出品|網(wǎng)易新聞

　　作者|須臾千秋，清華大學(xué)土木工程博士

　　如果世上真的有天堂，那一定是圖書館的模樣。

　　熱愛讀書的人想必都幻想過這樣的圖書館：書籍包羅萬象，堆成一座座書山，愛書的人就坐在書山上如癡如醉地讀書。在中國工程師的妙手下，這樣的幻想已經(jīng)照進(jìn)了現(xiàn)實(shí)，這就是總藏書量120萬冊(cè)、擁有1200個(gè)讀者坐席的天津?yàn)I海新區(qū)圖書館“濱海之眼”。

　　在“世界讀書日”，我們就來為大家介紹一下這座“網(wǎng)紅”圖書館。

　?。I海圖書館的書山，科幻感十足）

　　“濱海之眼”的設(shè)計(jì)，真的是一只眼睛

　　濱海圖書館之所以被叫做“濱海之眼”，是因?yàn)閺慕ㄖ恼婵矗ㄖ娴南袷且恢簧铄涞难劬?。它地下三層、地上五層，主體長110米，高33.65米，建筑面積33700平方米。地上部分是由鋼框架支撐起的特大跨度連體結(jié)構(gòu)，中間“眼睛”處的連接體由四榀54米跨雙層高的平面桁架組成，外掛共計(jì)兩萬平方米的玻璃幕墻。

　?。ā盀I海之眼”的外觀）

　　整座“濱海之眼”的鋼框架+玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，不僅為閱覽區(qū)提供了充分的自然采光，賦予了整棟建筑極其輕盈的質(zhì)感以及強(qiáng)烈的后現(xiàn)代風(fēng)格。這種輕盈感的產(chǎn)生，是因?yàn)榻ㄖV泛使用了隱框玻璃幕墻的技術(shù)。它將金屬框設(shè)置在玻璃背面，使得人們?cè)谑彝獠荒芸吹讲ＡШ竺娴慕饘倏?。在玻璃幕墻外面還設(shè)置有與“書山”層間模數(shù)相同的氟碳抗銹金屬格柵，使得整個(gè)建筑外觀極其通透。

　　隱框玻璃幕墻的施工工藝較之普通的顯框幕墻更加精細(xì)，尤其是對(duì)于如此大面積的玻璃幕墻，預(yù)埋件及連接件的安裝準(zhǔn)確性十分重要，會(huì)對(duì)幕墻質(zhì)量造成重要影響。

　　在施工中，除精準(zhǔn)定位外，工程師們還采用了比較費(fèi)時(shí)，但精度一流的連接件預(yù)先點(diǎn)焊的方法，在初步焊接后進(jìn)行檢驗(yàn)，不合格即進(jìn)行修正，合格后繼續(xù)加焊并正式固定，隨后還要通過兩道檢驗(yàn)才能算是正式合格。如此繁復(fù)的施工流程保障了“濱海之眼”飄逸的外觀。

　　（隱框玻璃幕墻）

　　結(jié)構(gòu)安全，靠組合結(jié)構(gòu)來保障

　　從外觀來看，濱海圖書館的結(jié)構(gòu)輕盈，構(gòu)件單薄。這種輕薄的“北歐風(fēng)”設(shè)計(jì)風(fēng)格讓人不禁擔(dān)心起它的性能來：這么輕的建筑能安全嗎？

　　其實(shí)，濱海圖書館采用的是一種鋼與混凝土相互復(fù)合的組合結(jié)構(gòu)，采用鋼管混凝土代替了一般分開使用的鋼筋混凝土與結(jié)構(gòu)鋼，大幅度地節(jié)省鋼材、木材、混凝土等結(jié)構(gòu)自重。

　　理論分析與實(shí)踐表明，鋼管混凝土與普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼材用量與承載力相當(dāng)，截面積減小約一半，從而加大了建筑的有效空間和使用面積，自重也減輕了50%。給建筑的使用者看起來，自然就顯得非常輕盈了。

