张峥：2019—2020建筑设计奖·青年工程师奖获奖人

编者按

建筑设计奖·青年工程师奖，重点关注建筑结构、给水排水、暖通、电气、综合等方面的青年工程技术人才，是中国建筑学会发现和培养人才，为国家储备高层次建筑科技创新人才的重要方式。2019—2020建筑设计奖·青年工程师奖共评出10位获奖人，本期人物：张峥。

个人简介

张 峥 ， 工学博士，毕业于同济大学土木工程学院，教授级高级工程师，国家一级注册结构工程师，英国注册结构工程师，同济大学硕导。 现任同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司工程技术研究院院长、专项技术事业部主任、上海建筑数字建造工程技术研究中心副主任。 中国勘察设计协会结构设计分会理事及青年工程师委员会主任委员、中国建筑学会建筑幕墙学术委员会常务理事、中国建筑学会数字建造学术委员会理事、中国体育科学学会体育建筑分会委员。

从事大型公共建筑大跨结构及复杂结构技术研发和设计、结构领域新体系新材料的研发与科技成果转化、以及数字技术智能建造等新科技的应用研究。参与及负责大型复杂结构工程百余项，获各类设计奖五十余项，获省部级科技进步奖六项，发表论文三十余篇，授权专利成果三十余项，出版书籍一部。曾获2020年中国建筑学会青年工程师奖、2019年上海市青年拔尖人才、首届建筑结构行业杰出青年、2016年上海市青年五四奖章。

工程设计

1.大跨结构

（1）北大体育馆——结缘大跨空间结构

大跨空间结构通常应用于体育类、交通类、会展类、文化类建筑等大型公建。我与大跨空间复杂结构结缘始于2005年，当时刚加入同济设计院丁 洁民老师团队，非常幸运地赶上了08奥运场馆北大体育馆的设计。项目方案由同济钱锋和汤朔宁两位老师牵头，基于乒乓球运动的旋转和体育竞技力与美的结合，创作了一个新颖的旋转双曲面屋盖造型。当时结构体系初步选定为辐射状张弦桁架，需要进行精确的表皮建构、曲面找形、构件定位、三维建模等工作，这些在数字化软件畅通的当下，也算一个难点，而当时Rihno和grasshopper尚未流行。记得丁老师安排我尝试进行曲面建模研究时，我还心头一懵，印象中的结构设计应该是分析、计算、构造，哪想到竟然还要研究学习三维建模。好在有老师鼓励、师兄指引，一头扎进对NURBS的研究，终于在3DMAX中得以实现双曲表皮重构，并顺利开展了后续工作。这一次跨专业研究，让我带着对大跨空间结构的好奇和热情，幸运地开启了之后的工程实践，至今仍是我最喜爱的技术主战场。同时我也体会到，复杂空间结构的设计不仅需要完成对力学问题的抽象、对建筑功能的实现，更需要深入理解建筑主创的心意，共同去完成对建筑外观的塑造和室内空间的展示。这次经历也在我心中埋下了“结构成就建筑之美、建构一体化”等设计理念的思维种子和日后“数字化、参数化”工具革新的坚定信心。

鸟瞰效果图 ? TJAD

鸟瞰实景   ?  章勇

曲面生成与结构体系   ?  TJAD

（2）重庆西站—一体化设计和清水混凝土应用创新

体育建筑往往因为造型复杂和构件外露的特点而对结构设计提出了超脱于规范标准和体系约束之外的要求，即通过展示力与美来实现工程技术创新和建构美学塑造的融合，以保证较高的完成度。而交通类建筑，如高铁站房，则有所不同。其无柱大空间一般是候车层区域和站台区域，跨度、柱距有一定的规律，又因造价的严格控制，结构层面的创新表达往往比较内敛。在重庆西站项目中，我们在约束中努力寻找着匹配建筑立意和功能特征的技术创新。屋盖大跨结构设计中，通过合理排布桁架与次梁位置，在不影响传力和抗侧刚度前提下啊，使天窗达到通透效果，实现结构布置与室内空间的一体化；正立面设计中，结合建筑造型，从轮廓中提取拱形元素，采用巨型组合拱结合幕墙一体化设计思路，实现了“重庆之眼”的点睛之笔；通过对雨棚结构系统的深入研究，大胆采用了清水混凝土井字梁结构，外观端庄大气，且较常规钢桁架雨棚具有耐久性好、不易锈蚀、不易漏水、不会风掀、运维成本低等优点，为全国首创。

