中國建筑金屬結構協會
建筑鋼結構分會主辦
這座外表猶如波光粼粼湖面的建筑在世博浦西園區的企業館中格外引人矚目。建筑外表隨著風力大小的改變而發生變化，非常神奇。這座場館的設計者團隊是曾設計過國家游泳中心（水立方）的中建國際設計（CCDI設計集團）團隊，建筑師們延續了對“水立方”的情感，把這座方方正正的場館稱之為“電立方”。
國家電網館設計方CCDI設計集團（中建國際設計）主創人員向記者揭開本屆世博會國家電網館的神秘面紗，詳細解讀世博會電網館中所隱藏的建筑、結構、節能設計奧秘。這個優秀的建筑師團隊是在繼北京奧運上創造了“水立方”、全運會主場館“東荷西柳”的創意奇跡后又一次在中國重量級盛典上華麗亮相。
建筑看點――風鈴片鋪滿“電立方”
路過“電立方”的人都會被它的外立面所吸引。這個又有著“懸浮魔盒”名字的方形建筑外觀被風鈴片鋪滿。微風吹過，建筑立面將隨風一起舞動，宛若平靜的湖面打破成漣漪，顛覆了建筑立面傳統的厚重感，帶來全新變幻的外觀效果。
風鈴片的覆蓋使整個“電立方”變得輕盈，每時每刻都會隨著周邊環境的不同，變幻出不同神奇外觀效果，所有這些效果都是在自然風的吹拂下實現。
到了晚上，風鈴片下的LED屏在夜間閃爍，傳遞了神秘、夢幻的視覺效果，加上夜間風鈴片同樣也會隨著自然風形成不同的外觀，兩者相疊加，讓所有觀眾在室外就領略到國家電網館的非凡魅力。
CCDI主任設計師、國家電網館項目設計師陳宇告訴記者，國家電網給人的第一印象就是遍布祖國各地的高架鐵塔，正是有了這些鐵塔才能將源源不斷的電能從各個發電站輸送到了千家萬戶。因此在建筑的其他立面設計采用了斜向交叉網格的形式，這種斜交叉的網格形式與高架鐵塔的斜交叉鋼架一脈相承，使人們看到場館就能感受到電網所傳遞的能量與信息，使場館具有了電網特有的企業形象和特征。
節能看點――“借光現身”做到極致的外立面照明
談到“電立方”的外立面造型設計時，CCDI機電副總工程師、國家電網企業館機電總負責人毛紅衛驕傲地說：“除了好看，‘電立方’更在節能方面有自己的理念，我們敢說這一點是上海浦西8個企業場館中最為特別的一個。”
毛紅衛說，在做外立面造型設計之初，設計團隊已經意識到，在世博會這一爭相斗艷的舞臺上，各個企業所建設的場館一定是一個比一個亮。LWD燈和屏幕的大量使用是再自然不過了。于是，設計師們選擇了與眾不同的做法，“借光現身”。
在“電立方”的外表面上，設計師們用可以發生反射的鋁箔來拼接一塊塊金屬板，每一塊金屬板的表面又布滿了風鈴片。這樣，整個建筑物可以通過反射周圍的光線而顯現自己，夜晚看上去，一個個發光的線條，阡陌縱橫地勾勒出“電立方”的外部輪廓，很美卻很內斂。
“設計理念出來了，實現它卻不是一件容易的事”，毛紅衛談到。設計師們擔心鋁箔的反射率過高，會影響到建筑物周邊司機師傅的駕駛。于是就用2米×2米的模型在現場做實驗，對材料進行進一步的研究。在鋁箔的背后放上小窟窿，這樣一來就會發生漫反射；然后再實測行車的安全性能，最后才找了最佳的解決方案。
“當然，在外立面的內部，我們還是鑲嵌了一些LED燈，當周圍沒有燈光可以借到的時候，自己也要發一些光。” 毛紅衛介紹到，“目前，人們對‘電力方’外立面設計的反響都很好，雖沒有大富大貴的感覺，但達到了照明的要求，又降低了能耗。”
此外，毛紅衛還向記者透露。“在世博會之后，構成‘電立方’的鋼結構、建筑立面采用玻璃及穿孔鋁板的雙層幕墻體系及部分聚碳酸脂板均可實現回收再利用。”
人性化看點―― 舒適等候區
在記者看來，在“電力方”中最為稱奇的還要數設計師們對建筑的人性化設計。
