建築結構 - 建築結構·人物丨華東院包聯進：身在井隅，心向璀璨－鑽石舞台

Jun 02 Thu 2022 15:00
建築結構 - 建築結構·人物丨華東院包聯進：身在井隅，心向璀璨

導讀

當下建築行業市場變幻莫測，與其躊躇不定，不如立足當下。為此，《建築結構》雜誌社邀請部分結構專家，談一談當下做的項目或遇到的挑戰，聊一聊關注的那些人或事，說一說自己的周邊或遠方等等，報道當代結構工程師的所做、所為、所思、所想。願為迷茫猶疑中的您帶去亮光，為砥礪前行中的您加油鼓勁。

本期受訪嘉賓

包聯進華東建築設計研究院有限公司結構總工程師

身在井隅，心向璀璨

自2022年3月14日居家辦公至昨日「防範區的全面開放」有2個半月，自4月1日上海浦西封閉隔離整整2個月。這75天是怎麼過來的，和以前的750天或者7500天有何不同？一名結構工程師在幹什麼，有什麼感悟？正好《建築結構》雜誌社發出邀請叫我寫點「命題」短文，我欣然接受，以理工男的拙筆嘗試記錄封閉隔離下的工作和生活片段。

▲5月31日收到的居委會《告居民書》

（6月1日零時起，上海全面恢復正常生產生活秩序，魔都「重啟」啦！）

Q1：最近在做什麼項目？

三句不離本行。近些年來，建築業內卷得厲害，結構設計是越來越難做了。建築師的無邊創意，業主的「多快好省」全方位要求，結構工程師除了不能說不，剩下的都默默地幹了，也基本實現了「Nothing is impossible」。最近的幾個項目都是和外方建築事務所合作，也在挑戰結構工程師的極限。

1）上海大歌劇院

項目建於浦東世博文化公園內，建築方案由挪威斯諾赫塔建築事務所（Snøhetta）完成，華東院結構負責全過程設計。建築方案取意於中國傳統元素——摺扇。所有單體建築均布置於以摺扇形態展開的屋蓋結構之下，屋蓋在入口廣場呈現雙螺旋上升的形態，用於上人和觀景。項目中最主要的挑戰來自這個雙螺旋樓梯。

▲建築效果圖

▲螺旋屋面效果圖

雙螺旋樓梯形體類似一把展開的摺扇扇頭，螺旋樓梯最遠端距離旋轉中心32m。為實現螺旋樓梯纖細輕盈的建築效果，結構需實現最大跨度32m的大懸挑。雙螺旋樓梯不同部位的受力特徵，分為懸挑區（A區）、支座區（B區）和大跨區（C區）。雙螺旋懸挑樓梯由核心支座區支承。

▲雙螺旋樓梯建築效果、三維模型等

懸挑區最大懸挑跨度15m，建築限定梁高725mm。懸挑梁採用緩粘結預應力UHPC梁，UHPC抗壓強度150MPa，參照法國和瑞士相關規範設計。核心支座區為巨型空心鋼筋混凝土組合柱支承鋼筋混凝土殼體。目前UHPC懸挑梁的足尺試驗已完成，現場施工正在恢復中，按計劃2024年年底項目將要竣工。

▲結構體系示意圖

▲UHPC懸挑梁截面

▲A區結構體系示意圖

▲UHPC懸挑梁有限元分析模型

▲UHPC懸挑梁預應力錨固

▲UHPC懸挑梁足尺模型試驗

上海大歌劇院更多內容詳見《建築結構》2022年第9期（華東院70周年專輯）中論文《上海大歌劇院結構選型與設計》。

2）金橋國培中心

項目建於上海浦東新區金橋中環以東，四個塔樓和裙房在4層通過3條過街通廊連接形成一個景觀大平台。建築方案由馬清運建築事務所完成，華東院結構負責全過程設計。項目西側為中環高架，其高度與4層景觀大平台相近。為打造塔樓懸浮於景觀平台之上的建築效果，並滿足景觀平台「園林畫卷」無柱空間需求，塔樓外圍立柱在4層以下不落地，僅平面中央的核心筒上下貫通。