鸟瞰实景   ?  马元

钢结构整体模型   ?  TJAD

重庆之眼夜景   ?  马元

巨型组合拱构建重庆之眼主骨架   ?  马元

入口无柱大厅   ?  马元

清水混凝土雨棚效果图   ?  TJAD

清水混凝土雨棚实景   ?  马元

（3）长沙会展中心—精细化结构研究实现建筑空间塑造

会展建筑也是大跨度结构发挥用武之地的典型建筑类型。我参加的第一个大型会展综合体位于长沙。长沙素有“山水洲城”的美誉，会展中心紧邻浏阳河，方案撷取岳麓山之意向，展馆沿河采用反弧形天际线，体现长沙的潇湘水韵，营造写意山水之境。展厅大空间跨度80多米，设计难度并不大，常规桁架足以跨越。但和建筑充分沟通后，主创表示不希望在室内看到繁复的斜杆，要求结构一气呵成自然写意。由于屋面曲线并非悬链线构型，无法采用刚性悬垂梁，经反复比选，敲定张弦梁体系。但内凹形态使得本工程的张弦梁不同于常规，悬索在撑杆平面外的扰动将无法形成指向初始态的回复力，容易发生面外失稳，必须配套相应措施。我们为此开展了系统性研究，通过弹塑性分析来发现结构整体失稳模态和失效时的荷载因子与破坏规律，通过参数研究分析影响面外稳定的各种因素，进而确定次梁与主梁刚接以改善主梁扭转稳定性能，撑杆上端创新性采用面内可转动、面外可抗弯的构造机制，间隔设置柔性拉杆作为撑杆面外稳定性的二道防线，并对节点构造进行了深入的理论分析和足尺实验研究，确保万无一失。作为首次设计内凹型张弦梁，出于对稳定性的敬畏，借鉴了二道防线的冗余度设计思想。当然，如果现在来做，也许胆量可以更大一些。毕竟，技术总是在一次次磨砺中来压实底气的。

鸟瞰实景   ?  邵峰

屋顶描摹的山水画卷   ?  TJAD

反弧形天际线尽显潇湘水韵   ?  TJAD

立面实景   ?  邵峰

剖面构思   ?  TJAD

展馆室内空间   ?  邵峰

2.复杂结构

（1）上海中心大厦—工程师的魔鬼训练

正式进入同济院工作后，我幸运地获得了参与上海中心这一超级工程的机会。作为国内首座超过600米的超高层，近58万方的建筑体量被誉为“垂直的外滩”。采用带伸臂的巨型框架核心筒混合结构体系，结构设计难度自不必说，我们一群年轻工程师，在院内总工们带领下，如饥似渴地调研学习借鉴，没日没夜地建模分析计算，不知疲倦地绘图修改完善，小心翼翼地巡场检查优化。我当时参与的是塔楼整体结构分析和巨型框架设计绘图等工作，夜深人静时与同事们一起鏖战昂扬斗志，至今依然记得那份如履薄冰的心境和青春洋溢的激情。也是那几年，知识增长、技术进步和心性磨炼，难以忘怀，令人感恩。

远眺实景   ?  章勇

工程建设纪实   ?  TJAD

（2）西安丝路国际会议中心—技术美与艺术美的融合

西安丝路国际会议中心是近几年完成的一个规模大、难度高、时间紧的重要项目。巨大的室内无柱空间包裹于通体透明的立面幕墙、180根吊柱连接上下月牙一气呵成，建筑师以现代科技之形阐释了古都传统之韵，创作了一个悬浮的唯美的丝路弦月，被西安市民亲切地称为“月光宝盒”。而结构设计的难点，恰蕴藏在这无柱、通透、悬浮、吊挂的复杂表达和八度抗震设防之中。结构体系采用巨型钢框架，结合竖向交通空间营造20个巨型筒柱和八横八纵桁架梁构成巨型框架，营造叠合式无柱大空间；刚性悬挂式幕墙体系实现竖明横隐的通透效果，并通过吊柱吊挂下月牙，从而完成整体骨架的布设，确保悬浮效果；为减少地震作用、释放温度作用、保护吊挂幕墙，在地下室柱顶采用隔震支座实现对宝盒的浮筑，并实现200米宽度的主体结构不设缝。建筑、结构、幕墙的一体化，成就建筑轻盈通透的呈现，设计、施工、监测的一体化，保障结构创新设计的实现。纯净外表蕴含复杂功能，现代技术致敬了传统文化，技术美和艺术美在这里碰撞，化为一份平和与宁静。

