西岸人工智能峰会B馆
[韩力]HANL1.3[金晋码]INI [张准）ZHANGZhun2[袁烽]PEYan
作者单位
2和作结构建筑研究所（上海，200232 1创盟国际建筑设计有限公司（上海，200433）3同济大学建筑与城市规划摩院（上海，200092）
收稿日期
2018/12/18
国家重点研发计划资助项目（2016YFC0702104)国家自然科学基金项目（) 国家自然科学基金中德科学中心国际合作项目(GZ1162) 上海市科学技术委员会项目(17DZ1203405 18DZ1205604)
DOI: 10.19819/ cnkLSSN0529-139.202003027
建筑工业化通过现代化的数字制造.物联运输.精准安装和科学管理的生产方式来代替传统建筑业中分散的，低水平的、低效率的手工业生产方式，以推动建筑产业的革新与升级.在建筑工业数字化的最新发展下，建筑的建造过程将环境数据.设计数据，建造数据基至后评估数据加以整合，以实现设计与建造过程中的数据流的无缝连接，这一转变不仅带来了 建筑物建造模式的改变，而且深刻影响和改变了建筑设计流程和建筑师的计与建造中，我们探索了数字技术所具备的巨大可能性.在这里“定制化”即特定场所的建筑在时间.空间限制下的合理“设计解”.又指非标准构件和自由曲面网壳几何的合理建造实现，这种双重合理性体现为一种新唯 物主义哲学下建筑，结构和材料的完美物化.
1轻质介入：绿色滨江的“旧”与“新”
场地位于上海徐汇被称作“西岸”的后世博时代滨江区，这里替是中国近代民族工业的发源地，在以“打造迈向全球城市的卓越水岸” 为目标的区域发展战略下，西岸滨江被打造为大规模艺术、文化，时
摘要
关键词
以上海西岸人工智能峰会B馆为例，从结构体系选择、结构优化策略、创新节点设计、一体化装配设计与建遗过程，体现了数字设计与建遗技术对 建造4个方面探讨了钢木混合网壳结构的定制化当代建筑实践的影响.项目的设计与建造过程以数字技术作为支撑，以时间和空间限酬作为推动阅设计的一体化整合. 因素，实现了网壳结构的材料、结构、建造和空
钢木混合网壳结构：结构性能生形：轻型结构：数字工厂：数字建造
Customized Design and Construction of LightweightComposite Wood-Steel Gridshell StructureVenue B for World Artificial Intelligence Conference in West Bund
ABSTRACT
Using the construction of Venue BforWorld Articial Intelligence Conference West bund Shangha as anexample this paper introduces the customized designand construction of posite wood-steel gridshell structure infourregards structural systemselection ufisap xujof ngexouu X6ogeqs uogezwdo einons integrated assembly construction and explicates theimpact of digital designand construction technologies onp qpodds d d technologies and drven by spatio-temporal restraints design and construction of this project realize the integratin fmaterial srctue construtiandsldesign.
KEY WORDS
posite woodteel gridshell sruture strutualperfomanebased desig: ightweight struture digalfactory digital fabrication
尚、科技，创意聚集区，旧工业厂房被置换为文化和艺术展示空间.在以人工智能为驱动力的新一轮技术与产业变革下，西岸启动了上海人工智能产业集聚区建设，并迎来了2018世界人工智能大会的举办，西岸人工智能峰会B馆建设项目为满足大会的会议空间需求而设立，在接受项目委托后，我们认为在云集最新智能技术的会议场馆，应该 同时以建筑本身展现技术为未来建筑带来的可能，而项目最大的限制来自时间：场馆的设计与建造仅有100天时间.限制带来了挑战的同时也意味着机遇，我们从整体思路上打破了传统会展建筑的建造方式，以预制装配的轻型结构作为解决方案，实现轻巧的城市空间营造.
