天津港国际游轮码头细部设计

天津港国际邮轮码头工程（以下简称“天津港”）位于东疆港区南端，南侧与码头衔接面向大海，建筑面积57000m2。为了成全天津港这个近似于雕塑的建筑作品，项目大面积使用了GRC这种质感和色彩都符合建筑气质且造型能力超强的新型材料，总使用面积为58000m2。天津港不仅是全亚洲面积最大的客运码头，也是全亚洲GRC板材使用面积最大的建筑。

1、项目的生成

天津港是一座位于渤海湾码头上的客运型建筑，内部包含海关通关、检验检疫、边防检查、行李托运等功能。根据建筑物所处的特定环境和特定功能，流畅和舒展的建筑形体是建筑师基于理性和感性的第一选择。在后期实施照片中，建筑整体体量与邮轮的对比图印证了建筑师的最初设想是正确的（图1，2）。

天津港不仅具有浑然一体的外形，也具有丰富多变的室内空间。其外部造型流畅舒展，内部空间不仅延续了建筑形体的特征，同时也通过高超的建筑设计手法演绎了多种舒适宜人的空间，并通过内外合一的材料选用和细部处理，使建筑内外达到高度的统一和融合。整座建筑由远及近、由内至外都洋溢着海边建筑的独特气质。

弧形的内部庭院使室内空间更为通透，室外楼梯间采用渐变的GRC网格包裹，并隐约与吊顶图案相呼应，增加了室内观景的焦点（图3）。跨越两层的楼梯与倾斜墙面和挑空结构相结合，使内部空间极具张力（图4）。四层的观景厅有三种高度的屋面转折，倾斜屋面的划分形式与吊顶的造型相呼应，形成了多变而又协调的内部空间（图5）。

2、关键的课题

天津港的创作过程可以用几个关键词来总结：特定的形体、特定的工作方式、特定的材料。

2.1 以BIM为平台的二维、三维相结合的特定工作模式

天津港的异形主要体现在以下几个方面：

（1）为追求舒展流畅的建筑平面，平面的轴线也是由直线和渐变曲线组成的。由于平面较为自由舒展，轴线间的定位关系也格外复杂。整个轴网体系是由一根初始轴线根据多重定位关系一根一根推导出来的。虽然轴线的根数不多，但是每根轴线都会有五六个转折点或是定位关系点，这样才能保证放线的精准。精确和逻辑性极强的轴网体系是二维图纸工作的坚实基础（图6）。

（2）屋面为直纹曲面，这种特殊的屋面造型落实在图纸上时，屋顶是由几十榀完全不同的坡屋架组成的，而且每榀屋架的屋脊和檐口高度不同，相对应的结构柱顶标高也不尽相同，制图和设计都要求极高的精准度。

（3）以逻辑性和艺术表现力都极强的轴线体系和屋面体系为基础，天津港处处都展现着建筑师的奇思妙想，如倾斜的立面设计，不仅柱子倾斜、立面倾斜，连幕墙分格都是由平行四边形组成的；在多处部位使用了悬挑和穿插的造型手法；休息厅屋面交叠等等。

将这样的方案落实到可指导施工的设计图纸上需要克服很多困难。面对紧张的设计周期，采用了刚刚引入的还需要磨合的BIM辅助设计手段。整个设计过程的制图原则仍然恪守着从三维到二维、从二维到三维的综合工作方式，从轴网生成到平面定位，再到剖面和放大图，力求每个系列的图纸都有着清晰的定位逻辑。二维的图纸仍旧是全专业共同工作的主要平台，可使一起配合的结构和机电专业有平稳的工作界面。

而BIM的三维模型则主要检查建筑专业本身每一个节点图的绘制是否符合复杂的空间结构。这里涉及到一个有趣的工作方式――“放线”。每个节点的设计都遵循着这样的工作步骤：首先从技术角度分析出典型节点，如屋面节点、层间节点等的做法。再沿着平面图对照剖面图变化较大的位置，由BIM的工作人员切割出此部位的节点剖面来检查。因为很有可能由于形体的变化，使某个节点的构造尺寸无法控制，甚至于逻辑变化而需要特殊处理。

2.2 特殊的建筑造型和质感确定了特殊的材料GRC

天津港的建筑色彩是纯白的，造型又犹如海上丝绸般飘逸灵动。同时，建筑物位于海边，需要承受强劲的风荷载和海水腐蚀。因此选择了GRC板材，这种材料造型能力强，耐腐蚀，可与自洁涂料相结合，同时又有着一定自重和牢固的结构体系。

GRC的物理性质接近于玻璃纤维增强水泥板，轻质、高强并具有一定的憎水性，但传热系数等设计参数并不符合节能要求，因此GRC板材在外墙设计上只能起到造型作用。而真正保温隔热结构是由隐藏在GRC板材下的双层镀锌钢板内加岩棉层间板来实现的。

功能和造型的需要赋予了建筑双层的立面：一层是功能性的双层镀锌钢板内加岩棉层间板，一层则是起造型作用的GRC板。对于双层镀锌钢板内加岩棉层间板如何巧妙地掩藏在GRC板之下的问题，需要先从材料的定性分析，再量化到复杂造型的每一处，以考证是否可以实施，这是一个颇具难度的思维与实践过程。

