结构团队是如何实现扎哈曲线的：西安泾河新城国际文化艺术中心

▲建筑鸟瞰图  扎哈·哈迪德建筑事务所

文化，是一个城市的灵魂。 十三朝古都 西安，不遗余力地探索如何在发展中传承城市文化，使这座底蕴深厚的人文之都焕发新机。      

 

在西安国家级新区——西咸新区泾河新城院士谷核心区内，将诞生一座城市文化新地标——泾河新城国际文化艺术中心。它将以灵动的形态，结合地域特色文化与时尚潮流艺术，成为西安城市发展的全新引擎。
 

 

扎哈·哈迪德建筑事务所以“涌川”为灵感，设计了独具生命张力的建筑造型。作为项目结构顾问，奥雅纳负责主导方案阶段和扩初阶段的结构设计工作。  

 

 

▲ 项目所在区域概况 ? 扎哈·哈迪德建筑事务所  

 

项目占地78.89亩，整体建筑面积约5.6万平方米。区域主干道——泾河大道将项目分为南、北地块，其间由“高线云廊”及跨道连桥相互贯通。未来，中心将提供图书阅览、剧院演出、艺术展陈和生态景观等多元文化体验。  

 

 

▲ 项目总平面图 ? 扎哈·哈迪德建筑事务所  

 

参数化建模    
 

实现曲线变化之美      

     

复杂多变的空间曲面组成流线型屋盖，是项目的设计亮点，也是扎哈·哈迪德建筑事务所的标志性建筑语言。然而，对于这种复杂的空间几何造型，传统的平面图纸表达和设计方法无法准确表达空间定位，难以将多专业之间的空间布置关系梳理清晰。  

 

 

▲ 建筑效果图 ? 扎哈·哈迪德建筑事务所    
 

 

我们在方案初始阶段便引入了先进的数字化建模技术，对复杂的屋盖系统进行结构找形和结构方案研究，从而更好地实现建筑设计意图，并配合其他专业，确保项目在实际施工中的落地性。  

 

 

▲ 北馆屋盖结构找形建模流程 ? Arup  

 

奥雅纳结构设计团队应用Rhino + Grasshopper + Python参数化建模设计流程，在建筑师提供的初始几何形体基础上，结合建筑造型特点和结构受力原则的基本逻辑，设置了一系列几何、材料、力学性能等参数，及生成灵活可调的参数化结构几何模型。  

 

参数化结构建模平台快速与结构专业分析软件对接，生成结构分析模型，开展设计计算。通过调整参数，结构工程师可结合建筑复杂几何的变化，探索更多空间结构布置方案，力求完美呈现建筑设计表达。  

 

 

▲ 屋盖参数化结构模型 ? Arup   

 

连接项目南北地块的桥梁结构“高线云廊”总长约350米，是市政规划环线人行步道公园的一部分。桥梁由14根桥墩支撑，建筑造型自由多变，与地块流动变化的建筑语言和谐统一。  

 

“高线云廊”桥身中心线由一系列变化曲率的复杂曲线组成，桥面形状也是不断变化的曲面。这些不同于传统规则的桥梁形状，为桥梁的结构找形和设计带来极大挑战。  

 

 

▲  “高线云廊”建筑示意图 ? 扎哈·哈迪德建筑事务所  

 

团队采用参数化建模手段，细化剖分桥身几何体块，不断调整修正桥身形态变化规律，确保施工可行性和便利性。
 

 

“高线云廊”北部区段的曲线造型变化最为复杂。此处桥身转弯半径较小，传统的预应力混凝土结构并不适宜。我们采用钢箱梁桥方案，既实现了复杂的几何形态，同时控制桥下净高空间，保障施工安全可靠。  

 

我们与建筑师配合，控制桥身几何曲率变化，尽量使其余各个区段的桥梁形态更为规则平缓。通过采用预应力混凝土箱梁结构，我们在确保设计和施工的可行性的同时，提升了项目的经济性。  

 

三维空间放样    
 

整合多专业设计      

     

通过参数化的结构模型，我们在三维空间中将结构构件准确放样定位，并与建筑、幕墙、精装等专业的其他空间模型合并，检查各系统空间定位的协调合理性，避免构造冲突。
 

 

例如，传统的平立剖图纸难以清楚表达屋盖异形空间钢结构与屋盖幕墙系统、室内机房冲顶等交界部位的空间关系。通过在三维空间中进行几何放样，我们得以准确研究各个系统之间的碰撞情况，从而进一步协调设计。  

 

 

▲ 屋盖钢结构与屋盖幕墙系统碰撞检查 ? 扎哈·哈迪德建筑事务所/Arup  

 

在“高空云廊”的结构设计中，我们基于桥梁参数化模型，可根据建筑设计变化，快速准确地调整桥墩位置、数量、主梁尺寸以及曲线造型变化。通过生成三维模型，并与幕墙、机电、景观等其他专业的三维模型拼装检查，实现多专业协调设计。
 

 

 

▲ “高线云廊”桥梁结构找形参数化模型 ? Arup  

 

Ovabacus平台    
 

自主研发的数字化工具      

     

在方案设计初期，为更好实现建筑造型，工程师须不断比选各种结构解决策略，探索最优方案。一款高效的结构设计工具，将帮助工程师实现快速迭代建模分析，在有限时间内完成多方案研究。
 

 

经过多年自主研发，奥雅纳打造了Ovabacus参数化设计平台，辅助工程师实现智能设计。平台包含参数化建模和分析模型转换功能，并对接PKPM-AID智能优化设计系统，可有效帮助结构工程师进行方案响应和分析研究，快速判断合理的结构受力体系，确定结构构件尺寸，完成经济性比选，达到更高效、更经济的设计目标。  

 

 

▲ 屋盖钢结构参数化模型和结构多方案比选 ? Arup  

 

在泾河新城国际文化艺术中心项目中，我们通过Ovabacus平台的参数化建模结合PKPM-AID提供的多种智能优化算法工具，根据构件受力和结构刚度需求，自动布置经济合理的构件截面尺寸，实现屋盖钢结构构件优化。
 

 

 

▲ 屋盖钢结构参数化优化流程 ? Arup  

 

针对屋盖局部复杂几何区域，工程师同时利用拓扑优化算法工具，研究结构效率最高的传力途径，并基于此项分析生成的材料分布图案，对局部区域的结构布置进行优化调整。  

 

 

▲ 屋盖局部结构拓扑优化分析 ? Arup  

 

▲ 建筑效果图 扎哈·哈迪德建筑事务所  

             

程煜                    奥雅纳副董事、 总工程师                   

             

我们很高兴可以配合业主和扎哈·哈迪德建筑事务所在西安实现这样一个标志性的建筑。在设计过程中，奥雅纳利用先进的数字化工具以及自主研发的优化算法和软件，在实现流动的建筑外形的同时，也达成了良好的成本控制和优化，为落地一个高完成度的项目提供了前提。泾河新城国际文化艺术中心是泾河湾院士科创区核心区的重点工程，希望在建成后可以成为西安城北的又一张城市文化名片。           

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