高透光率，植物园温室：设计策略

发布于：2022-08-09 11:12:09 来自：建筑结构/钢结构工程 [复制转发]

优雅的变奏·南通植物园温室（上篇）

GEN简和

一个城市的植物园能为我们提供全面了解当地植物的窗口，在不同的季节是一处绝佳的赏景之处，也是代表城市的一张名片。

项目背景

南通植物园位于狼山风景区内,是狼山国家森林公园的重要组成部分，园区以科普性和专业型为基础，以园艺、科普、保育、科研为主要功能，以水生植物及地域特色为重点，打造兼具城市公园功能的新型植物园。温室是植物园的核心景观名片和游览节点，承载着地域植物和特色植物的收集展示、游览互动、科普教育等功能。

国内外展览温室发展历史

国外建设温室的历史悠久，世界上现存最早的铸铁玻璃温室——巴黎植物园，始建于1626年。我国温室起步较晚，20世纪80年代末各地植物园建起一批小规模的展览温室，20世纪90年代温室运营模式开始“外部景区化、内部景点化”突破。进入21世纪后，以中科院华南植物园温室为代表的一大批大型展览温室，随着各地植物园的建设应运而生，成为科普教育、观赏展示、植物多样性保护和研究的重要阵地。近年来，主题温室逐渐成为“微度假”空间，成为商业、办公空间的跨界新宠。

项目难点

作为植物园中最为瞩目的建筑，并且入园第一时间就远远看到，造型上要具有一定的昭示性。同时建筑要满足科普和展示的需求和植物花卉生长对物理空间的高度、温度、湿度的需求。如何在满足结构和空间合理性的基础上，同时满足人们对审美的追求，打造不一样的观赏体验，成为设计团队重点关注的问题，并且希望以此为契机，通过设计反映出南通特有的城市气质，绘制出“江海联动，千帆竞发”的生态蓝图。

设计概念

狼山风景区坐落于长江边，唐代高僧鉴真第三次东渡日本曾在狼山停留避风。简和建筑以“轻舟”为设计切入点，建筑造型中间低，两头高，在中间划出一道完美的弧线，恰似一叶扁舟，隐喻“诺亚方舟”的故事，正如温室的功能——承载和呵护着当地各种植物、种子；“渔网”般的表皮，将结构框架编织在一起，近观让人联想到渔翁的“斗笠”和张开的“渔网”，远看结构消隐了，只看到鱼鳞般的表皮在水面的倒影下闪闪发光。

△ 造型简图

场地与造型

温室坐落于植物园东北角，南面是人工湖和迎宾广场。建筑周边低矮空旷，与湖面的对话关系是场地设计主要考虑的展示面，建筑平行于湖面展开，与水面中心呈对称关系。亲水广场是温室的第一站，经常有大巴车带着游客在广场上下落客，驻足打卡。温室配套的能源中心以半地下的形式隐藏于温室北侧的景观绿化中。

温室面积只有3200平方米，与上海辰山植物园三个温室中最小的一个馆面积相近，属于较小规模的温室建筑。然而“麻雀虽小，五脏俱全”，与常规单个温室只摆放一个气候区的植物不同的是，本温室需要同时容纳热带雨林区、鲜花展示区、沙生、多肉植物展示区三个展区。如果把空间进一步划分则每个馆面积过小，在同一个空间则难以同时满足雨林和沙生植物对湿度的要求。

为了回应以上问题，设计团队创造性地采用了“马鞍”型的屋顶，长方形的空间被划分为三个区域，两端高起的是气候差异较大的雨林区和沙生植物区，中间较矮的部分是作为过渡的四季花卉区。通过屋顶的变化，减少不同湿度空气的流动，起到隐性的“屏障”作用。

建筑屋顶最低点高度为3米，屋脊中线高度16米，最高点20米，在这个高度区间内，既能满足大部分植物的生长空间，也不会因为屋面太高造成暖空气聚集，造成能源的浪费。

△ 实景图

屋脊线是一段正圆弧，沿四边形对角线的方向展开。在内部空间的设计上，建筑师采用了“螺旋线“的主题。生物界可以找到很多神奇的“螺旋线”，无论是微观的DNA双螺旋，还是海螺，仙人球或者松果的纹路。设计师想创造一种“螺旋变化”的空间体验——屋顶沿着屋脊线发生“扭转”，逐渐从屋面过渡到立面，空间的维度被这种扭转打破，正如生命从简到繁，从少到多不断生长的过程。

流线与空间

主入口设置在建筑在西南角公园人流主要来的方向。室内流线设计借鉴“峰回路转”的造园手法，通过人造山体打造室内地形，通过“借景”、“对景”、“框景”对人们游览的路径和视线进行规划和引导。打造入口“瀑布景观“，“穿越丛林”，“空中栈道”，“别有洞天”，“景观索桥”，“多彩鲜花”，“一线天”，“特色沙植”等多个景观节点。地面的主园路和二层的次园路立体贯通，空间张弛有度，丰富了游览空间，延长了游览路径，打造丰富多维的观赏体验。

建筑整体为门式框架结构。由南北跨度30米，东西向间距6米的17品框架扭转形成3200㎡的无柱空间，保证视线最大程度的开放性。在三维扭转面上，幕墙龙骨“嵌入”到结构框架龙骨中，形成“合力”共同承受自重及其他荷载。