3、屋面功能组织

天津港是一个综合了多种功能的复杂性建筑，而建筑形体又要求相对纯净。屋面的造型中隐藏了很多建筑构件，如空调进排风井、排烟井等，同时又需要实现很多建筑功能，如屋面的自身排水、屋面检修等，玻璃采光顶的连桥还肩负着整个中庭的自然排风等空气调节功能。这些都要求必须对于一些特殊的功能性构件进行特殊设计和特殊处理。

3.1 屋面设计

从首层通关大厅实景图（图7）可以看到，分割玻璃顶的由近及远的三道廊桥正是由GRC板构成的，高度约为1.4m。在廊桥处隐藏了侧出风口，配合玻璃屋顶的遮阳系统形成了较好的空气循环，即使在炎热的夏季，大厅内也依然凉爽宜人。由图8可以看到GRC屋面与玻璃廊，桥屋面交接位置的节点，此节点解决了如下技术问题：

（1）先根据建筑内部和外部的造型以及结构构件计算尺寸来合理确定各部位的控制尺寸，1.4m的廊桥内部高度正是根据跨度计算出的最大钢梁高度加上吊顶和通风口的构造尺寸得出的。

（2）GRC造型屋面、GRC板下层的钢结构屋面和玻璃廊桥屋面的三重屋面的排水问题得到妥善解决。先根据屋顶平面合理规划排水路径，并找出合适的檐沟位置，再妥善解决从檐沟引出的雨水管的导向和隐藏问题。

（3）由于玻璃廊桥肩负着排烟和通风的多重功能，同时GRC板的内吊顶又有着不透明的视觉效果，借助廊桥坚实的结构体系，合理规划了排烟设备的位置来实现必要的功能。图9所示是玻璃廊桥的横断面节点，室内热空气从下部的侧排风口进入，通过上部的风雨排烟窗来导出热气，节能效果很好。

4、特殊部位节点处理

4.1 层间节点

楼层处的悬挑平台宽为1.2m，长约数百米。通过对平台上雨水排放量的初步计算，得知向外直接排放不仅会对平台下的行人造成伤害，而且雨水带来的污渍也会影响外立面的整洁度。因此采用了向内排放并设置积灰槽和雨水管的排水方式。

首先根据功能确定悬挑平台的剖面造型。平台平面采用3%的反坡，并设置通长的构造精美的不锈钢积灰槽。积灰槽固定在主体结构上并作冷桥处理，其尺寸适宜且处在悬挑台的根部。对建筑的整体视觉效果不会造成影响。对悬挑平台的侧面和底面处理也进行了反复考虑，柔和的倒角和倾斜度可以快速地导流雨水，并设滴水截流，将雨水直接排放。

层间节点的结构体系分为两个部分。一是造型体系主体结构一GRC次龙骨――GRC面板；二是围护结构体系：玻璃幕墙一双面镀锌钢板内衬岩棉板―经过冷桥处理的积灰槽（图10，11）。

4.2 屋面节点

屋面同样遵循双层结构的设计逻辑。最外层是担负造型需要的GRC板和其结构体系，内层则是起到保温和防水作用的金属板屋面。建筑师对于该屋面的雨水排放轨迹进行了一定的力学分析：由于屋面的倾斜造型，绝大部分雨水在滑落到檐口时，具有一定的加速度和很大的动能，因此需要对雨水的走向进行合理的引导。设计中采用了具有一定弧度的GRC导水板，并且根据雨水进入的角度，设计了减缓雨水速度的叠水板，从而使大量雨水以合理的速度和角度进入到屋面檐沟，安全地进入到虹吸排水体系，避免其对于下层屋面构造的过度冲击。而少部分未进入到屋面檐沟的雨水则通过檐口处的造型处理直接排放到场地。

整个屋面檐口的剖面造型设计、雨水导入的开口位置也是根据视觉分析来确定的。我们通过模型选择了人视点无法看到的同时也是雨水便于滑入的位置设置檐口，檐口头部的造型也可以分解少量冲击到此处的雨水动能，从而使雨水较为轻柔地滑落。在实际应用中该节点的设计十分成功，不仅使雨水排放极为顺畅，而且地面上的人群也丝毫看不到檐沟及屋面开口等影响到美观的构造。

大量雨水的排放问题得到妥善解决后，对于GRC板的细节设计也十分到位，屋面防水体系也更加完善，其具体做法是在GRC板边缝下檐安装不锈钢导水槽。绝大部分的雨水将通过导水槽进入天沟再集中排放；在GRC板下方另做一层屋面防水体系，极少量的雨水也能够顺畅地通过屋面找坡排放到檐沟。

屋面板节点图（图12）表达了双重檐沟，一个服务于GRC造型体系，另一个服务于屋面板体系，这正是由天津港的复杂造型所决定的。这个节点投放到具体的建筑物上，檐沟的高度还会随着建筑的造型不断变化，建筑师通过模型检查细致地分析每一个有可能发生问题的地方，以确保万无一失。

5、结语

以上许多综合了功能和美观的精巧的节点设计，使得天津港的外观格外纯净。将技术与艺术完美的融合在一起，是天津港项目从设计伊始就一直遵循的原则。在追求完美造型效果的同时，用建筑造型本身去解决一栋复杂建筑所存在的技术问题，也是建筑师一直追求的设计准则。当天津港的整个设计团队和建造者克服重重困难，将这样一栋美丽而又颇具技术含量的建筑呈现在东疆港口的时候，每一个参与者的心中都充满了甜蜜。