▲金橋國培中心建築效果圖

▲景觀平台層園林畫卷無柱空間

塔樓採用鋼筋混凝土筒體支承的懸掛結構。以最高的塔樓A為例，建築高度100m，在屋面設置懸挑桁架和環帶桁架，懸掛4~20層樓層，懸掛樓層數達16層，為國內一次懸掛樓層數最多的懸掛結構之一（建築在樓層中部不再設置設備層）。為懸掛結構量身定製的關鍵技術，主要包括輕質混凝土鋼-混凝土組合樓蓋，單重抗側力體系抗震性能目標合理確定，提升結構抗震韌性的黏滯阻尼牆設置，吊柱Q550高強鋼及12.9級高強度螺栓的嘗試應用，懸掛樓層豎向變形及吊柱附加彎矩的有效控制，懸掛樓層的樓面舒適度分析和抗連倒塌設計，新穎的累計提升施工方案等。同濟大學的地震振動台模擬試驗由於疫情有所延期。地上結構的全面施工即將到來。

▲塔樓A三維模型圖

▲塔樓A典型樓層結構平面布置圖

▲結構體系與布置

▲結構抗連續倒塌設計

金橋國培中心更多內容詳見《建築結構》2022年第10期（華東院70周年專輯）中論文《金橋國培中心懸掛結構設計》。

3）某城際車站鋼屋蓋

建築方案由AREP完成，華東院結構負責方案和初步設計。「京帆」造型屋蓋為地下車站上蓋，平面尺寸460米×96米。屋蓋包括車站上方的7片大帆屋蓋和4片小帆採光天窗。項目設計正在進展中。

▲建築效果圖©AREP

大帆屋蓋包含上部帆屋蓋和下部泡泡採光頂雙層建築表皮。上層表皮響應風帆的建築意象，下層表皮如「泡泡」輕盈透明，雙層表皮形成一體化結構體系。屋蓋體量纖細輕盈，靈動宜人，營造城市公園中的「近人」尺度。結構方案主要對比了剛性方案（剛架）和柔性方案（索網）兩類。業主委託專業顧問進行了風洞試驗，重點考慮了屋蓋風荷載狹管效應和積雪堆積效應。

▲大帆屋蓋© AREP

▲建築方案構思與結構方案選型

大帆屋蓋結構分為帆屋蓋鋼樑、V柱、張弦索撐、泡泡網殼結構幾部分。屋蓋鋼樑由橫向主梁和斜向交叉次梁組成。V柱一共有6組，每組包含2根內傾梭形鋼柱和1根外傾鋼柱，落於下部車站的鋼管混凝土柱頂。泡泡採光頂由橫向和斜向龍骨交叉形成單層鋼網殼結構。張弦索撐一共5組，張弦兩端與V柱相連，中部與泡泡採光頂龍骨相連，將帆屋蓋剛架和泡泡網殼結構聯結成一個結構整體。屋蓋和泡泡結構之間採用有限剛度的彈性單元連接，主動控制結構中力的流向，兼顧豎向荷載、風吸荷載以及地震作用等工況的上下結構變形和剛度需求。

通過控制施工工序，讓泡泡採光頂在屋蓋剛架施工之後安裝。泡泡採光頂承受的可變荷載由網殼和剛架形成的整體結構體系共同分擔，從而降低泡泡採光頂網殼龍骨所受的內力和變形，將網殼杆件尺寸控制在150×180mm~150×200mm以內，實現採光頂「泡泡」般輕盈通透的建築效果。

▲屋蓋結構體系及布置

Q2：在專業以及生活上對您影響最大的人都有誰？

「古來江左多佳句，淺夏勝春最可人」，5月初夏的季節，節日多，也是紀念的日子。5月8日是母親節。5月19日是華東院70周年院慶日，5月20日是母校同濟大學115年校慶日，真是雙喜盈門。這兩個在人生不同階段給與自己養分的地方，有太多人值得懷念和感恩。其中華東院原總工程師、全國工程勘察設計大師汪大綏先生，中國系列標誌性建築的重要實踐者，中國超高層建築思想和行動上的先行者，一個在專業和工作中對我影響最大的人，我必須提及。