连自然扭转得到，2个三角形庭院由会议空间围合而成，建筑以打散 场地布局上，会议空间通过3个模块装配的矩形轻铝排架首尾相的体量积极回应了滨江密路网，小街坊的空间规划，与周围城市肌理取得了较好的关系（图1).整体空间布局呈现出一种通用性，使建筑可以灵活适应未来展览，峰会，论坛等使用功能的需求：3个主要功能空间既可以单独租用，又可以连通使用：庭院既可以作为会展活动 的展示及休息空间，又可以作为建筑面向城市开放的口袋公园，
三角形庭院屋顶以大跨度的轻质钢木混合网壳作为结构，其上覆盖聚碳酸酯中空板以实现一个有遮藏的半室外庭院空间.庭Union一造科技团队设计和制造的机器人3D 院空间打造了高品质景观，并放置了Fab-打印咖啡亭，木构屋顶的温暖覆盖使得庭院空间独具吸引力，其呈现的物质感消解了轻铝结构的临时感，提升了整体空间品质（图2.轻质屋顶的结构与覆盖均通过预制装配实现， 可以最大程度减少建造过程对周边环境的干扰，使得不同分项工程同步推进成为可能.
2数字木构网壳：数字技术体系化设计
大跨度空间，但其双曲面几何为结构的设计 网壳结构可以通过起拱实现通透轻巧的与建造带来了挑战，团队多年在数字木构方面的探索为大跨度木构网壳的实现提供了支持吧，在平衡建造工期与空间效果后，最终选择了整体空间网壳的形式加以深化.
网壳的结构性能生形设计可以利用Rhino Vault 插件.Grasshopper 平台的Kangaroo插件等工具实现，这些工具集成了结构性能生形算法，通过输入条件与力学参壳曲面形式找形.在算法工具辅助下，设 数相关联，可快速地实现基于结构高效的网计更呈现为一个对合理“设计解”的判断问题，在空间上，三角庭院空间被两侧的矩形会议空间所限定，网壳既要实现与轻铝排架协调的几何形态，又要保证支撑结构与两侧排架柱网相适应.通过多次比较优化，网壳选择
了以三角形几何边界为力学边界条件，在参数模型的调整下快速实现了网壳空间形态，支撑条件，几何布线多元最优下的合理解.
网壳边缘实现网壳几何的局部调整，尽管局 在结构形态设计的基础上，以平面干涉部调整影响了网壳的最优结构形态，但凸显了轻质网壳的源浮感，并体现了网壳结构与轻铝排架结构两种不同元素的交接关系.网壳的竖向支撑钢柱以一种消隐的状态置于三 角网壳外圈，并通过柱顶节点的设计进一步强化网壳的漾浮感.找形和优化下的结构形态不仅实现了理想的空间，同时其平缓的曲率有利于构件的加工与结构的建造.
3钢木混合设计与结构优化
如何实现水平力平衡是起拱网壳设计的一个难点，通过斜向支柱作为支撑系统化解网壳屋顶产生的水平力是常见的方法，如同济大学大礼堂的网壳屋顶与支撑系统，但斜较为相壮（图3）：弦支拱壳的方式可以实现 向支柱的方式需要占用大量空间，支撑结构网壳水平力的平衡，但下弦拉索会影响空间的净高.由于网壳屋面找形时屋盖系统与支盾，周边桁架水平拉索的水平力平衡方式 撑系统相分离，需要一套统一的逻辑化解矛对结构找形形态的适应性强，可以实现轻巧的形式和通透的空间，钢木混合材料的设计策略为矛盾的化解提供了新的思路，木与钢在材料受力上的相似性与构件节点互通性，使二者具有材料与构件高效协同的可能，为
设计开拓了创新的可能性.
通过不同方式的数字模拟与分析.建筑师与结构工程师共同推进方案设计并完成了构件，三向交叉构件.拉索的有序布置，以 钢木混合网壳的构件设计，实现了双向交叉主庭院的网壳结构屋顶为例：网壳主体为双向交叉木梁，木构网壳产生的水平力通过外圈的钢桁架和角部的3根预应力拉索平衡，预应力拉索对应的木梁改为钢曲梁，与外圈钢桁架 和角部钢曲梁相接的部分木梁置换为钢梁，网壳中部增加部分对角线方向的木构短梁以增强结构性能（图4.在构件设计方案下.材料分配与网壳几何形式实现了协调，屋盖整体稳定性增强，竖向刚度和承载能力得到了改善，空 间、结构和建造的多元诉求得以满足.
