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《高寒高海拔地区的当代建筑实践》

  • 《高寒高海拔地区的当代建筑实践》
  • 2022-04-07 09:27     来源: 设计本     浏览量:875

人类本来默然,是意象说出话语。因为显而易见,唯有意象能与自然并肩偕行。  

——鲍里斯·帕斯捷尔纳克


在“新冠”疫情的裹挟中前行,突如其来的暂停键,让我们思考着人与人、人与建筑的关系。建筑是否是冰冷的水泥盒子?是否只是人类避身的容器?或许,建筑也是从土地上生长出来的“大树”,是人类意识的居所。


技术难点


然乌湖营地是我们西藏项目中场地环境温差最大的一个,季节温差及昼夜温差都非常大。极端情况下,单日温差超过40度。这对建筑材料、建筑设备的选择带来非常多的限制。


《高寒高海拔地区的当代建筑实践》


除了温差,极端天气也十分影响正常施工时间安排。 西藏大部分地区一年有超 过 5 个月的冰雪天气,夏季突发的雨雪、高温、大风等恶劣天气使得一年当中可 以正常施工的时间和周期非常有限。 邦达旅游集散中心所在的邦达草原, 每年 10 月底开始下雪,一直要到次年5 月左右冰雪才能解封。 


建设中的邦达旅游集散中心©小隐建筑


由于西藏地形复杂,大部分地区道路崎岖、 弯多弯急、隧道涵洞密布, 泥石流 塌方等造成道路损毁的情况时有发生,这对施工材料和施工设备运输带来非常大的影响。 超过 13 米的建材几乎无法运达施工现场,大型施工设备如吊车、打桩机等无法运送,道路损毁和恶劣天气也会导致运输时间的不可控。  


高海拔对施工人员身体体能是一项非常大的挑战,然乌湖海拔 3900 多米, 2016 年项目开工不到半个月,第一波工人就集体撤场, 怒江观景台海拔 2800 多 米,仅做桩基础打孔工作就换了6 波工人。很多低海拔地区的施工人员根本无法 适应高海拔气候, 这也导致施工人员的选择变得局限。 另外,高海拔对一些施工工艺也带来非常大的挑战, 如电焊、 混凝土浇筑、金属板材的安装等等。  



天路72拐©小隐建筑


怒江观景台项目地©小隐建筑


材料与结构

 

谈不上独创性的研究,大部分建造手段都是日常的,或是前人用过但被大 众逐渐遗忘的,我们只是选择了合适的建造方式来解决问题。而关于施工建造的 独创性, 我们认为还是要依靠革命性的新材料研发才能得以实现。  


考虑到高寒地区的温差极大,在进行建筑选材时,要避免采用变形系数大的板材 作为建筑材料,这些材料容易受温差变化导致老化、变形、脱落的加剧, 于此, 应主要选用石材、 木材、水泥制品、 当地本土材料和一些变形系数小的金属材料。


施工工艺方面,要尽可能多的采用胶粘的施工工艺,而尽可能少采用水泥粘 接的施工工艺。一方面高寒地区施工周期短不利于水泥粘接施工,极大的温差和 冬季冰冻会造成水泥粘接大量的开裂、剥落、 脱落、碱蚀等等。  


然乌湖营地建筑主体为钢结构,外观主材经过多番周折,最后选定白色水泥纤维板、红色耐候钢板、现场筛选的卵石、废弃火车枕木等。项目建成后一度成为318国道沿线的标杆项目,在西藏地区颇具影响力。怒江72拐峡谷观景台现在还在施工,建成后会是西藏地区独具特色的体验挑战项目。其中一号观景台主体是钢桁架结构,从悬崖上出挑27米,外观主材是红色耐候钢板和进口SGP夹胶玻璃。  


然乌湖营地©存在建筑摄影


△ 然乌湖营地  摄影:存在建筑


8怒江观景台效果图©小隐建筑.jpg

△ 怒江观景台效果图  ©小隐建筑


邦达旅游集散中心,建筑主体也是钢结构,坐落在海拔4200米的邦达草原,外观主材采用白色陶瓷薄板、铝单板、当地片石、石板瓦等。拉萨奔驰全球服务中心紧邻文成公主剧院,远眺布达拉宫,建筑主体也是钢结构,外观主材是白色和藏红色陶瓷薄板、深灰色的高强度合金铝板。