國家電網館的設計師們之前分別參加過北京奧運場館的設計。在奧運場館開放期間，設計師們發現在企業館外面等候排隊的人要格外的多。特別是在一些企業館門前，即使驕陽似火，小孩子們為了進到里面可以拿到他們喜歡的贈品，都樂此不疲地堅持。“在上海世博會上，這種場景不是又要發生了？而且世博會的狀況也許要比奧運會更為嚴重。”因為從氣候長來講，上海不僅比北京普遍溫度要高很多，而且上海世博會要從5月展覽到到10月，跨國了整整一個夏季，排隊等候的人群更容易中暑。
在上海夏季的室外，到底有多少小時就會讓人感覺不舒服甚至出現中暑等不安全情況呢？
為了搞清這一問題，CCDI 的設計團隊查遍國內所有的標準規范，并沒有找到這樣一份能表述全國各地在何種溫度、風速、濕度、熱輻射曲線條件下，人在室外會感到不舒服的時間極限。于是，研究人員又把調查轉向國外標準。開始，他們找到了一份美國室外舒適度標準，然而室外踏青、燒烤、吊床休閑等類似的娛樂方式，因為心境愉快，所以即便人們在戶外暴曬很長的時間也不會感到不舒服。然而上海世博會內等待的環境不會那么悠閑和舒適，如何界定不安全的等待區域？于是研究人員又找到了美國軍人的訓練標準，最后確定了一個比美國軍人訓練標準要高，比美國戶外舒適標準要低的標準方案。
為了得到了明確的數據，CCDI的機電團隊查找歷史數據，進行了嚴謹的科學分析：世博會展示期5月1日至10月31日總計184天，按每日9:00―18:00有太陽直射考慮，共計1840小時。 通過歷史數據分析，設計師得出：在世博期間，不滿足舒適小時將會達到901小時左右，為世博期間小時數的20%，不滿足人們安全小時為203小時左右，為世博期間小時數的5%。這組數據是令人擔憂的，設計師們必須在國家電網館設計等候區的設計上使它的數值減至最低。
為何不在建筑物里設置等候區呢？于是設計師們把整個國家電網館抬了起來，采用“建筑自遮陽”，為排隊等候進入場館的參觀者遮陽擋雨。被抬高的“盒子”不僅解決了遮陽的問題，從視覺上更是讓這個盒子“漂浮”了起來。
考慮到無風期等候區的通風問題，設計師們采用了在國外曾采用過的增強型通風系統，也就是太陽能集熱器加熱天井內空氣，利用熱壓形成自然的太陽煙囪拔風效果。在太陽煙囪作用下，靜風期人員等候區域的風速會達到0.12米左右/秒，始終保持微風習習，讓參觀者不必為在悶熱的高溫環境下排隊而擔憂。
此外，國家電網館還采用了細水霧降溫系統降溫，使人員等候區空間的溫度能夠進一步下降，特別是相對濕度較低而氣溫較高的天氣，陽光輻射強烈的正午，噴霧降溫所起到的作用更為明顯，可降溫1～2℃。細水霧降溫加大了通道與天井上部空氣的溫度差，增強了通風效果。
“不要小看對建筑節能技術的整合”，毛紅衛說道，“就是這套 ‘遮陽+自然通風+太陽煙囪+噴霧降溫’整合在一起的集成設計，不僅大大改善了參觀者排隊等候入場的舒適度，更將節能環保理念發揮到了極致”。這些措施使世博會期間統計不滿足舒適小時數從901小時（20%）降至381小時（9%），不滿足安全小時數從203小時（5%）降至48小時（1%）。
結構看點――結構建筑相互呼應，功能形式完美結合
建筑的美妙構想都會由結構來幫助實現，這么一個奇妙的建筑通過采用許多先進的結構技術使之實現，也是結構技術的濃縮。
CCDI結構事業部副總經理、國家電網企業館結構總負責人趙旭千表示，結構主體采用交叉柱網，與建筑樓屋蓋結構共同形成了空間結構，正交斜放的四邊形空間剛架結構實現了建筑師對外立面的構想。而且建筑四角沒有設立角柱，使得外立面的交叉網格更加流暢；主立面沒有常規建筑的樓層水平構件，保證了建筑立面構想的完整實現。
整個建筑的主體鋼結構外墻采用四邊形正交斜放柱網，樓、屋面跨度較大處采用雙向正交上承式平面桁架，樓、屋面跨度較小處采用實腹井格梁。桁架上弦為軋制H型鋼，下弦和腹桿均為圓鋼管，井格梁采用焊接H型鋼梁。樓面采用壓型鋼板混凝土組合樓面，屋面采用彩鋼板屋面，屋面滿布水平支撐。樓面、屋面以及正交斜放柱網共同組成一個空間的抗側力結構體系。