　?。I海圖書館的建筑結(jié)構(gòu)模型）

　　如此高端的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其安裝難度也與普通“傻大粗”的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不可同日而語。與現(xiàn)場(chǎng)澆筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不同，鋼管混凝土采用的是完全現(xiàn)代化的建筑構(gòu)件生產(chǎn)流程，重達(dá)26噸的矩形鋼管均在工廠預(yù)制完成，檢驗(yàn)合格后運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行二次檢驗(yàn)。

　　構(gòu)件的安裝位置也有學(xué)問，現(xiàn)場(chǎng)按照設(shè)計(jì)圖紙建立水平軸線控制網(wǎng)和高程控制點(diǎn)后，還要經(jīng)過全站儀的初標(biāo)與終標(biāo)才能最后確定安裝位置，用“十”字線標(biāo)出安裝參照點(diǎn)。

　　這還不算完，施工設(shè)計(jì)時(shí)還要對(duì)構(gòu)件吊裝過程中的吊點(diǎn)和吊裝變形進(jìn)行計(jì)算。在構(gòu)件吊裝就位后，即使6.5米長的鋼管柱誤差只有幾毫米，也要立即進(jìn)行標(biāo)高、扭轉(zhuǎn)和垂直度三個(gè)方面的校正?？紤]到焊接帶來的構(gòu)件變形與殘余應(yīng)力，在構(gòu)件后續(xù)的組裝與焊接過程中還要再進(jìn)行多次的檢驗(yàn)與校正。

　　（鋼管混凝土結(jié)構(gòu)）

　　“濱海之眼”的眼仁——微縮版的“水立方”

　　在濱海圖書館的中心，有一個(gè)直徑21米的球體極為醒目，如同“濱海之眼”的晶狀體一般，也是整座建筑的焦點(diǎn)。整座圖書館的階梯狀書架圍繞著這個(gè)“眼仁”進(jìn)行布置，形成了一個(gè)流動(dòng)的、曲線的空間整體。

　　（“濱海之眼”的眼仁）

　　這個(gè)球體實(shí)際上是一個(gè)可容納100多人的多功能廳，未來也將成為濱海新區(qū)文化活動(dòng)的標(biāo)志性場(chǎng)所。

　?。ā把廴省钡慕Y(jié)構(gòu)）

　　從施工階段的照片可以看出，“眼仁”實(shí)際上是個(gè)鋼骨架+外掛板的空心球體。技術(shù)上講，“眼仁”就是一個(gè)微縮版的“水立方”。

　　要保證它能夠符合設(shè)計(jì)上的完美球形，又要保障使用安全，鋼骨架的拼接也有一定的難度。好在有水立方的經(jīng)驗(yàn)在前，在眼仁的施工中，也采用了當(dāng)年水立方工程中總結(jié)出的“一球一桿”鋼構(gòu)件單元拼裝模式，既加快了拼裝速度，又控制了施工誤差。

　?。ā八⒎健钡慕Y(jié)構(gòu)）

　　光有安全怎么夠？圖書館當(dāng)然要舒適

　　建筑的安全與美觀只是建筑考核的及格線。要想看圖書館夠不夠優(yōu)秀，還必須要考慮到建筑使用者是否舒適，否則就是一座華而不實(shí)的二流建筑。而濱海圖書館，就是一座典型的既美麗、又實(shí)用的優(yōu)秀建筑。

　　1、物理舒適感

　　濱海圖書館是一座大跨度建筑，階梯狀的讀書空間更是一種非傳統(tǒng)并且形狀不規(guī)則的結(jié)構(gòu)形式。對(duì)于這種結(jié)構(gòu)，變形太大以致于影響人的使用舒適是一個(gè)常見的問題。

　　人的日?；顒?dòng)，包括走、跑、跳等，都可能引發(fā)樓板的振動(dòng)，這種振動(dòng)是無規(guī)律的，影響使用舒適度的同時(shí)，研究起來也極為復(fù)雜。但同時(shí)，書階梯還要供人坐著閱讀，其使用舒適度又至關(guān)重要。

　　為此，圖書館的設(shè)計(jì)者使用分析軟件建立人行激勵(lì)模型，詳細(xì)分析了人的行為，將其分為五種：步行1步，連續(xù)行走，不連續(xù)行走，跑動(dòng)和劇烈跑動(dòng)。這樣，就可以將復(fù)雜的人的行為抽象成了簡單的數(shù)學(xué)模型的組合。

