建筑师到珠江院共同工作，因此本项目的设计效果一直由英方主导，特别是饰面材料和空间形态，而中方主要是技术支持，如国内法规、观演功能、各专业的协调和综合等，并完成各阶段、各专业的技术图纸。
3 设计方法创新—超越与实践
现代数字化技术在观演建筑设计中的运用，使非线性、扭曲面等以前难以计算和分析的问题都迎刃而解，空间也可不必受形体的约束，虚拟现实技术的发展，为建筑师的想象力提供了更强大的技术支持。新结构、新材料的出现，使建筑师可比以往更随心所欲地设计各种形式的形象和空间。广州歌剧院设计
2 设计团队整合—协调与沟通
观演建筑功能独特，专业繁多，技术复杂，被许多同行戏称为建筑设计行
建筑学报2010.8 ARCHITECTURAL JOURNAL动态的新型建筑空间形态。梦幻般的曲面造型和溢彩流动的室内空间，呈现出与欧几里得空间全然不同的地景式的建筑形象。同时由于建有精确的电脑三维模型，各专业可以在虚拟空间集成，防止错、漏、碰等情况出现，并能为施工与加工的深化设计提供重要依据。
4 设计难点突破—攻关与实验4.1 钢结构与外帷幕系统塑造独特形体
广州歌剧院的建筑形态完全了传统的结构形式，屋盖、幕墙一体化结构呈空间不规则折面组合型体，设计命名为“三向斜交网格组合折板式单层网壳”结构体系，此结构与各层钢筋混凝土结构水平楼盖完全脱离。
大“砾石”歌剧院钢结构由个空间倾斜的三角形或四边形平面组成，相邻两个平面间夹角最小为79°,最大为177.5°，面与面相交形成104条空间棱线，棱线相交形成41个空间角点；小“砾石”多功能剧场共37个面，54条棱线和18个转角，平面夹角43.9°～174.1°。每个钢结构面与建筑型体的组成面一一对应。
钢结构棱线上布置杆件形成所谓的“主梁”，主梁相交的节点是本工程最大的难点。节点处相交的杆件最少6根，最多达到10根，杆件空间以任意角度相交，夹角最小仅10°,由于杆件截面较大导致杆件搭接的范围很大。建筑效果要求幕墙对节点进行双曲面倒角，节点必须相应地进行倒角以保证幕墙体系的设置空间。常规的焊接节点很难满足设计要求，一方面由于节点造型奇异而难以实现，节点内的加劲肋无法施焊；
技的发展使人们更多更快地接受和传递信息成为可能，使相互沟通和协调变得快捷可靠。广州歌剧院设计团队就是一个多国家多地区的国际团队，如声学设计邀请了国际著名的澳大利亚马歇尔戴声学有限公司担纲；而舞台机械、灯光音响由中国有色工程设计研究总院承担。这种团队的管理需要大家的理解与默契，这也是完成多项观演建筑设计后的相互信任与支持，而设计总包方的管理经验与预见性也是很重要的。
超越了建立在静态三维几何学上的传统建筑空间观念，通过“犀牛”(Rhino)等设计软件，探索复杂、塑形、、
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另一方面由于焊缝的大量密集造成力学性能上的缺陷无法避免，最终采用了铸钢刚性节点解决了这一难题。铸钢节点是在工厂通过模具制作、现浇钢水制造而成，能实现各种复杂的造型一次成型，避免节点内部焊接工作及其带来的受力隐患。
广州歌剧院是一个非几何形体设计，大小“砾石”各由数十个平面组成，平面间相交倒圆角形成单曲面，单曲面相交形成双曲面，外帷幕系统的石材或玻璃除单个平面内的分块会有相同大小以外，面与面之间的分块均不同，单曲、双曲面的体块更是不可复制。幕墙完成面与结构面的距离为650mm，由于石材幕墙是开放式的，此空间解决了一系列的支撑、排水、防水、保温问题；沿用技术成熟的节点做法，屋面比较平缓的面采用防火玻璃棉保温，上面覆盖铝镁锰刚性防水板；而比较陡的面及立面，则采用阻燃性聚氨酯发泡保温层，上面铺贴三元乙丙橡胶防水卷材。明框式玻璃幕墙体系，三角形的玻璃分块延续了建筑的整体风格。
4.2 清水饰面混凝土营造典雅灵动的“灰空间”
构成公共“灰”空间的一系列以曲面、斜面、曲线为主元素的立柱、天花、坡道、栏板，斜墙等建筑构件采用清水饰面混凝土浇筑成型。如此大量并且异形的清水混凝土现浇施工，在国内是尚无先例、尚无国家验收标准的。清水饰面混凝土施工工法是一次成型，不做任何外装饰，直接采用现浇混凝土的自然色作为饰面，要求混凝土表面平整光滑，
