上海天文館造型夢幻 背後是工程師的鬼斧神工

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上海天文館的布置中有哪些深意？

上海天文館的設計靈感來自「三體」，不過這個「三體」並不是劉慈欣小說中的三個太陽，而是我們身邊的太陽、地球和月亮。

建築師先設置了3個圓形和球體，隨後假想一顆衛星的運動軌跡，在球體外勾勒一條條運行軌道，形成天文館的建築造型。

最先設置的3個圓形和球體，最終成為倒置穹頂、圓洞天窗和球幕影院，從外觀看起來，三個球體彷彿正在以一定的規律相互環繞旋轉，十分靈動。

橢圓形的建築形態構成天體運行軌道，與三個球體一同詮釋了天體運行的基本規律，暗示著塑造宇宙今日之面貌的「萬有引力」。

（上海天文館的概念圖）

在天文館室內，展覽從我們熟悉的星空、日-地-月徐徐展開，帶領觀眾漫步太陽系，穿越銀河系。

觀眾在參觀完一層的主展區後，會沿著坡道走到屋頂的倒置穹頂，碗形的設計讓人們置身「碗底」，放眼望去只能看到天空，而看不到地景。建築師希望人們可以屏蔽掉城市，靜觀天空，思考宇宙的奧秘。

倒置穹頂的走道是南北向設置，恰好標註了上海天文館的子午線，指明了正南和正北的方向。

天文館的主入口是一個巨大的懸挑結構，開了一個圓洞天窗。每天隨著太陽的東升西落，圓洞天窗投下的光束會緩慢移動，在地面投射的形狀也會隨之變化，等同於一個日晷。

時間刻度將繪製在地面上，成為一個「巨型時鐘」，告訴經過的人們進館和離館的時間。

直徑為23米的球幕影院是天文館的核心，它代表著太陽系中的地球。

之所以把直徑設計成23米，是因為在天文館不遠有一個原型人工湖，名為滴水湖，直徑約為25000米。如果把滴水湖比作太陽，那麼球幕影院就是等比例縮小的地球，可以讓觀眾對太陽和地球的大小關係有直觀的認識。

球幕影院周圍將使用透光材料，讓太陽光能照射到場館地下一層的公共空間，以解決地下建築的採光問題，並且會在地面形成一個光環，這個大圓環在地面上會隨時間移動，加上標記就成為了天然時鐘，節約能源的同時也具有教育意義。

（象徵太陽的滴水湖）

主建築之外，設計師也沒有忽視在園區設計中融入天文概念。

園區設計成4條寬闊的彎曲綠帶，環繞於主建築周圍，從建築向外自然延伸出去，象徵銀河系旋臂，通過種植不同季節盛開的花卉，凸顯季節交替現象，讓花園一年四季給人不同的美感。

此外，還有普及天文教育的青少年觀測基地、觀眾白天可以觀測太陽的魔力太陽塔、放置著直徑1米的天文望遠鏡的大眾天文台，可以說，整個上海天文館建築群，里里外外從上到下，到處都是「戲」。

高大上的建築背後有哪些技術在支撐？

上海科技館在觀眾的心中是充滿科幻感的，但在設計和建造它的工程師們心中，是這樣的：

（上海天文館結構模型）

天文館的主體建築結構形式多樣，形態及內部空間十分複雜，曲線形構件和斜構件眾多。

建造這座天文館涉及到了好多種建築結構模式，除了最基本的鋼筋混凝土框架和鋼結構空間桁架外，還有異形牆體、混凝土殼體、單層鋼網殼和鋁合金結構網殼。

它們相互之間的連接構造處理難度極大，其中的大懸挑鋼結構、不規則曲面混凝土殼體和清水混凝土異形樑柱結構也給結構施工帶來了極大的難度。

（不同結構系統的連接）

在上海天文館的所有結構中，難度最高的是鋼結構球體網殼和曲面混凝土殼體底座兩部分組成的球幕影院。

混凝土殼體為接近半球形的混凝土薄殼，頂部通過6個牛腿支承一個直徑為29米的球體網殼，達到懸浮星球的建築效果。為了減小混凝土殼體的厚度，減輕混凝土重量，在殼體外表面設置上翻加勁肋，保證殼體內表面的光滑。

（天文館球幕影院結構示意圖）

殼體結構的承載能力高、剛度大、節省鋼材，因此在大跨空間結構中有著廣泛的應用，殼體結構可以最大限度地利用結構的強度，用最少的材料覆蓋最大的使用面積。

球幕影院的設計十分巧妙，球體網殼與下部曲面混凝土殼體之間僅通過6個牛腿支座連接，通過在混凝土殼體頂部設置型鋼混凝土環梁，保證了球體網殼與混凝土殼體間力的傳遞。

計算結果表明，球體網殼與混凝土殼體的連接節點即使在1. 5倍設計荷載作用下也基本保持為彈性狀態，其連接節點的構造是可靠的。即使在罕遇地震的作用下，球體網殼也處於彈性狀態，下部的混凝土殼體則發生塑性變形，吸收地震能量，進而起到抗震的作用。

（正在建造中的上海天文館）

不僅僅是球幕影院，上海天文館整體的抗震設計都十分精巧。

輕盈的殼體結構和下部塑性的鋼筋混凝土、鋼結構相配合，使得在小震、中震條件下構件保持彈性，不會損壞；在大震條件下，諸多構件也能按照工程師們預先設計好的順序依次發生屈服，且各種構件的損壞程度均在輕微損壞到輕度損壞之間的範圍內，滿足設定的抗震性能目標要求，確保極端條件下建築內人員的安全。

（球幕影院截面圖）

從能源到室內環境，處處透露著人與建築的和諧

上海科技館不僅是一個安全的建築，而且是一個綠色的建築。

上海天文館的設計團隊採用BIM技術，對上海科技館內的採光、日照、聲學、熱工、能耗等方方面面進行設計。

針對上海地區的氣候特點和國內的經濟技術水平，工程師們設計出了一套基於BIM的全新的綠色建築評估體系，對建築從能源到室內環境的全部方面進行打分評價。

最終評估結果顯示，整個上海天文館建築群中的建築都達到了綠色建築的最高等級標準，這在建築行業內起到了示範意義，有助於改進行業內對綠色建築的認識。

作為一個大型公共設施，人流量巨大，保證參觀者在場內順暢參觀、內部人流交通組織有序，是上海天文館項目綠色建築設計過程中體現人與建築和諧不可忽視的重要方面。若場內空間結構和參觀標識處理不當，就會導致上萬參觀者的活動分布不均，影響場內交通秩序。

為了處理這個問題，工程師們利用計算機模擬技術搭建了人流模擬模型，引用1∶1比例的Rhinoceros設計模型作為分析模型。採用四面體網格將整個空間分成64萬份，並對內部通道寬度進行加密，最終模擬出人群的參觀路線。

（人群計算模型）

經過系統的設計，並基於此進行展廳布置，展館內的人流呈現出了明顯的流線狀態，並且有了鮮明的流動方向，既不易造成參觀人流的交叉、迂迴和擁堵，又具有明確的連續性以及很好的導向性。

除此之外，各展廳的靈活性和獨立性相對較高，因此可以根據具體情況自由開放或關閉。

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