建筑技術與建筑造型的相互融合
——以廣州天氣雷達站改建項目為例

全星

（廣東省建筑設計研究院有限公司，廣東廣州 510010）

0 引言

傳統氣象站以觀測功能為主，建筑高度基本為30m 左右，體量敦實。近現代氣象塔隨著技術的進步及功能的需求逐步增高，造型更趨向于多元，有一定的形象作用。現代的氣象站高度接近100m，有了更多的地域性和精神內涵。從氣象站的發展歷程我們可以看到技術的進步，那么188m 的氣象塔究竟應該是什么樣？如何達到這樣的高度下氣象站要求的設備穩定性，以及地域范圍內人們對它造型的期待成了廣州天氣雷達站改建項目的難題。翻閱無數資料，搜索國內外，至今未發現有前例可尋，188m高度的氣象站攻克重重困難后將成為世界第一例，將會給后行探索者無限思路。那么188m 的氣象塔建成后能帶來什么？在限定的條件下產生的氣象塔建成后能解放區域范圍內的容積率，釋放周邊土地價值，帶動區域周邊發展。

1 項目概況

廣州天氣雷達站改建項目位于番禺區大鎮崗山頂處（原廣州市天氣雷達基地旁），用地西側鄰近城市主干道番禺大道，南側面向興業大道。建設用地局促，場地高差大，用地周邊被林地覆蓋。大鎮崗山頂處海拔高度147.25m，擬建雷達站設計高度突破180m，建成后海拔高度將超過300m。新建廣州天氣雷達站與廣州塔隔江相望，又位于番禺區萬博中心主軸線上，建成后將成為標志性的區域建筑。

由于萬博地區部分建筑物海拔高度超過200m，已高于廣州氣象雷達高度，對現有雷達數據接收產生破壞，雷達數據接收的破壞使萬博商務中心部分建筑物建設停滯，阻礙周邊區域的發展，因此建設新的天氣雷達站迫在眉睫。

2 設計理念

設計提取中國舞獅活動中的一個固定環節“采青”為設計寓意。“采青”是舞獅活動的高潮，在舞獅過程中，“獅子”通過一系列的套路表演，登高采摘“利是”寓意四方安寧、祥和喜慶，登高者圖得平安吉利、強壯生猛。“采青”的這一寓意與氣象塔保國泰民安、風調雨順的寓意不謀而合。取“采青”中舞獅登高之勢，與塔身造型循環上升的趨勢暗合。塔身循環不斷螺旋登高步梯，象征著生生不息的動態，上升到最高處寓意登頂、望遠、取得圓滿。

3 項目難點

本項目有兩大突出難點，第一點為建筑技術如何實現雷達站設備的使用要求，如何使結構諧振頻率大于1Hz 的需求，第二點為如何讓建筑造型成為標志性區域建筑。

根據CINRAD/SA-D 雷達天線系統對建筑物的接口要求，建筑物（安裝上天線系統裝置后）諧振頻率大于1Hz 以及安裝天線系統裝置的平臺塔的搖擺速度小于1m/s（在風速大于25m/s），即結構的自振周期必須不超過1s，才能保證雷達正常使用要求。目前世界上并無超過180m 高的雷達站先例，且暫無百米雷達站滿足結構諧振頻率大于1Hz 的需求，這無形之中給結構設置了巨大的難度。

廣州天氣雷達站改建項目用地西側鄰近城市主干道番禺大道，南側面向興業大道。位于番禺區萬博中心主軸線上，建成后從番禺區的主要干道上均可看到天氣雷達站，將成為區域的標志性建筑。如何賦予建筑具有一定意義的標志性建筑造型成了建筑設計的又一難題。

4 特色技術

為解決面臨的兩大難題，設計采用了結構為建筑造型表皮的表現方式，結合復合功能及設計理念，采用將建筑技術與建筑造型相融合的手法，探索了一條新途徑，解決諧振頻率及標志性造型帶來的困擾。

建筑技術方面，結合建筑功能及造型需求，綜合考慮受力效率、安全、經濟及施工的便利性。主體結構采用密柱配合螺旋斜撐及伸臂桁架外加鋼筋混凝土核心筒結構體系，雙重體系以抵抗水平荷載。鋼架混凝土核心筒采用現澆混凝土，核心筒壁厚由底層1700mm 收至頂層500mm，底部樓層核心筒剪力墻內設置加強型鋼，進一步保障主體安全的同時內筒可采用爬模快速施工。