▲1995年上海大劇院鋼屋蓋整體提升前

1994年夏天碩士一年級暑假開始在華東院實習，參與了大劇院鋼屋蓋結構設計和整體提升施工階段分析工作。1996年（同濟大學）畢業後進入華東院正式工作，並於兩年後初識汪總。1998年設計上海21世紀大廈時（認識了當時供職於新日鐵的賀明玄總工），因小截面厚板箱型柱橫隔板的焊縫問題，師傅吳至賢高工帶我去請教汪總。規範能不能突破呢？汪總根據工程受力條件提出箱型柱與梁連接的三邊採用融透焊，柱外側一邊可以不焊，並親自寫信給當時的《高鋼規》主編蔡益燕先生求證，最後難題迎刃而解。

▲和汪總（左側）在央視大樓合攏現場

1999年年底去廈門參加中國鋼協房屋建築鋼結構協會第三屆技術交流會（第一次走出院門交流，會上認識了建研院的王翠坤總工），汪總「去程飛機、回程火車」的批示，讓我開會工作兩不誤，也讓我這個初出茅廬的工程師（當時院裡規定高工職稱以上才能乘飛機）省卻了許多旅途時間和勞累（當時硬座火車需要20多個小時），精神抖擻地和同行討論交流。

▲房屋建築協會第三屆技術交流會論文集

▲上海21世紀大廈（後改名）

後來和汪總接觸多起來，也漸漸熟悉。上海世茂國際廣場、北京央視大樓、奔馳文化中心等世博項目、天津117大廈、大連綠地中心等眾多重點項目都是汪總審定，我做結構專業負責人。項目匯報討論、出差上工地、出國考察、合寫論文（最近合寫論文《我國超高層建築結構發展與展望》，發表於《建築結構》2019年第19期（中國建築結構70年專輯）中）等一直持續到現在，其中做央視大樓時期（2003-2008年）的故事特別多。在出差候機時，他會教我如何識別停機坪上的波音737、747、777等不同機型；他會問我汽車轉彎時兩個輪子駛過距離不同時是如何解決的等問題。在匯報項目中間或討論後，他會打開話題和我們講他得意作品中的「神來之筆」，如華亭賓館大跨轉換梁和有限元分析，東方明珠廣播電視塔的「一隻碗、一把傘、一根針和三根撐杆」以及在牛奶槽里做的氣彈模型風洞試驗，上海光明大廈伸臂大梁，浦東機場一期航站樓80米跨度張弦梁設計和試驗，上海鐵路南站音叉柱和碟型彈簧支座節點，上海環球金融中心巨型斜撐和鑄鋼節點，天津津塔考慮屈曲後強度的薄鋼板剪力牆等）。

汪總在工程實踐中大膽創新，勇於突破，創造了一個又一個工程奇蹟和「工程界之最」。我還記得法鐵（AREP，上海鐵路南站合作設計方）總裁鐵凱哥（音譯）曾對我說過，「沒有汪大綏總工的決斷，上海鐵路南站屋蓋結構實現不了」。這些項目建成多年以後，他依然清晰地記得很多設計和建造細節，仍能畫出結構簡圖和構造詳圖。每一次請教汪總，和他討論完，都感到豁然開朗，受益匪淺。那種開卷有益、餘音繞樑的感覺真好。

▲華亭賓館

▲上海光明大廈

▲東方明珠廣播電視塔

▲上海環球金融中心

▲中央電視台新主樓竣工前夕

▲天津津塔

▲浦東機場一期航站樓雛形

▲上海鐵路南站

▲上海世茂國際廣場（左一高層建築）

▲天津高銀117大廈（結構封頂時）

以上各項目更多內容詳見《建築結構》2007年第5期（華東院55周年專輯）、2012年第5期（華東院60周年專輯）、2022年第9、10期（華東院70周年專輯）。

此外，英語和地理知識的共同愛好拉近了我和汪總之間的距離，縮小了我和他之間的年齡和輩份差距。汪總早年學的是俄語，他在40歲左右才開始自學英語。他是我所熟悉的老一輩總工里英語水平最高的之一，比我和許多年輕人都要好上很多，舉兩個例子。

2017年我們訪問東京工業大學，汪總應邀做學術報告，一小時全文英語演講讓在座的師生大為讚賞。驚嘆之餘，坐我隔壁的日本教授問我汪總是否出國留過學，我回答：「No, self- teaching」。