网壳屋盖通过钢木混合设计，在复杂的力的平衡中实现了连贯的形式和丰富的空间.钢梁与外侧水平钢桁架通过木包钢进行处理，在双重遮藏（masking of the mask) 下呈现一种整体的空间延展和艺术氛围.同时，结构系统和主次空间可以被清晰阅读：提供水平约束的桁架和拉索结构在呼应网壳几何韵律的同时呈现出异质形式.中部短梁凸显了网壳屋顶的中心空间，与其下3D打 印咖啡亭空间形成呼应.
4互承式节点的性能化设计
大跨度木结构的节点设计通常是其结构性能与结构表现的关键所在，面对该项目的建造时间限制和轻质的整体形式，我们探索
1建筑与周图城2底院空间 市肌理贤合
3网济大学大礼堂的网壳湿填和科向支康
4西岸人工智翁峰会主庭院钢木润合网壳结构设计
5佐林梅星离
了一种创新的木构节点设计，其不仅可以满 足结构性能和快速装配建造的要求，也实现了一种消隐的节点表达，从而实现了整个轻质网壳的空间品质.
网壳分解通常有两种方式：完整通长的胶合木曲梁构件可以实现通长构件方向较大 的节点刚度，但其加工建造复杂且耗时极长：在节点处将网壳分解为单段梁，连接节点刚度较弱，且构件和节点类型较多，相比之下，交错布置的梁可以实现每个节点在一个方向较错布置的网壳构件设计以佐林格屋面Zolinga 大的刚度，同时减少构件数量和安装难度.交roof，又称Lamella roof，图5为原型，这套以德国建筑师弗雷德里希佐林格（FriedrichZoinger)命名的木构单层网壳系统，其通过互承式的交错构件实现大跨度木结构.佐林格屋 面简单实用的特点使其沿用至今，但在建造中这一体系基本只用于柱面壳体或者球面壳体，在最新的参数化设计技术下，佐林格屋面可以快速实现对自由曲面网壳的拟合，而自由网壳由面非标节点的建造实现问题则是节点设计和优化的核心，基于减少胶合木用量， 增强现场建造消解误差能力.提高节点刚度3方面考虑，我们对佐林格屋面加以进一步优化：以直梁拟合网壳曲面，将单个直梁优化为由两梁（图6：同时，节点处双梁以对穿螺栓和现 个50mm厚的梁组合而成的竖向中空叠合双场开孔的自攻螺钉连接（图7.这个方案不仅可以实现自由由面网壳的快速精确加工及装配，也实现了合理的结构与空间：屋顶的整体重量大大减轻，分段构件在节点处的抗弯 能力得以增强，节点处的螺栓可以很好地隐蔽，网壳整体形式呈现出一种完整独特的简洁性.
经计算分析，木梁高度400mm即可以
满足受力要求，由于自由曲面的佐林格屋面 系统中每一个节点的搭接尺寸均不一致，建筑师基于参数模型对构件交接关系进行了分析，最终将木梁高度统一调整至500mm，增高的木梁可以保证梁端收口的必要高差，同制在100kg以内，以方便运输及现场安装. 时实现节点类型的优化，单根梁的重量被控基于Grasshopper的参数模型在方案调整中实现了一种灵活的适应性，并全面连接了设计数据与建造数据：虽然在设计优化过程中连接下，562个非标木梁的梁头尺寸和相应 几何参数在不断变化，但在参数模型的数据的开孔信息可以快速实现同步更新，结构优化、构件优化.节点优化过程中的数据变化可以得到及时，并直接指导工厂预制加工和现场装配.
5一体化装配建造
数字工厂快速.精确地实现了非标构件的快速加工制作，无论是木梁和木垫片铁削开孔，还是钢桁架.钢梁和异形钢柱的加工焊接，都通过数字模型完整的几何数据加 以统一，在工厂完成预制.