整個氣象塔底層平面為直徑42m 的圓形，于30m 左右標高處逐漸收小為直徑26m 的圓形，天面層高度約為170m。本氣象塔的外形輪廓大致為圓形，塔身形體帶有輕微的曲折變化。

混凝土內筒不僅高寬比較大，底部樓層為保證入口的使用效果還減去一部分結構體系，營造出相對寬闊的主入口效果，導致內核心筒體系的不完整。為保證建筑使用空間，混凝土核心筒厚度必須進行控制，僅依靠內筒提供的水平剛度遠不能滿足雷達設備運行要求，因此建筑技術上需要盡可能提高外筒的水平剛度并采取設計措施讓內外筒協同工作。

經過反復多輪的小心求證及不斷地研討改進措施，從最初的建筑方案（外框筒共24 根小截面立柱+沿豎向每30m 左右一道加強環）經試算水平剛度太弱，結構自振周期超過5.0s，到通過螺旋樓梯設置的螺旋斜撐大大提升水平剛度，結構自振周期從超過5.0s 改善為2.0s 左右，面對困擾，我們通過將外立面的柱子由24 根改為32 根密柱同時結合建筑休息平臺，每隔約25~30m 于加強環位置布置密而細的水平支撐，通過水平支撐使內外筒協同工作，進一步提高結構水平剛度。經過反復計算，結果還是未能理想，通過對關鍵節點的探討及技術支持，我們想到了設置水平伸臂桁架的辦法，于塔身1/3 的高度及其2/3 高度設置兩道伸臂桁架效率最高，使內外筒更充分地協同工作。同時加大各豎向構件截面尺寸，設置加強型鋼的同時優化剪力墻厚度，將結構自重沿豎向向底部集中，終于經過不停地反復推敲及試算，結構諧振頻率滿足設備安裝要求。

建筑造型方面，整體造型以建筑技術為基礎，結合“采青”的設計元素，象征節節高升、生生不息的動態。整個建筑造型以近似圓形為主題，這樣無論從番禺大道還是興業大道或者事萬博中心遠觀氣象塔都是一個完整的形象面。一節節的節點造型隨著內筒往上緩緩升起，如同一顆茁壯成長的生命之樹，隨著向上的動勢帶來了登頂及取得圓滿的寓意。整體空間外表皮以建筑技術和建筑造型手法相結合，營造通透的空間感受。功能以氣象探測為主外，融入科普宣教、運動健身以及休閑觀光的功能。用于氣象探測的主要設備均放置于塔頂，塔身三層設置與氣象科學相配套的氣象科研和辦公用房。用于科普宣教的氣象博物館設置在塔身二層，集氣象科普展示、道具模擬、三維互動體驗于一體的科普宣教站。首層設計步道順勢可直達二層屋面觀景平臺，同時也可以進入二層的科普展覽區。圍繞塔身設置全民健身的運動螺旋步道，整個登高步道圍繞塔身循環向上，猶如在生命體中置入的血脈管道，生生不息，運動不止。在步道的中間部分間隔一定距離設置多種趣味，帶來豐富的空間感受，見圖1。

圖1 廣州天氣雷達站改建項目效果展示

平面布局以“生長之樹”的理念，通過有機的模塊化設計，構成一個個靈活多變的空間組合。結合不同高度的休息平臺平面，組合成了多變的可生長的空間模式。夜晚燈帶沿著螺旋步道環繞，形成有活力的螺旋上升的光帶，結合以塔體核心筒為主的縱向光帶及為連接新舊建筑的橫向光帶，營造一顆于夜間冉冉升起的光景。新舊塔一高一矮形成對話的空間形態。在氣象塔底座設置直通二層的綠化景觀平臺，讓大鎮崗的山體自然的景觀滲透進氣象塔，氣象塔內錯落布置綠化飄臺，既能將綠化景觀在垂直方向上得到延續，又能給登塔觀光的市民一個舒適的休息空間。建筑技術與建筑造型的完美融合，通過成熟的設計手法共同為設計過程中遇到的難題提供不一樣的思路，解決了硬性的雷達站設備功能要求及人們對于建筑外觀的需求。

5 結語

人們對建筑功能及造型需求的提高以及人們對美的定義發生改變，去繁從簡。如何通過建筑本身的美及日久彌新的設計手法去引導人們發現不一樣的建筑美。建筑技術不再是深藏于建筑造型內的組成，而成為建筑造型的一部分，向人們展示建筑構成的同時又為建筑造型增加了不一樣的美感，源自最原始的建筑美。建筑設計從業者在以后的建筑設計過程中應注重如何將建筑技術及建筑造型相結合，展現建筑的美的同時賦予其更多的精神內涵。