这种方式既有利于结构计算，又减少了主次龙骨之间的层次，使结构更轻盈，室内外视线更通透。山墙面两个倾斜面是“反重力”的，张开的造型强化了视觉的“延伸感”，有利于打造“轻盈”的感受。

结语

本文从项目背景，展览温室的历史出发，谈了项目与城市的关系，设计重点难点，造型推演，形体空间与内部展览的关系等，着眼于项目的“艺术性”，下篇我们将继续从技术的视角拆解项目，还原项目建设中遇到的技术难题和挑战，敬请期待。

技术图纸 ▽

优雅的变奏·南通植物园温室（下篇）

工程思维优化幕墙设计

上篇说到了温室幕墙和结构的一体化设计，下篇我们重点谈谈怎样用工程的思维实现造型的落地。

植物园温室中采用的玻璃是透光率很高的双片超白夹胶玻璃，这样可以尽可能减少对阳光的过滤。首先通过对三维扭转面曲率的分析，考虑到玻璃自爆和替换的可能性，选择用三角面平板玻璃拟合的方式实现玻璃扭转效果。

△ 幕墙体系图

在玻璃划分的控制上，最初的想法是沿形体长边为法线，均分短边的方式，用近似等边三角形划分玻璃。这种方式的好处是玻璃切割简单，块面较美观，缺点是这样划分下来，玻璃面积差异较大，并且由于立面线条是沿着一品品框架方向布置的，玻璃划分的逻辑不能遵循幕墙线条的走向，会出现一些被“截断”的小块。

△ 玻璃划分控制

设计团队调整了思路，改为沿立面竖向线条方向为法线分隔玻璃，放弃等边三角形，而是采用45°近似等腰三角形的方式划分玻璃，这种方式尽可能地延续了立面原有的幕墙线条，减少了小玻璃的产生，并且大部分玻璃都可以控制在2.5㎡以内，均能满足《建筑玻璃采光顶》（JG/T 231-2007）规范对顶面玻璃面积的要求，通过标准化的控制减小了施工难度。

不同场景下的开窗排烟设计

温室立面开窗的设置，既要满足不同气候模式下通风换气的场景需求，又要满足消防对排烟面积和开启角度的要求。在参观其他案例时，设计师发现温室最大的问题不是不够热，而是在夏季由于通风不利带来的“过热”。这种环境对植物和参观游人都是难以忍受的。

△ 幕墙窗扇示意图

在本项目中，设计师在立面不同位置设置了不同的开启方式来应对：低区立面上的开启扇为平行四边形，采用特殊铰链的上悬窗，主要满足平日进风的要求，空气进入后通过屋顶的开窗产生气压差，空气自然上升送走顶部的热气；山墙倾斜面上长方形窗顺应热空气流动的方向，采用双排下悬的开启方式，使排烟通风效果最大化。

顶部的三角玻璃，外开形成韵律感的“鳞片”，在满足功能需求的同时兼具美感。

消防与疏散大有文章

温室在设计规范中属于工业建筑范畴，但展览温室因其展览属性，在消防上是参照公共建筑中的展厅进行消防设计的。由于项目特殊性，展览物品主要为绿植，无可燃烧物体，且室内常年湿度较大，并设置了自动喷雾系统，火灾危险性相对较低。

为了实现室内天幕的纯净效果，在消防设计上，一方面可以通过不设置喷淋和火灾报警系统，而是采用消火栓和排烟窗的形式，保证安全的同时减少异形屋面上的设备和管道，仅保留照明设备。

△ 消防与疏散

另一方面，通过与当地消防部门的沟通，以及参考其他植物园的工程案例，以及《建筑设计防火规范》中关于展厅防火分区最大允许建筑面积的规定，突破一个防火分区不超过2500㎡的限制，适当放宽到3200㎡，这样整个温室都属于同一个防火分区。

隐藏之处的匠心设计

温室的核心功能是冬季保温。温室后面附属机房楼里的锅炉在冬季提供循环的热水，通过沿立面一圈的散热器形成“保温衣”。这些散热片藏在幕墙内侧的管沟中，平时被植物遮挡，难以被察觉。

除了冬季保温，夏季也需要通过空调系统调节温度。在温室设置空调看上去很反常识。其实这部分空调主要为了游人的舒适度，一般沿着游览动线，在近人尺度设置，可以隐藏在假山中侧送风，或者像辰山植物园一样做地送风，本项目采用舒适度更高的后者。

△ 管沟位置示意图

夏季温室除了要考虑通风，还要考虑遮阳。温室电动遮阳帘的位置正好避让开每跨中间一排开启扇，避免风雨可能带来的损耗。

细节设计实现整体美观度

温室立面采用竖明横隐玻璃幕墙系统，屋面的扭转面采用隐框式幕墙系统。由于规范不允许设置全隐框幕墙，幕墙设计时候在六块玻璃交汇的点上设置了直径仅100mm的银色扣盖，这样既满足了规范的要求，视觉上给人全隐框幕墙的感觉，又可以通过扣盖减少6块玻璃交接的时候带来的施工误差。

△ 仿隐框式幕墙

同样的思路也被应用在钢结构的交接上。三角玻璃面内侧的龙骨在交接的时候，6根工字钢焊接在一个点，难以实现施工现场的可控和视觉的美感。设计团队在交接的地方设计了一个小“转盘”，圆盘与其中两根钢梁焊接，并预留四个耳板，其余四根工字钢依次跟这个耳板铆接。这样既解决了施工误差的问题，给系统一定的“冗余度”，也让这个交点视觉上更美观。