△ 邦达旅游集散服务中心效果图  ©小隐建筑



△ 拉萨奔驰全球服务中心效果图  ©小隐建筑


在西藏这种交通运输不便、施工周期受天气影响非常大的地方,钢结构是非常理想的建造方式,现场施工量少、安装快捷、综合造价可控。这些项目的外观主材共同特性是耐候性好,施工工艺相对简单,简化现场操作,利于项目落地。考虑到地区特殊条件,合理的施工时间和施工工序规划,也可以避免冰雪期和突发恶劣天气给施工建造带来严重的不良影响,从而保证项目进度。 


11然乌湖营地©存在建筑摄影.jpg


△ 然乌湖营地  摄影:存在建筑


然乌湖营地构造分析©小隐建筑


从这个角度来说, 我们完成的不仅仅是狭义上的设计, 更要从设计的角度先行考虑项目落地偏远地区受到的制约。在设计初期就要尽可能多地考虑到材料运输的问题,避免采用大规格的建材。高寒地区采用钢结构建造时,要特别注意结构构 件的合理拆分,保证材料科学的力学性能前提下,将材料拆分为便于运输的尺寸 规格。同时很多大城市常用的设备都很难送达,要考虑合理的施工措施和机械设 备以及考虑好替代的施工手段,确保施工建造的顺利开展。  


怒江观景台效果图©小隐建筑


 怒江观景台钢结构模型©小隐建筑


怒江观景台钢结构安装拆分模拟©小隐建筑


高寒高海拔地区对施工人员身体体能、心理承受都是非常大的挑战, 因此需尽可能避免复杂的施工工艺。理性选择合理的工艺做法和施工措施,提前在项目地区做好各 类施工咨询工作, 避免盲目追求“ 高技” 导致的“ 水土不服” 造成资源浪费。  


这些技术问题藏区的项目都会遇到,怒江观景台项目是非常典型的代表,这个项目几乎可以囊括藏区所有项目遇到的问题。怒江观景台项目从设计之初,我们就提出了“挑战”的理念,除了提供给游客关于“挑战”的体验之外,项目本身的设计和建造也是对高海拔地区工程建设的一次重大“挑战”。


怒江观景台效果图©小隐建筑


观景台选址在一处悬崖之上,与怒江落差 110 米,场地横跨 260 多米的怒江,且 正好处于河谷风口,北岸紧临 G318 , 但南岸却没有道路设施,可达性非常差。从 一开始的地形测绘、地质勘查开始, 设计工作就困难重重。


为了营造天路 72 拐、怒江峡谷“ 险中求险” 的西行体验, 设计方案也做了非常大胆的尝试和挑战。后 续做了大量的专项设计论证工作,地灾评估、 风洞试验、 TMD 计算、悬臂钢结构施 工模拟等等,为后续的施工建造提供了足够的技术支撑。

 

建设中的怒江观景台©小隐建筑


同时,怒江观景台空气稀薄,含氧率低,常年伴随六级以上大风,两岸山体表层 地质结构不稳定, 雨季期间泥石流及落石现象时有发生,施工安全隐患极大。观 景台建设过程中, 我们和施工团队一起攻克了不少难题。  


难题一: 测绘和测量放线。 由于项目建筑物、 构筑物的分部横跨 260 多米的怒 江,怒江南岸只有仅能单人通行的崎岖毛路, 需手脚并用才能通行。前期虽然做 了 1:100 的详细地形图,在实际测量放线时也困难重重。有些点位处于悬崖峭壁 上,河谷的风非常大,无人机无法精准操控, 只能选择 RTK 测量仪人工放线,没 有临时施工便道, 只能绑安全绳悬吊在悬崖上开展测量放线工作。  


怒江观景台的场地现状©小隐建筑


难题二: 基础开挖。观景台位于天路 72 拐和怒江虎跳峡之间,特殊的地理位置导 致大型机械无法通过。观景台地基采用桩基础,桩基础处于悬崖峭壁上的不同面 层,无道路及平整施工面, 条件限制只能选择人工水磨钻方式进行桩基施工。


桩 基最深达 35 米,下部全部为岩石,而且岩层不断变化, 多数岩层的岩石坚硬且密 度很大, 更换了市面上 50 多种钻头都无法达到钻孔需求,项目部送取岩石样品至 重庆、山东等刀具厂家进行岩石分析定制钻头,才配置出适合本项目的定制钻 头。桩基础的施工历经半年之久,更换了 6 个施工班组,经过数百人的努力才得 以完成。  