支承魔盒的四根鋼柱均采用箱型截面，采用埋入式剛接柱腳；魔盒共6個面，每個面均采用雙向雙層正交空腹平面桁架，在魔盒的每個棱邊均布置支撐對邊緣構件進行加強，6個面的桁架結構以及支撐共同組成一個空間的剛架結構。由于魔盒采用了空間結構，因此內部無支撐構件通過，保證了魔盒內部空間的完整與開暢。同時魔盒內部有一16m跨度人行天橋，采用平面張弦梁結構，展示了結構的美感。
低碳看點――多項技術綜合運用，綠色環保低碳節能
設計充分考慮世博其間上海的氣候狀況，結合場館的實際需求綜合考慮，采取多種手段實現低碳節能的目標。
在空調方面，場館內部因人員密集，因此新風比例較高，根據場館內實際情況設計了針對企業館的氣流組織方式。按照常規做法，建筑需要設排風系統將室內的空氣排出以保證新風進入，而本設計中考慮采用入口門廳敞開方式代替傳統的排風系統，敞開門廳所流出的空氣冷量與排風系統帶走的空氣冷量一致，不會造成多余的能量流失，還能將排風系統自身消耗掉的能量節省下來。同時采用此方式不僅能滿足新風排風功能上的需要，也能滿足入口內凹門廳人員舒適度的需要：與架空排隊等候區不同，入口內凹門廳為建筑內的灰區域，為通風死角，敞開門廳壓出的大量有一定冷量的空氣剛好保證了這一區域的舒適性，結合架空排隊區的通風系統、細水霧降溫系統，充分滿足參觀者在電網館等候參觀離館全過程的舒適性。
CCDI電氣副總工程師、國家電網企業館綠色照明負責人李興林說，建筑主立面“魔盒”的絢麗效果日間也是不需要任何能量完全通過自然風實現的，也夜間效果由于采用的是大間距的LED燈陣因此也將能源消耗降至最低。
在建筑材料方面，結構體系采用了鋼結構形式，建筑立面采用玻璃及穿孔鋁板的雙層幕墻體系及部分聚碳酸脂板，所有這些材料都是可回收再利用的。
同時建筑采用了多種新技術實現節能減排的目標，建筑立面將太陽能光伏系統結合其中，不僅形成了機具科技感現代感的建筑立面效果，而且總面積約800平方米的太陽能系統為建筑提供了部分所需的電力。光導照明將陽光利用光導纖維引入室內，在VIP區域和展示區內演示其效果，向參觀人員推廣生態環保的理念。
項目管理看點――跨專業多領域配合
由于世博會的特殊性，項目注定是一個不同以往的跨行業多領域配合的綜合性項目。CCDI的設計師們更是在這個與傳統建筑項目不同的項目中加入了更多與策劃、展示、運營方的溝通。
CCDI國際業務室負責人、國家電網企業館項目經理閻立新告訴記者，首先設計團隊采用了一種新的建筑設計技術――BIM來解決建筑專業內部的各種碰撞問題。BIM是Building Information Model的英文縮寫，即建筑信息模型，通過參數化的建筑模型將建筑實際的各個階段、系統、細節等體現出來。BIM技術的使用很好的將原來二維的圖紙變成了三維的模型，各個專業的信息更加清晰、一目了然、減少了碰撞，而且在與業主溝通和現場施工的過程中，可視化的模型使溝通更有效率。
在基本解決了建筑內部的功能問題后，及時有效的將最新的建筑部分資料提交給展示、運營方，同時組織多次溝通，聽取反饋意見，在遵循建筑法規要求的前提下調整圖紙，以保證場館建筑能滿足各方面的使用需要。
綜合了各方意見要求的圖紙交付現場施工單位后，設計團隊考慮到項目的特殊性，根據實際要求安排人員定期到現場進行施工配合，由于項目的多專業跨領域性，同時采用了大量的新技術，因此現場服務任務繁多，設計團隊克服配合時間周期長、技術難度大創新度高等各方面困難，在業主方的協調保障、果斷判斷、全力支持下，保證了場館建設在預定的建設周期內高質量的完成。
專題：2010年上海世博會
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