▲東京工業大學英文演講

汪總能熟背新概念英語的課文，他甚至能找出書中中文翻譯的錯誤。新概念英語第3冊「The longest suspension bridge in the world」這一課中原句「The bridge is so long that the shape of the earth had to be taken into account by its designer.」，中文翻譯為「由於橋身太長，設計者不得不考慮了地表的形狀」。他給編輯寫信提出「地表的形狀」應譯為「地球的形狀」，也表達了「由於地球表面形狀是圓的，700英尺高的兩個橋塔頂端的距離大於4260英尺的橋面跨度」這個潛在意思。不是英文功底特別紮實，土木通、地理通兼於一身的恐怕做不到這一點。

▲橋身太長時，設計者應考慮地球的形狀

我們偶爾會在周末討論和分享英語習慣用法和地理知識，如「雄關漫道真如鐵」中的「漫道」的最佳英譯，我們會聊《共產黨宣言》中文首譯本的翻譯者；從最新開通的西藏派墨公路、貝加爾湖的淡水量，談到春分節氣的晝夜平分；從北半球河流的右岸陡峭左岸平緩現象，科羅拉多河上的胡佛水壩談到他60年代後期在連雲港工作時設計的漿砌毛石雙曲拱壩（現衛星地圖上仍能找到該水庫和大壩）。

▲連雲港雲台山中的水庫大壩

汪總追求結構設計的完美，擅長化繁為簡，不提倡「複雜結構」說法。他凡事凡物打破砂鍋問到底不停探究，活學活用，融會貫通，舉重若輕，真正做到武學中的「無招勝有招」。汪總是我前進中的標杆，激勵着自己去迎接工程中的一個又一個挑戰。儘管我只能望其項背，但我一直冀望能達到他一半的高度。

Q3：最近閱讀的最有趣的一本書

記得最近一次出國是2019年夏天到日本京都參加中日韓高層建築論壇。疫情以來，國內出差少了很多，曾經的東航金卡也降至了銀卡。居家隔離更是將自己封閉在有限的空間裡。好在「當上帝為你關上一扇門的同時，還會為你打開另一扇窗」。這時，《National Geographic》（美國國家地理）闖入了我的生活，讓我雲遊世界。從小就是地理迷，如果不是歷史學科稍差，高中分科也許會選文科。之前一直買《中國國家地理》看，直至有一次出差在機場買了一本《National Geographic》的過往期刊。2020年4月初國內外疫情施虐的時候（當時武漢疫情嚴重，上海按比例居家辦公）在京東上訂閱了這本雜誌，至今已有20多期，陪伴着自己走過了兩個春秋。

依稀記得2020年5月底的一個雨天周末在公園亭子裡看這本雜誌，看到興奮時給大汪總（華東院對汪大綏大師尊稱，小汪總為華東院另一個國家建築設計大師汪孝安）微信發了其中一頁截圖，圖片內容主要介紹檞寄生植物、會打嗝的鳥、能識人臉的烏鴉及愛吃水藻的火烈鳥等有趣的動植物。我們還在微信里討論裡面的英語生詞。

雜誌封面永遠是經典的黃色邊框+主題圖片。雜誌「Looking at the earth from every possible angle」，天地之間，遍及地球每個角落，從世界之鼎「Everest Mountain 」（國內叫珠穆拉瑪峰）山頂的氣象站，非洲塞倫蓋蒂國家公園生態鏈上最重要的動物——野牛，南極洲大陸架的冰山融化和磷蝦的配額捕撈，冰島火山連續21小時噴發時的多姿多彩，到法國西南部地下山洞發現的2萬年前壁畫、阿爾卑斯山冰川下發現5300年前的冰人等世界100個考古奇蹟。埃塞俄比亞探險家兼記者Paul Salopek環球徒步24000英里，跨越非洲、亞洲和南、北美洲（目前行程過半），記錄沿途的風景和人間百態；《圖片中的2021》展現了全球疫情如何改變我們的生活；在第50個「地球日」（2020年）思考人類將如何失去或拯救這個地球，悲觀或樂觀地憧憬着第100個「地球日」（2070年）時我們的地球又將是什麼模樣。