【参建】从高铁站设计说结构单元体与空间塑造

近年来，中国铁路大发展带来了新一代铁路旅客车站的建设高潮。尤其随着高速铁路的发展，动车车次加密，旅客等候时间变短，旅客候车模式由“等候式”向“通过式”转变。候车模式的变化，带来候车空间的变化。传统的单个相对独立和封闭的候车厅逐渐消失了，取而代之的是包含候车及多种旅客服务功能的一体化大空间。开敞的开放的大空间，成为旅客自由活动的大客厅，是我们进行铁路旅客车站设计的关键。

建筑创作构思与立意——空间形态与结构形式——适宜的建造技术，三者形成清晰的逻辑关系，我们称之为“意、形、技”。现代建筑技术为我们进行空间营造提供了多种可能性，通过不同结构形式的比较和选择，创造极具个性的公共空间。过去的十年，我们设计团队完成了一大批铁路旅客车站的设计。在设计过程中循序渐进，我们把“意、形、技”的逻辑以各种不同的空间形态呈现出来。在尝试和实现过多种大跨度结构之后，我们发现，铁路车站的主体空间采用结构单元体的形式，更能实现良好的舒适性和与众不同的空间体验。

01、单元体的概念

何谓“单元”？在现代汉语词典中，对“单元”解释为:“整体中自成段落、系统，自为一组的单位”。“单元”在形态学中通常定义为：重复的、较小的形体，具有或不具有变化，被作为基本单元所涉及以形成一个较大的形体。与此同时，“体”的概念重在强调空间独立性、体积感与尺度感等。在这样的组合模式之中，单元作为最基本的元素，在空间中按照分节秩序的方式进行排列组合而形成“单元体”。

针对于建筑这一范畴，我们可以将单元体定义为：具有相同形状、体积或结构的一个独立体或独立的多个空间形体与构件的组合体，即包括单元空间、单元结构与单元形体。由单元体生成整体，是营造建筑空间的一种手法。单元体的形式相对简洁和完整，按照一定的方式重复排列，能给建筑带来丰富的空间和形式。

02、单元体的特征

2.1重复与变化

重复是自然界最普遍的现象，从日出日落，到万物生长四季轮回。在有序的建筑空间里，重复是组织艺术中最初始和最基本的手段。事实上，单个的物体往往不足以引起人们的兴趣，但当若干个相同或相似物体通过重复排列组合在一起，就能给人带来视觉上的冲击，即重复带来的“数量美学”。单元体在空间中的重复，呈现出极富表现力的韵律感。

单元体的重复形成秩序。美国学者R阿恩海姆在《建筑形式的视觉动力》一书中写到：“秩序必须被理解为任何有组织的系统在发挥功能作用时所必不可少的东西，而不管它是精神的还是物质的。所以一件艺术和建筑作品，除非呈现有秩序的模式，否则就不可能发挥作用和传递信息，无端变化是制造混乱的根源，重复代表着节制、纯粹、有序、有规律、整体性......。”荷兰结构主义代表人物凡?艾克则提出要发展“数量美学”，他的建筑就是单元体在重复规律下的组合，具有“迷宫式的清晰性”的特征。

2.2标准化营造

中国古代的木构架体系中，在平面上以“间”为单元，采取组合的方式形成了丰富多彩的建筑空间。北宋时期制定的《营造法式》将“材”作为造屋的尺度标准，“材”一经选定，整个木构架体系便得以确定。清代的《工程做法》以“斗口”为标准确定其他构件的尺寸，这样的做法将单体建筑简化为：以最小的单元为单位构成复杂的空间。

单元体自身的形式简洁并且可重复，构件可以采用标准化预制、装配式施工。在推广建筑“工业化”、大力发展“装配式”建筑的今天，单元体式建筑(结构单元体或建筑单元体）通过工厂化制作，现场安装的方式完成。标准化的营造，在节省时间、提高效率、保障施工质量的同时，还具有节能与环境保护的重大意义。

