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[分享]案例赏析|结构的力量,参数化时代的机场设计
转自微信公众号《中国民航》
大兴机场是对中国整个建筑行业的一个考验，背后支持大兴机场建设的，是中国这些年来建筑行业的整体提升。
——北京市建筑设计研究院有限公司
第四建筑设计院副院长王亦知
在确定建筑方案后，接下来的所有事情就都落到了中方的北京市建筑设计研究院与中国民航机场建设集团公司组成的设计联合体身上。
北京市建筑设计研究院有限公司，简称北建院，即原北京市建筑设计研究院（BIAD），是与共和国同龄的大型国有独资建筑设计公司，国家大会堂改造、国家大剧院、国家会议中心、首都机场T3、深圳机场T3等诸多重要的国家工程都出自北建院之手。中国民航机场建设集团公司，简称民航院，由中国民用航空局主管，承担了国内70％以上机场的规划与设计。
工作中的北建院设计团队
2015年春节过后，北建院便开始接手航站楼施工图的设计工作。北建院组建了由五十多人组成的设计团队，同时也雇用了庞大的顾问团队，“在哪个领域，哪个团队最顶尖，我们就雇他们作为顾问，共同参与到大兴机场的设计中。”北京市建筑设计研究院有限公司第四建筑设计院副院长王亦知说。“新机场开始初步设计时，距离2008年北京首都机场T3落成才不过六七年的时间，但是从设计方法到施工手段，却好像完全是两个时代的事儿了。”
在复杂的外表皮的细化设计过程中，从结构到表皮再到机电，从设计到施工，全部都是通过电脑模拟出的三维模型对接的，过去人们脑海里想象的一张张二维“图纸”，已然成为过去时，只在最终需要部门确认签字的时候，“象征性”地出现一下。
可以说，整个机场都是“算”出来的。
作为航站楼的“骨架”，钢结构是航站楼建筑的重中之重。北建院结构总工程师、大兴机场结构设计负责人束伟农告诉记者：“刚接到大兴机场的建筑方案时，我认为这个机场的结构设计是有难度的。难点之一就是当时方案中的C型柱设计，它连接整个机场的屋面系统和地面，起到对整个建筑的支撑作用，非常关键；另外就是从航站楼正下方穿过的轨道交通系统，从结构力学到抗震、消防的功能要求，都为机场的结构设计提出了巨大挑战。”
大兴机场航站楼屋面投影面积达34万平方米，其中，核心区18万平方米屋面仅用8根C型柱支撑主体结构。备受瞩目的“C型柱”在旅客眼里或许只是一根根优美的曲线和动人的光影协奏，但实际上，它是整个机场航站楼中最重要的支撑结构，它连接着屋面系统与地面，承载着来自水平、垂直各个不同方向的力。
“C形柱”支撑的屋面系统
在最初的设计方案中，C型柱只有6根。经过北建院团队的测算，取消了原方案值机大厅内的10根立柱，以另外两根C型柱代替，并且将所有C型柱的方向都进行了反转。这样做使室内的支持结构更为纯粹，力学分布更加合理。另外，C型柱连接屋面部分带有采光功能，本来中央天窗位置采光就已经非常充裕，反向C型柱的设计可以将光线分散到其他区域，让航站楼自然采光更加均匀合理，进一步降低照明能耗。
就航站楼整个钢结构的屋面系统来说，结构之美与建筑之美已然合二为一。
建设中的钢结构屋面系统
令许多人赞叹不已的中央天窗，有人说它像中国传统窗花，有人说它像雪花，也有人说它像祥云……总之，它不仅仅是航站楼造型中的点睛之笔，同时也是一个重要的空间结构。
中央峡谷区效果图
据王亦知回忆，航站楼天窗的造型“找了很久”，因为它需要的不仅仅是一个优美的造型，同时还要在结构上合理。今天人们看到这些美丽的“窗花”，是完全采用最先进的BIM技术构建模拟实体三维，在电脑里用虚拟方式进行调整，最终形成的方案。编织出来的网格结构，令人赞叹。
为了保证良好的隔热性和避免直射光进入室内，北建院在设计过程中还联合供应商创造性地设计出了在两片钢化玻璃间添加金属网的创新性遮阳方式，能够将60%的自然直射光线转换为漫反射光线。
“因为遇到的许多问题都是全新的，史无前例的，所以在大兴机场的设计和建设过程中，我们团队为了应对这些复杂的问题，也不得不创造出了许多‘专利’。”王亦知说。
大兴机场航站楼屋面钢结构为双曲面造型，屋檐最大悬挑47米，高低落差达到27米，耗费118723个杆件，20772个焊接球，连接指廊的6条采光天窗，使航站楼核心区安装合拢线达到2600米，造型与施工难度可想而知。
钢结构屋面系统还面临的巨大的考验就是其防风性和面对温度变化时所带来的物理性能挑战。为了保证建筑的安全性，大兴机场的屋面系统均通过了严格的测试实验，确保其投入使用后的安全性和耐久性。2019年3月，大兴机场航站楼获得了“中国钢结构金奖年度工程杰出大奖”。
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