色泽均匀，无碰损和污染，对拉螺栓及施工缝的设置应整齐美观，且不允许出现普通混凝土的质量通病。
实现的第一步是设计各专业的整合及工程图纸的准确表达。首先由建筑师建立准确的三维模型，然后转化成建筑设计工程图纸提交给结构及设备专业，后者把设计布置完毕的专业图纸反馈给建筑专业。在此过程中，互相讨论反馈少则三四个回合，多则十来个回合；孰轻孰重，设计师们必须衡量，既不得破坏整个空间的观感，又不得不考虑建筑的安全性及使用性；必须由各方建筑师及结构、设备工程师达成共识后，修改出能反映各专业条件的完整三维模型，然后绘制各类建筑构件尤其是不规则曲面构件的施工详图，各个部位的结构布置详图及设备系统和管线综合等施工图纸。由于各构件采用的是清水饰面混凝土现场浇筑，施工完毕不做任何包饰处理，这就迫使建筑专业要绘制近乎机械零件图似的放线图，斜墙、斜柱、栏板、三向斜交梁、三角凹槽造型甚至于电箱洞口都不得有误，否则影响往下的一系列施工工序。
图纸完善后，设计对施工单位的第一步要求就是根据放线图纸进行模板深化，由于本工程多用阴阳角模板，为确保构件成型的棱角方正、大小面顺直、接头规整，还须计算模板的支撑及对拉螺杆设置，保证模板的良好刚度和拼接严密。在此过程中，根据选用的模板形式及具体的部位，设计要协助解决清水混凝土前后浇筑的衔接及留缝问题。经过多次的专家咨询会议及反复的研究讨
论，设计协助业主、监理 、施工单位拟定了广州歌剧院工程饰面清水混凝土施工工法，并以此结合确认的样板效果作为验收依据。
设计要求施工前必须按1∶1比例浇筑斜墙、斜柱、栏板、三向斜交梁、三角凹槽造型等各种类型的清水混凝土样板，各参建单位均没有制作异形清水混凝土构件的经验，经过几次试验改进，综合样板的制作经验，总结出完整的施工方案及验收标准，大面积的清水混凝土浇筑开始进行。
尽管过程非常艰苦，但广州歌剧院的清水饰面混凝土建成效果基本达到了设计预想。清水混凝土是一种可塑性极高的材料，非常适合建造由曲线、曲面构成的建筑空间；具有与自然界同质的朴素，亲和性很强；另外，虽然清水混凝土的单价比普通混凝土略高，模板的制作费用也高于普通标准模板，但混凝土构件的完成面也是建筑的最终饰面，省却了天花、立柱、坡道、栏杆等额外饰面装修工程，工期也节省了，经济效益的优越性就显示出来了。4.3 一流的自然声学效果
1800座的主观众厅共3层—池座和两层看台。主观众厅打破了传统剧场矩形、钟形、马蹄形等形式，采用多边形平面的概念，首创不规则的“双手环抱形”观众席。池座两侧的升起部分和楼座挑台的“交错重叠”，犹如双手环抱，在观众厅内产生独特的“行云流水”般艺术效果，活跃了空间气氛。主持广州歌剧院声学设计的是国际声学界最高奖“塞宾奖”获得者—国际声学
清水混凝土斜墙及坡屋顶放样平台三区清水混凝土天花放样
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设计作品 WORKS OF DESIGN
大师马歇尔先生(Harold Marshall)称广州歌剧院是他梦寐以求的观演厅堂。
不规则的体形设计为声学设计不但带来惊喜,也带来了挑战。为了获得第一次反射声和混响声的平衡，反射声在空间内的合理分布以及合理的声反射序列，经过声学设计的多番计算测试，结合建筑设计的反复修改，并制作了一个1∶100的小模型来进行声反射的初步测试研究，终于得到了一个能延续扎哈·哈迪德建筑风格，计算机模型声学测试又能达到设计理想值的厅堂。观众厅内表面看起来很随意没有规律可言，但没有一块是随意确定的，深化设计及施工中不可以任意改动主观众厅内的墙、天花板、看台边缘和观众席的分割拦板等的几何形状，除了座椅外，内表面基本上是一个声反射表面。
接下来就是声学缩尺模型试验，设计要求严格按1∶20的缩尺比建立观众厅和舞台的声学缩尺模型，模型界面用GRG材料制作，GRG石膏预铸件是观众厅墙面及吊顶主要装修材料。初步测试发现，多数测点的声场均满足要求，但其中有6个测点的脉冲响应存在能量较集中的长延时反射声。三维模型必须进行修改，声学设计建议在舞台台口两侧墙面、天花的某些部位增加了扩散构件。重新测试修改后的缩尺模型，各测点的声脉冲响应终于达到较满意状态。声学缩尺模型试验结果为歌剧院的声学设计提供了科学的依据。声学设计也建立了室内声场三维计算机仿真模型进行声场分析。这些技术措施保证了大剧院的优良音质。