　　在另一方面，設(shè)計(jì)師們還將玄而又玄的人的“舒適度”也量化成了數(shù)學(xué)模型。設(shè)計(jì)師們將人的主觀感受簡化，假定當(dāng)有人經(jīng)過時(shí)，如果樓板的震動(dòng)幅度、速度、加速度、頻率超過了一定的值，那么坐在旁邊的人就會(huì)“感覺不舒服”。

　　經(jīng)過這樣的簡化之后，人的舒適度這件主觀感受很強(qiáng)的事情，就可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行研究了。

　?。前遄畲蠹铀俣鹊臅r(shí)程曲線）

　　設(shè)計(jì)師們經(jīng)過反復(fù)的計(jì)算與精心設(shè)計(jì)，保證濱海圖書館的各層對(duì)于人活動(dòng)的響應(yīng)，產(chǎn)生的加速度都顯著低于人的不適感臨界值。這樣，人們就可以安心坐在書山上讀書了。

　　2、聲學(xué)舒適感

　　讀書的人們渴望安靜，因此通常在圖書館的閱覽室中，都是禁止人們大聲交談的，甚至連走路都要小心翼翼；可是，濱海圖書館的閱覽區(qū)是一個(gè)開放的公共空間，難免人多嘈雜。想要獲得安靜的閱讀環(huán)境，就不能單純依靠讀者的個(gè)人修養(yǎng)，還要依靠工程師們的聲學(xué)設(shè)計(jì)。

　　濱海圖書館的聲學(xué)設(shè)計(jì)就蘊(yùn)藏在這別具一格的書架中。這些波浪形的書山可并不僅僅為了好看，它事實(shí)上也是一種有效的吸聲結(jié)構(gòu)。

　　這種曲線形式，并且向內(nèi)凹陷形成書架的墻壁可以將人的聲音散射到不重要的角落中，而不會(huì)像一般建筑的平直內(nèi)墻那樣反射回人的耳中，使得人聲聽起來非常響亮。這與我們?cè)谝魳窂d、聲學(xué)教室中見到的吸聲板材的原理實(shí)際上是相同的。

　?。I海圖書館內(nèi)的結(jié)構(gòu)有明顯的吸聲特點(diǎn)）

　　這種典型的吸聲結(jié)構(gòu)，就是利用聲波的反射特性，將聲波“吞噬”進(jìn)了孔縫中。有了這些巧妙的吸聲結(jié)構(gòu)，任何人都可以在這間“鬧市”中心如止水地讀書了。

　?。ㄒ惶幍湫偷奈暯Y(jié)構(gòu)）

　　3、光學(xué)舒適感

　　濱海圖書館的半透玻璃幕墻，也使得館內(nèi)可以最大限度地利用日光進(jìn)行照明，同時(shí)又不至于太亮影響人的閱讀，而人為外設(shè)的燈光系統(tǒng)則作為日光的調(diào)節(jié)和補(bǔ)充。

　　室外與書架模數(shù)相同的格柵，也可以起到平衡室內(nèi)亮度的作用。人坐在圖書館的開放空間中讀書，體驗(yàn)優(yōu)于傳統(tǒng)閱覽室的同時(shí)，還節(jié)約了大量的能源。

　　結(jié)語

　　天津市濱海圖書館，是一個(gè)將最前沿的設(shè)計(jì)理念與施工技術(shù)回饋給廣大普通市民的代表之作。

　　它沒有采用傳統(tǒng)圖書館的書架與閱讀區(qū)分離式布置，而是將整座圖書館變成了一級(jí)級(jí)階梯，階梯的層間取代了傳統(tǒng)的書架，分門別類地碼放著書籍；而階梯本身則取代了閱覽用的桌椅，人們可以爬上書山，隨手取下書來，直接坐在階梯上閱讀，讓整個(gè)圖書館成為了一個(gè)生機(jī)勃勃的室內(nèi)文化廣場(chǎng)。

　　人書一體的“書山”，如今成為了現(xiàn)實(shí)，人們可以憑身份證免費(fèi)辦理借書，更可以在書山中自由閱讀。

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　　編輯| 史文慧