悬崖边打桩的水磨钻群©小隐建筑


难题三: 人员、设备和材料的运送。 施工人员和材料在施工现场的转运也是一个 难题。怒江南岸没有施工便道,施工人员需要驾车绕行几公里, 从临时钢桥跨过 怒江,再步行至施工点位, 在海拔 2800 多米的条件下, 工人从施工板房到达施工 点位需要接近 2 个小时,来回耗费约 4 个小时(无负重的情况下)。


观景台基础 为钢筋混凝土深桩基,主体为高等级钢结构, 外观主材为混凝土、钢构件、耐后 钢板、不锈钢、 特种玻璃等。用于怒江南岸的材料虽然经过多次的设计拆解,但 仍然非常重,单靠人力无法送到。一些中小型的施工机械(挖掘机、破碎机、空 压机等等)也无法到达南岸。


为此, 项目部先搭建了临时跨江滑索,保障施工机 械的两岸来往,后来又架设了货运滑索,保障施工材料顺利送达南岸。同时,多方努力将一台 100 吨吊车送达南岸施工现场, 并在怒江北岸搭建了 60 式塔吊。施 工材料运达现场后使用吊车卸货,再使用塔吊转运至过江吊装平台,在通过滑索 送达对岸,之后只得采用人工方式转运至各施工部位, 前后需要至少 4 次转运。


悬崖边打桩的水磨钻群©小隐建筑20跨江货运滑索©小隐建筑.jpg

△ 跨江货运滑索  ©小隐建筑


悬崖边的塔吊和吊车©小隐建筑


难题四: 混凝土浇筑:主要结构体系,结构师禁止使用自拌混凝土,必须采用高 等级商混保证结构质量。距离项目地最近的混凝土搅拌站在八宿县城,相隔 40 多公里,车程时间 1 个多小时。搅拌车无法到达怒江南岸,由于搅拌车太重,也无 法通过货运滑索过江。


为此在怒江上搭建了 150 米左右的便桥, 在便桥上铺设混 凝土输送专用管道,将混凝土打到对岸。混凝土输送过程经常发生堵管的情况, 发生堵管则必须在一小时内立即疏通,否则混凝土凝固,输送管道报废, 需要切 断再重新铺设新的管道。另外由于搅拌站距离太远,搅拌车运输过程耗费时间 久,跨江的输送也非常复杂,所以每一车混凝土都需要争分夺秒,合理安排好整 个运输和浇筑流程,稍有不慎,一车混凝土就废了。


跨江便桥©小隐建筑


输送管道进行跨江混凝土浇筑作业©小隐建筑

怒江南岸混凝土浇筑点位较 多,部分悬崖顶部的少量栈道点位因输送距离太长,实在不能采用混凝土输送管 直接浇筑,经结构师同意, 采用自拌料方式工作,在满足质量要求的前提下,施 工效率极低、进展缓慢。   


自拌混凝土浇筑©小隐建筑


难题五: 悬崖侧壁基础施工。观景台的跨江玻璃吊桥需要在悬崖侧壁进行隧道锚 碇基础施工,隧道锚碇 30 米深,作业面距平台 20 多米高,下部便是涛涛怒江, 机械没法到场,只能在悬崖上搭建脚手架组群,采用空压机风镐凿进,由于山体 表层石头有风化松动的情况,施工过程中,山体上方常有落石掉落。   


侧壁基础施工中搭建在悬崖上的脚手架©小隐建筑


崖壁上的隧道锚©小隐建筑


隧道锚钻掘作业©小隐建筑


难题六: 钢结构吊装。观景台为钢桁架结构, 悬臂端外挑 27m, 悬臂支座附近桁高 2.4m,桁架高度由支座处向悬臂端逐渐减小, 悬臂端桁高 1.5m, 离怒江垂直高度 约 110 米。根G318 的运输限制,综合考虑分析决定, 桁架在工厂分 46 段制作 运输至现场,在现场拼装后再进行吊装,其中悬挑部分主桁架分为 26 段。由于吊 装对悬臂结构的预起拱、焊接、控制点位移等要求极高,加上现场随时伴有大 风,整个安装过程对工人要求之高, 在西藏地区是罕见的。  


隧道锚钻掘作业©小隐建筑

 文化的调和共融


有接触交流,自然就有冲突。更为重要的是如何化解冲突,到达共识共赢。无论 是“ 宗教信仰” 还是“ 地方保护”, 尊重是大前提。对当地“ 宗教信仰” 提前做 全面的了解是避免冲突的最佳方法, 这方面的冲突是要杜绝的, 否则会引起及其 严重的矛盾。“ 地方保护” 方面,提前了解当地一些俗成的“ 社会约定”,协同 当地政府和“ 地方代表” 做好沟通, 达成多方共赢共同发展的共识,为施工建造 提前扫清障碍。  