夜幕时分主立面呈现   ?  是然建筑摄影

鸟瞰实景   ?  叁山摄影

结构封顶   ?  TJAD

夜幕下的水面倒影   ?  是然建筑摄影

入口大厅   ?  叁山摄影

光影下的建筑转角   ?  是然建筑摄影

技术研发

基于工程实践积累，我们团队在丁洁民大师的带领下积极开展科研工作，与同济大学建筑、土木两个优势学科紧密融合，在 “新体系、新材料、新方法”三个方面进行了系统性技术攻关：“新体系”主要围绕空间结构中的柔性体系和组合体系展开工作，包括大跨度张弦结构和张拉整体结构的体系研究，以及高强度密封索的关键技术。成果运用于近百项工程案例，“大跨度张弦结构成套技术研究和创新工程实践”获得 2015 年中国建筑学会科技进步奖一等奖；“新材料”主要指新型铝合金结构、胶合木结构的研发与工程示范，参与编制《建筑索结构技术标准》和《铝合金结构技术规程》，作为低碳节能可装配的新材料，取得良好的社会效率和环境效益，“铝合金空间网格结构分析设计理论与施工关键技术及工程应用”获得2022年中国建筑金属结构协会科技进步特等奖；“新方法”主要围术为核心的结构参数化设计和智能建造关键技术研发展开，形成一套系统的结构参数化设计的方法，开发了多个软件模块，并应用于智能建造的探索和工程示范。“多模态建造机器人成套装备关键技术与应用”获得 2021 年华夏建设科学技术奖一等奖。有关成果在多个示范工程中得以转化运用。

上海崇明体育训练基地一期综合训练馆、游泳馆鸟瞰实景   ?  章勇

综合游泳馆内部胶合木网壳结构   ?  章勇

工作体会

结构设计不仅仅是我们刻板印象中的“建模、分析、绘图”三板斧。当我们讨论结构分析和力学性能时，本质上是谈数学、物理学和材料学，分析计算是这些基础学科在建筑结构领域的体现；当我们讨论结构优化时，本质上是在谈基于结构安全性前提下的经济性，以及对未知风险承担的心理意愿；当我们讨论结构绘图的准确性和高效性时，本质上是在谈信息化手段在工程领域的呈现；当我们讨论结构成就建筑之美等建构话题时，本质上是在谈学科跨界和专业融合；当我们讨论结构施工配合和各类现场问题处理时，本质上是在谈流程管理、应急管理和质量管理。

结构设计是具有多面性的。有时，结构会作为一种建筑符号呈现；有时，结构需要巧妙构思力流传递途径来支撑起复杂的建筑形态；有时，结构也会协同建筑一起创造新奇空间体验。实践中，结构设计水平的进步很大程度上是由市场竞争和建筑师、工程师的共同追求来推动和迫使的。建筑师是需求端和出题人，结构师是供给端和共同答题人。比如，上海中心的双层幕墙和扭转形态促成了柔性悬挂幕墙技术，西安丝路国际会议中心的悬浮和纯净促进了刚性吊挂幕墙技术，长沙会展中心的内凹式屋面形态推动了不稳定态张弦梁的研究，体育场看台对无支撑柱的追求推广了轮辐式张拉结构体系的应用，自由曲面的创意提升了数字技术在结构工程中运用深度。进一步来看，结构工程师的设计创新又在一定程度上推动了施工技术和软件技术的进步，进而促进了结构工程行业技术水平的循环上升和迭代。

最后，凑一个文字游戏，与结构同行们共勉。

“结构JieGou”从“J”出发，积极实践5个“J”，努力成就好作品：

节 ——巧妙布置结构，节省材料用量；

洁 ——传力简洁明晰，结构布置干净；

捷 ——考虑现场条件，促进施工便捷；

竭 ——竭力优化比选，发掘创意灵感；

借 ——擅于借助资源，提高工作效率；

内容由 获奖人提供