2.3广泛的适应性

铁路旅客车站、机场航站楼、展览中心等这一类公共建筑，其主体通常由开敞流动的大空间构成。对大空间采用单元化处理，把大空间化整为零，将结构体系分解为若干连续重复的结构单元，不仅大大降低了施工难度，而且能给人们带来适宜的空间尺度感和空间的舒适性，同时创造出独特的空间形态。单元体形式的确定，除了结构因素外，还需考虑不同气候环境条件下的适应性，以及各种材料的合理选择。在单元体中结合自然采光及自然通风的建筑构造技术，易于实现被动式节能，打造绿色建筑。我们通过对单元体的精细化设计，依托当代建筑技术，实现高品质的室内空间环境。

03、铁路旅客车站应用实例

3.1太原南站（已建成投入使用）

我们从2006年开始设计，到2008年完成设计的太原南站，是我国新一代高铁站房中第一个采用单元体结构形式的铁路车站，于2014年建成并投入使用。太原南站是石太铁路客运专线上最重要的枢纽站之一，是一座集铁路、城市轨道交通及多种交通换乘功能于一体的大型交通枢纽，总建筑面积为18.4万㎡。

图1  太原南站全景鸟瞰

中国现存最完整的唐朝木构建筑，几乎全部集中在山西。中国木构建筑灿烂辉煌的篇章——“唐风”建筑在山西得以完整保存。在太原南站设计创作中，我们对话历史文脉，重视地域文化的传承。太原南站站房主体汲取唐朝宫殿斗拱及飞檐的形象特征——并通过单元体结构表达，展现“唐风晋韵”的地域特色。在这里，我们的建筑创作立意，通过“单元体”这把钥匙，打开通往传统建筑文化之门。

图2  太原南站正面全景

图3  太原南站主入口

图4  太原南站外柱廊空间

太原南站主体采用独树一帜的钢结构单元体，由48个平面尺寸为36m×42m的“伞”状结构单元组合而成，每个单元由X形变截面钢柱+沿柱肢方向布置的大跨度悬挑钢桁组成，每个方向单侧悬挑长度达到30米，每个单元体的覆盖面积为1 512㎡。这一结构形式属国内外首创。

图5  太原南站候车大厅

太原南站的结构单元体，结合采光天窗、顶部风塔，成为建筑单元体，实现以被动式节能技术为主的绿色生态策略：结构单元体满足自然通风、自然采光及火灾发生时自动排烟的功能，同时具备建筑遮阳及吸声功能。从实际使用效果和现场实测结果看，室内空间的舒适度（包括声学环境）与传统车站相比大大提高，且节能效果明显。

图6  太原南站单元体（实景仰视照片）

图7  太原南站单元体分析图

“树”一样生长的钢结构体系为建筑空间的自由变化提供了可能性。太原南站在施工过程中，因为增加站场规模而引起了站房平面的扩展，通过增加两排单元体，设计修改及施工很容易地实现了，甚至没有因为突发的修改产生废弃工程。充分体现了单元体的灵活性和适应性。

图8  太原南站剖面图（图中红线框范围内为增加的两排单元体）

太原南站单元体结构全部在工厂制作，再运至现场进行安装。为了满足构件制造、运输、现场吊装的施工条件，单元体被分成了几个部分进行加工制作及现场吊装。

图9  太原南站单元体现场施工安装示意图

3.2胶南站（方案竞标第一名，尚未实施）

胶南站，位于青岛市西海岸新区，为青岛至连云港铁路线的中间站，是国家铁路网“五纵五横”的重要节点站，站房建筑面积为6万㎡，为大型站。

图10  青岛胶南站鸟瞰图

胶南站位于黄海海湾之滨，城市环境极具特色。我们试图用单元体对滨海环境特色进行阐释。站房主体空间采用独特的拱形框架单元体，通透、轻盈、飘逸，宛如海浪跌宕起伏。室内外空间随平面自然生成，在天地间划出一道道优美的曲线，向旅客传达着胶南半岛的海洋气息。

图11  青岛胶南站人视图

此起彼伏、错落有致的单元体，营造出具有变化丰富的韵律感，同时还自然形成了完整的高侧窗系统，把阳光和海风引入室内，让旅客在室内也能够感受到青岛优越的自然环境和气候。