现场装配与建造过程中.首先进行了钢柱，钢桁架，钢梁部分的安装，考虑到以小料木梁实现自由曲面网壳装配的难度较大， 搭设了满堂脚手架作为木结构安装的操作平台和定位基准网格，并以全站仪跟踪测量以调整施工累计误差，现场装配与建造过程中，合理的设计大大提高了互承式网壳的场3一4个工人就可以搬运；巧妙的节点设 装配速度和精度（图8：轻巧的单根木梁现计使木梁在吊装和整体组合前就可以达到较高的安装程度，加快安装速度：以现场开孔
6以竖向中空叠合项梁的直果拟合网壳曲面
7西岸人工智能峰会锅木漏合网夷墙构节点图
2在地图银配钢值授件8互承式网亮装配图示
的自攻螺钉作为连接件，可以很好地消除现精确建造.钢拉索在整体结构安装完成后进 场工程误差余，实现自由由面网壳结构的行预应力张拉，之后进行卸荷以实现最终的网壳结构形态.
基于三维模型的数据指导，异形钢结构和木结构在一个月内完成了工厂预制，钢木 混合网壳结构及覆盖于其上聚碳酸酯中空板在一个月内完成了现场安装，最终在2个月的紧迫建造时间下完成了超过2000m²的异形单层网壳屋顶的建造工作.建造的顺利完成得益于以下原因：1设计阶段评估了相关 制造属性，无论是初期结构方案，几何形态或是构件和节点的深化设计，均指向现场快速建造的实现：2探索了一种以模型数据作
1-1B
为形式，结构，预制加工和现场安装媒介的方式：3合理的预制和装配策略也保证了建造的顺利实施.
6总结：一种新的可能
在时间与空间的限制下，西岸人工智能峰会B馆钢木混合网壳体现了新技术带来的 可能，以0.5m高的木梁实现了跨度40m的空间，是目前世界上单元材料最省的互承式钢木混合异形网壳.这次实践也让我们进一步思考了建筑工业化和数字技术在建筑设计与建造过程中的无限潜力.新一代数字设计 工具可以以较快的运算速度，较高的精度和良好的交互性实现性能信息的指导和，从而打破传统的“材料一结构一形式”的
设计工作流程，实现造型、结构，构造、材料的相互融合和整体思考.
随着数据平合逐渐打通，建筑师与结构高，并在可视化模型的下以一种更高效 工程师在设计过程中的数据交流题次会更的协作方式推进设计，同时，设计平台与建程的控制”.建造实践的创新边缘正在被推 造平台接轨可以进一步增强设计师对建造过向更广阔的天地，而传统意义上的设计建造 二元逻辑也将被改写.
项目名称西岸人工智能峰会日馆设计单位上海创盟国际建筑设计有限公司 建筑萨袁峰设计2018年47月
地点上海市汇区龙腾大道坡工2018年8月
韩力，金画碳，林晶、黄金玉、张啸（建筑），张准、 设计图队试发路，黄涛、王确（培粉），何模孜，唐静落（室内） 俞英，王勇，魏大卫（机电）
业主上海西岸开发（集团）有限公司
数字建上海一造建筑智能工程有限公司
建筑直积885m² 基地面积14458 m²结构形式钢木湿合结构，轻铝排架热构
参考文献
们张降，智能建造引导下的建筑设计[C]数字技术-建筑全生合周期-2018年全国建筑院累建筑数字技术数学与研究学术硬讨会论文 .2018: 418-422.2] PICON A Achiecre andthe Vtust Towers NewMily(2 Prs 2011: 107111阿袁降，菌华，机器人木构工艺，西部人居场 境拳刊，2016 316 1-7袁降，数字化结构性能生形研究月，西部人属 环境学刊，2014间：6-12间史永高，森低尔建筑理论述评司，建算师， 2005(6|: 51-64.袁降，乘华，张啸，基于建筑机圈人的木结构 建筑小推量定制化生产模式探索，建筑结构，马立，基于并行工程的当代建筑建通须程研究 2018(10): 30-55.[D]天津：天津大学，2016
图片来源
图1：业主上海西岸开发（集团）有限公司提供图3:htpwwikku.cnpt/a1590 图2:田方方摄影图4. 6-8:设计团队经制，拍摄 图 5 htps://sbp.de/en/themes/dganos右:： Lamela_Roof
