要说上海最近热门的“打卡”地 ， 上海天文馆一定稳占前三名 。 除了精致的展品 ， 其建筑本身也是一件精密的“天文仪器” 。 上海天文馆项目中方设计总负责、华建集团上海建筑设计研究院总建筑师刘恩芳介绍 ， 上海天文馆的设计出发点是以建筑语言来表达天文学概念 ， 运用轨迹、球体、曲线、悬浮等手法 ， 创造出独特的建筑形态和空间 ， 让人漫步其中 ， 处处可以体验到天文现象 。
用建筑语言来讲述天文学
从上空俯瞰上海天文馆 ， 主建筑以优美的螺旋形态构成“天体运行轨道” ， 而整个建筑群通过弧形轨迹的路径 ， 像星空一样分布在大地上 ， 独立而有机 ， 构筑了建筑与周边场地的呼应 。 刘恩芳举例道 ， 设计团队巧妙地调整天文馆球体与滴水湖的比例 ， 正好映射了“地球”和“太阳”的关系 。
漫步在天文馆内 ， 环形而上的步道、“漂浮”在空中的球体 ， 处处打造“悬浮感” ， 拉近人与宇宙的关系 。 在华建集团上海建筑设计研究院结构总工程师、空间结构院院长李亚明看来 ， 上海天文馆是一个空间复杂的场馆 ， 要放置的元素很多 。 而最大挑战来自于结构体系与材料的选择 。 馆内独具特色的圆洞天窗、球幕影院和倒穹顶三个圆形元素构成的“三体”结构一直被人津津乐道 ， 然而在设计建设中 ， 这些都给结构工程师们带来了极大的挑战 。
圆洞天窗位于天文馆主入口的上方 ， 圆洞的倾斜角度与太阳的高度角相对应 ， 穿过“圆洞”的日光在下方广场上形成光斑 。 随着时光流逝 ， 光斑在广场和倒影池中移动 ， 让参观者感受到时间变幻的光影 。 圆洞天窗配合特殊的地面铺装形成了一个简易的日晷 ， 实现了建筑本身成为天文观测装置的设计初衷 。
圆洞天窗采用悬挑结构 ， 上方是主展览的二层展厅 。 在悬挑距离超过40米、跨度超过60米、相当于4个标准的篮球场的范围内 ， 下方没有一根柱子或其他支撑结构 。 李亚明说 ， 大悬挑大约2000吨的主体钢结构支撑都在两侧钢骨剪力墙上 。 由于跨度过大 ， 在悬挑端部 ， 结构会带给人群明显的振动感 ， 对于观展体验和结构安全都非常不利 。 “经过计算 ， 结构工程师安装了10个1吨的质量调谐阻尼器 ， 通过现场调校阻尼器的频率 ， 来‘吸走’主结构的振动能量 ， 确保展厅使用的舒适性 。 ”
异形曲面建筑背后有神秘推手
球幕影院之所以能打造成“漂浮”在空中的球体 ， 靠的就是球体侧面6个支撑点来“拉”住混凝土壳体 。 李亚明告诉采访人员 ， 说说简单 ， 但6个支撑点的位置以及荷载能力 ， 都是靠计算机严密的分析 ， 以及不断实验论证出来的 。
为了重新创造一个地平线 ， 让天文爱好者不受任何周围建筑物的干扰 ， 来观察斗转星移的倒穹顶 ， 则是一个观星平台 。 为了实现这一设计理念 ， 结构设计师们设计了3个巨型混凝土柱 ， 布置成倒锥形 ， 然后在椎体顶部和中部设置两道环梁 ， 形成了一个稳定的倒锥台 。 之后则在顶部设置一个倒置的铝合金网壳 ， 轻轻托起倒穹顶结构 。
上海天文馆造型奇特 ， 几乎没有一面墙、一个屋顶是平直的 ， 这样一个异形曲面的建筑究竟是如何落地的？设计师们用怎样的方法才能让建筑工人们用最短的时间建造出来？李亚明说 ， 这全部得益于一个神秘推手——BIM技术 。 所谓BIM ， 就是建筑信息模型 ， 也就是在计算机里 ， 通过设计软件 ， 搭建好一个上海天文馆的模型 ， 将建筑设计、结构设计、机电设计统统融入到一个模型中 ， 综合解决问题 。
【天窗|上海天文馆“三体”结构让建筑成为“天文仪器”】