图12  青岛胶南站室内透视图

站房的连续拱形框架结构体系柱网尺寸为42m×30m，屋盖结构形式为钢拱框架+钢网壳结构，轻巧的结构体系，与建筑形态完美融合，浑然一体。单元体依据站房功能自由生长、变化，适应站房分两期实施的需求。单元体屋面以单曲面模拟成双曲面，在满足建筑造型需求的前提下，也方便施工，并在使用功能与经济性上取得平衡。

图13  青岛胶南站单元体结构概念示意图

一个采用单元体结构形式的设计方案，和城市环境、气候条件相适应，极富地域特色。虽然得到专家肯定和铁路部门认可，但由于地方领导选择了其他入围方案，我们的设计很遗憾地没有实施。

3.3随州站设计（方案中标，已完成设计，正在建设之中）

随州南站位于湖北省随州市城南片区，是湖北最美高铁线路——汉十高铁的一个重要节点，境内洛阳镇是世界四大古银杏群落之一，有“千年银杏谷”的美誉。天津大学新校区内栽种的银杏树就来自这里。车站设2台6线，站房建筑面积2.8万㎡，为中型站。

图14  随州站鸟瞰图

站房建筑造型以银杏叶的基本形态为切入点，将叶片形态与结构形式巧妙融合成单元体。车站主体空间由24个结构单元体组合而成，形成了极具辨识度的建筑形象。通过抽象地表达“银杏”这一地方元素，柔和了人工与自然的边界，使人感受到建筑的自然之美。单元体采用半透明膜材料包裹，同时顶部引入自然光线，光线透过腔体在室内形成晶莹剔透的发光体，为旅客候车、休息带来了生动丰富的空间体验。

图15  随州站正面透视图

车站以现代的手法展现出随州独有的自然特色，是在现代城市文脉语境下的一次尝试和探索。

图16  随州站室内透视图

04、结语

建筑师匠心的体现，是在“立意”与“形式”之外，对建筑技艺的认识、把握和应用。只注重“立意”与“形式”的建筑创作，往往会变成空洞的对建筑形式的表现，缺乏建筑生命力。

随着我国铁路和城市建设的日益发展，新一代铁路旅客车站大量出现，这一盛况还将持续多年。通过对以上几个铁路车站的实例分析，我们可以看到，采用结构单元体这一形式，具有较好的适应性，能够创造出丰富多彩的各具特色的室内空间和建筑形式。

（1）真实。结构即空间、结构即建筑、结构即形式。单元体的这种真实性不仅反映在建筑的内部空间，也能充分体现在外部形态上，实现结构形式、空间效果、建筑形态三者完美融合。

（2）高效。采用结构单元组合成单元体是一种高效的建造方式，可实现建筑工业化。结构单元具有模数化与标准化等特点，大部分结构构件均可预先加工，进行现场安装，大大提高了施工效率。

（3）生态。结构单元体与绿色建筑技术一体化，结合建筑所在地的自然环境与气候特点，大有可为。例如：将单元体与建筑遮阳，自然通风、自然采光等被动式节能技术相结合，形成具有生态意义的绿色建筑单元体。

（4）审美。真实性与合理性即带来美感。单元体的重复产生韵律、秩序和真实感。在铁路旅客车站这一类大空间建筑设计中，这种真实而生动的韵律美感，带来全新的极富特色的视觉感受。

（5）文化。我国历史悠久，地域辽阔，地域文化呈现出多元化。提炼城市的历史文化特征，结合到结构单元体，实现现代技术与传统文化、城市文脉的完美融合，即从文化的角度找出新的建筑形式的“基因”。

建筑师对建筑空间及形式的意向，通过结构单元体实现，结合建筑技术形成“建筑单元体”，达到“实用、经济、绿色、美观”的目的——即结构单元体“意、形、技”的逻辑。

业主：中国铁路太原局集团有限公司

建设地点：山西省太原市小店区

建筑设计：中南建筑设计院股份有限公司

项目负责人：李春舫

设计团队：李春舫、王力、张继、孙行、陈勇（建筑）；周德良、曹登武、张卫、李功标（结构）；秦晓梅、冯星明、马友才（机电）

总建筑面积：183 952m2

项目状态：已建成

设计时间：2006.01~2010.06

建成时间：2014.06

摄影版权：丁烁、施铮

来源：《建筑技艺》杂志，撰文  李春舫  王力  中南建筑设计院

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