上海天文馆：“三体”结构让建筑成为“天文仪器”

图说：天文馆全景 新民晚报记者 孙中钦 摄（下同）

　　 要说上海最近热门的“打卡”地，上海天文馆一定稳占前三名。除了精致的展品，其建筑本身也是一件精密的“天文仪器”。上海天文馆项目中方设计总负责、华建集团上海建筑设计研究院总建筑师刘恩芳介绍，上海天文馆由华建集团上海建筑设计研究院与ennead建筑设计事务所联合设计，设计出发点是以建筑语言来表达天文学概念，运用轨迹、球体、曲线、悬浮等手法，创造出独特的建筑形态和空间，让人漫步其中，处处可以体验到天文现象。

　　 用建筑语言来讲述天文学

　　 从上空俯瞰上海天文馆，主建筑以优美的螺旋形态构成“天体运行轨道”，而整个建筑群通过弧形轨迹的路径，像星空一样分布在大地上，独立而有机，构筑了建筑与周边场地的呼应。刘恩芳举例道，设计团队巧妙地调整天文馆球体与滴水湖的比例，正好映射了“地球”和“太阳”的关系。

　　 漫步在天文馆内，环形而上的步道、“漂浮”在空中的球体，处处打造“悬浮感”，拉近人与宇宙的关系。在华建集团上海建筑设计研究院结构总工程师、空间结构院院长李亚明看来，上海天文馆是一个空间复杂的场馆，要放置的元素很多。而最大挑战来自于结构体系与材料的选择。馆内独具特色的圆洞天窗、球幕影院和倒穹顶三个圆形元素构成的“三体”结构一直被人津津乐道，然而在设计建设中，这些都给结构工程师们带来了极大的挑战。

图说：圆洞天窗

图说：倒穹顶

　　 圆洞天窗位于天文馆主入口的上方，圆洞的倾斜角度与太阳的高度角相对应，穿过“圆洞”的日光在下方广场上形成光斑。随着时光流逝，光斑在广场和倒影池中移动，让参观者感受到时间变幻的光影。圆洞天窗配合特殊的地面铺装形成了一个简易的日晷，实现了建筑本身成为天文观测装置的设计初衷。

　　 圆洞天窗采用悬挑结构，上方是主展览的二层展厅。在悬挑距离超过40米、跨度超过60米、相当于4个标准的篮球场的范围内，下方没有一根柱子或其他支撑结构。李亚明说，大悬挑大约2000吨的主体钢结构支撑都在两侧钢骨剪力墙上。由于跨度过大，在悬挑端部，结构会带给人群明显的振动感，对于观展体验和结构安全都非常不利。“经过计算，结构工程师安装了10个1吨的质量调谐阻尼器，通过现场调校阻尼器的频率，来‘吸走’主结构的振动能量，确保展厅使用的舒适性。”

　　 异形曲面建筑背后有神秘推手

　　 球幕影院之所以能打造成“漂浮”在空中的球体，靠的就是球体侧面6个支撑点来“拉”住混凝土壳体。李亚明告诉记者，说说简单，但6个支撑点的位置以及荷载能力，都是靠计算机严密的分析，以及不断实验论证出来的。

　　 为了重新创造一个地平线，让天文爱好者不受任何周围建筑物的干扰，来观察斗转星移的倒穹顶，则是一个观星平台。为了实现这一设计理念，结构设计师们设计了3个巨型混凝土柱，布置成倒锥形，然后在椎体顶部和中部设置两道环梁，形成了一个稳定的倒锥台。之后则在顶部设置一个倒置的铝合金网壳，轻轻托起倒穹顶结构。

图说：球幕影院

　　 上海天文馆造型奇特，几乎没有一面墙、一个屋顶是平直的，这样一个异形曲面的建筑究竟是如何落地的？设计师们用怎样的方法才能让建筑工人们用最短的时间建造出来？李亚明说，这全部得益于一个神秘推手——BIM技术。所谓BIM，就是建筑信息模型，也就是在计算机里，通过设计软件，搭建好一个上海天文馆的模型，将建筑设计、结构设计、机电设计统统融入到一个模型中，综合解决问题。

　　 BIM技术是全生命周期的应用，不仅在设计中发挥了极大作用，而且在施工中通过动画的形式，把施工流程“手把手”教给建筑工人，保证建筑的精准落地。建筑建成后，在BIM模型的基础上，可建立IBMS可视化系统平台，通过这个平台进行耗能管理，可以对公共照明、泛光照明进行控制，进行智能水电表远程监测，能源统计等，达到节省人工和成本的目的。

　　 新民晚报记者 裘颖琼