 

建设中的邦达旅游集散中心©小隐建筑

 

首先是尊重, 在尊重的前提下探索突破和创新的可能性。在临近城镇、村庄的地 方,在生活习俗、 建筑形制、装饰、 材质、色彩等方面,尽可能与周边形成和谐 的建筑文化基调。 在远离城镇、村庄的地方, 我们更多是关注建筑与自然的关 系,让建筑更好的融入自然环境当中,在此基础上把地域文化的一些特质做一些 重点的表达,比如信仰、色彩、传统元素等等。时代在不断的进步,在尊重当地 的前提下,当地人也在希望与时俱进,介入一些当代的、新的理念和思想,能促 进相互的发展、进步、融合。  


邦达旅游集散中心和拉萨奔驰全球服务中心紧邻城镇, 尽可能的与周边民居和当 地传统建筑元素去呼应, 然乌湖营地、 怒江观景台远离城镇, 设计上更倾向当代, 与自然融合。


△ 然乌湖营地  摄影:存在建筑


32怒江观景台©小隐建筑.jpg


绿色建造


建设肯定就会有一定的破坏,设计策略上我们会从建筑选址、建筑介入大地的方式、建筑材料、建筑构造等多方面去思考“ 绿色建造”。不去破坏原有地势和大树是基本原则,在藏区小规模的草地、地被植物的恢复还是相对容易的, 但是种树是非常困难的事情。所有项目我们都充分利用地形, 因地制宜,避免大挖大填,我们选择钢结构和预制装配为主的建造方式,也是为了降低施工建造对环境的影响。  

 

例如,然乌湖营地选址在一片泥石流冲沟堆积而成的荒地上,建筑整体架空,一 方面是为了应对北侧 G318 雨季的洪水,另一方面,是为了尽可能将土地还给自 然,种植草地和灌木,同时在旁边上百亩荒地上植树, 几年过去树木长成,营地已然处在丛林之中。  


△ 然乌湖营地选址泥石流冲沟  ©小隐建筑



342021年营地长大的树木©小隐建筑.jpg

2021年营地长大的树木©小隐建筑


有的项目位于比较荒凉的地方,建筑对环境的影响非常小,反倒是环境不太适合 建筑的发展,我们改造环境,植树造林、发展果林经济等等,以人力去改善和营 造一个更“ 绿色” 的自然环境。


怒江观景台矗立在一片荒漠悬崖之上,希望打造 G318 沿线极限挑战的旅游地标,通过观景台衍生出更多旅游项目,发展当地经济。为此政府在观景台北侧规划种植大规模的果林,数年以后, 这片荒漠定会被 绿荫庇护。  

 

怒江观景台北侧新种果树©小隐建筑

经济及市场效益


所有业主的需求基本都是一致的:生存和发展高原地区的发展离不开大家的参 与。然而,高海拔对人的身体机能和生理感受都有非常大的影响,很多商业活动 在这些地方都没法开展,结合业主的资源一起探索适合项目的商业业态, 并研发 对应的产品是一个非常艰难的过程。 为了提高人们的活跃度,更好的感受高原生 活,建筑设计也需要更多的考虑人在高海拔地区活动的舒适性, 供暖、供氧、合理的交通规划等


经济、市场与建筑设计间是一个相互作用的过程,很大程度上经济及市场效益会直接影响一个场所的活力。在正常的情况下,场所的吸引力决定了人们是否愿意参与进去,促进这里的经济及市场。这时,一个好的设计方案对一个地方的发展有着非常重要的促进作用,这种作用力是以点带面的,是高效的。建筑是服务于人的活动,人们是否愿意参与进去,直接决定了建筑场所的活力,而一个场所的活力很大程度上又决定了经济及市场效益。


然乌湖营地©小隐建筑


然乌镇人口 1496 人,共 133 户。然乌湖营地落成后, 引入“ 农业电商”,为当地 村民提供了一个农特产品对外营销的平台,带动贫困户 60 户,人均收益从 3 千元/ 年(工资收入)不到提高到 3.5 万元/ 年(工资收入), 项目年扶贫分红 400 万 元,带动周边新建酒店 45 家,全面改善游客居住环境。怒江观景台目前已为当地 增加了至少 48 个就业岗位,就业收入超过 300 万元/ 年。期待观景台落成后,能为区域旅游赋能, 为这片热土的发展注入新的活力。  


然乌湖营地©小隐建筑






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