广州歌剧院的设计体积为15000m3，每座容积8.3m3，共1800座，乐池面积110m3，可容纳3管乐队。声学设计目标确定为中频满场混响时间1.4￣1.6s，明晰度C80≥+2dB，强度指数G≥+2dB，背景噪声设计值不得大于NR20。
竣工后，歌剧院进行第一场试演，由华南理工大学建筑声学实验室进行了
建筑学报2010.8 ARCHITECTURAL JOURNAL完整的声学测试，声学测试结果表明，大剧院中频满场混响时间为1.51s，背景噪声为NR-20，达到设计目标。其它参数也均处于优选值和允许值范围，表明音质良好。广州歌剧院的演出效果，足以与世界一流的大剧院相媲美；首场演出，与会观众和音乐界人士都对其优良音质给予高度评价。4.4 功能转换灵活的舞台机械
大剧场舞台机械设备配置能满足各种大型歌剧、民族舞剧、芭蕾舞剧、大型交响乐、大型综合文艺节目的演出要求，同时兼顾话剧、戏曲等其它类型演出。应用先进、适应性好的机电技术，使得舞台机械设备不仅具有运行平稳、定位准确、同步运行精度高、噪音低等特点，而且在运行速度、空间位置变化上丰富多彩，操作上推、拉、升、降、转的各种功能组合变化更加灵活、快捷，形成机械与艺术的完美统一。
“品”字形舞台的工艺布置形式中，后舞台的下方设有两层台仓，净空低，空间利用合理，一层存放可倾斜6°的芭蕾舞台板，另一层存放冰舞台板。左、右侧台各6块无导向侧台车台，最大程度上保持了舞台面的完整性。对于剧场设置数量最多、利用率最高的台上吊挂设备，充分考虑了绿色低碳、节能降耗，按照演出实际的需要，设备选型上采用上调频技术手段，使得机械设备既能满足演出的需求，与国际国内同等规模剧院的设备功能相当，而机械设备总体装机容量又下降。根据国内剧场使用习惯，观众厅前部上方配置了台口音箱吊机，不同的是音箱口的盖板采用机械控制开关，当音箱不使用时，盖板下翻关闭，台口上方声反射板恢复完整，保证观众厅整体建筑效果及声学需求。厅内配置现场调音转换台，实现现场调音位和观众席座椅能够随时切换，方便演出使用。
多功能剧场演出设备的配置满足小型话剧、音乐会等各种形式的演出。其舞台机械设备采用气垫技术，满足剧场功能的快捷转化，台上的吊挂设备布置、
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选型合理，方便小型音乐会、话剧、戏曲及会议等其他使用功能的需求。小剧场还可变成T台举行发布会，同时还是国际上为数不多的适合上演“黑匣子”剧的剧场之一(黑匣子剧：剧场内四壁全为黑色，观演距离很近，方便表演者与观众交流)。整体装饰风格与设备配备，在国内同类剧场中极富特点。4.5 浑然一体的室内空间
广州歌剧院的室内也彻底地贯彻了扎哈·哈迪德的设计理念。借助大面积的玻璃与室外景观内外交融，延续建筑外观灵动流畅的设计风格，室内以充满视觉张力的作法来处理墙面及顶面，构成功能交织、景观渗透的动态空间。大量的平面、斜面、曲面构成的墙面、天花、栏板、取景窗，犹如流过砾石的珠江水，时而平缓，时而高潮迭起，但不留一丝痕迹。
如何塑造如此飘逸灵动、充满梦幻意境的室内空间呢？像室外那样选用现浇清水饰面混凝土难度太大，室内大量的设备管线不允许预埋，特别是暖通风管。面对已经建立起来的三维模型，设计先后选择了实体面材和GRG去做比例为1∶1的样板。实体面材是以纯亚克力为原料制成的一种人造石材料，表面光滑，强度、硬度较高，能热塑成各种大小形状的构件；GRG的全称是预铸式玻璃纤维加强石膏，广泛用于声学要求较高的演出厅堂，能实现自由曲面，且具有较好的强度及抗冲击力，其不易变形。由于声学要求，观众厅内采用了GRG挂板，且厚度较一般常用的大，行云流水般的观众厅内墙，是没有规律可求的。根据样板的制作，前厅则采用较薄的GRG挂板。这种材料实现了设计“流水经过，不留一丝痕迹”的想法，完成后表面不留任何接缝，实现了大尺度、流畅、扭动且表面光滑无缝的大体块构成。■
作者单位：广州珠江外资建筑设计院(广州，510060)
收稿日期：2010-07-12
