青年报·青春上海记者 刘晶晶 冷梅

即将于本周末正式开馆的上海天文馆，是如何以独特的建筑空间语言展现出抽象而神秘的天文学概念的？7月13日，记者跟随天文馆设计师，在实地走访中揭秘天文馆背后的建筑巧思。

圆洞天窗

  天文学概念在建筑中处处可见  

看到上海天文馆，第一感觉就是，这儿的建筑体现出了一种“未来感”。曲线、悬浮、轨迹、球体，这些都是天文学的概念，如今，却被“有形化”，形成了天文馆独特的空间形态。

“我们的设计出发点就是以建筑语言来表达天文学概念，让人漫步其中，处处有宇宙。” 走在上海天文馆的天庭中，华建集团上海建筑设计研究院总建筑师、天文馆项目中方设计总负责人刘恩芳环顾四周，这样表示。

刘慈欣的“三体”被巧妙地呈现出来。从空中俯瞰建筑，可以看到三个明显的圆形部分，就是“圆洞天窗”“倒转穹顶”“悬浮球幕”，它们是独立的，又是一体的——正是这三个特色设计俨然让建筑本身化身为一台天文仪器。

天文的元素无处不在。主入口的“圆洞天窗”，让穿射而过的日光在下方广场上投射出光斑，每一天从早到晚，光斑会随着阳光移动，静静看一天，就能感受到时间的变幻，正如中国人古时测时的日晷。

进入主体建筑，显示地球自转的经典科学装置傅科摆悬吊在中庭，顶端的倒穹顶同样“收集”着阳光，而整个中庭在视觉上没有任何柱体，空旷如苍穹，被周围的螺旋坡道环绕，有如天体轨道。利用倒穹顶的高差，在顶部重新创造了一个地平线，成为一个可以容纳40人的观星平台，人们可以不受任何周围建筑物的干扰来观察斗转星移。

“悬浮”的上海天文馆球幕影院，宛如失重一般。悬浮球体与壳体之间的圆环，“漏入”了日光，在室内的地面上形成了一道“日蚀”。光影迁移，圆月逐渐变新月。

“建筑本身成为了观测装置。”刘恩芳说，观众身处其中，如同置身于天体之中，每时每刻都能感受到天文学的神奇。

天文探索从不囿于一方，而是存在于更广泛的空间。据刘恩芳透露，这也是设计团队的巧思——若是从上空鸟瞰上海天文馆，能看到——天文馆的球体好似地球，在精密的计算下，与滴水湖的大小比例，正与太阳和地球的大小比例相符，而草坪绿化带成为了月亮绕地球的轨道。

“建筑与天文的结合，同样有着很多想象的空间，让大家能联想到自我对宇宙的理解，科学与遐想在此联结。”刘恩芳说，这也是上海天文馆规划设计时的初衷，既是天文知识的科普基地，也是激发大家探索宇宙、太空精神的基地。

倒转穹顶

  用非常规的设计和计算撑起非常规结构  

非常规的设计，挑战当然很大。1700多天的建设，基本每周必开一次例会，随时解决建造中遇到的问题。

“这个项目在空间上比较复杂，很灵活。建筑元素很多，不像一般的建筑，进来就是梁柱板。曲线、悬浮的空间感，整个天文馆几乎所有混凝土和钢结构都采用不规则形状，对于如何选择结构体系、结构材料都是技术难题。”华建集团上海建筑设计研究院结构总工程师、空间结构院院长李亚明告诉记者。

这个复杂的空间结构，结构团队在材料上选择采用了多种材料组合，包括钢筋混凝土、钢结构、铝合金，就比如中庭顶部，用直径约45米的倒覆的铝合金球形网壳结构形成了倒穹顶顶部，轻巧又符合所需的空间未来感。

“入口处的圆洞天窗，悬挑距离超过40米，跨度超过60米，难度在于跨度大，是目前全国最大的悬挑之一，最大处约为36米，悬挑的楼面面积相当于4个标准篮球场，没有一根外露的柱子，是靠弧形桁架在起作用。”李亚明说。

结构还要保证安全和舒适性。悬挑的上面是个二层楼面，观众时常要经过，为了不让结构带给人群明显的振动感，经过精密的计算，结构工程师在这里安装了10个1吨的质量调谐阻尼器，现场调校、同频共振，“吸走”主结构的振动能量，确保展厅使用的舒适性。建筑挑战了技术，技术也成就了建筑。

又如球幕影院的悬浮感，这个直径约30米的球体，如何营造出失去重力的感觉？工程师们在球体侧面，仅靠6个支撑点与下方的混凝土壳体相连，由混凝土厚壳支撑起了钢结构单层网格。

“中庭要求不能有任何柱梁，我们设计了3个巨型混凝土柱，在椎体顶部和中部设置两道环梁，形成了一个稳定的倒锥台，结构稳定安全，但视觉上完全看不出来。”李亚明说。   

上海天文馆以曲线形为整体的设计理念，在结构建筑上也只能采取非常规的设计手法、非常规的计算分析，这其中也运用了数字化和信息化的技术来实现。“我们还分别在实验室和现场来进行实验比对验证，一点点试。”李亚明表示，很多点上是对专业上的特殊挑战，都需要用巧劲。建筑因此也成为了上海天文馆最大的一件“展品”。

“我们的建筑设计从2014年、2015年就开始了。”刘恩芳告诉记者。16项授权发明专利、18项实用新型专利、7项软件著作权助力团队最终顺利实现了建筑结构、功能与形态的完美融合。正如上海天文馆内的展示策划也曾修易十几稿，每个布局、每条动线、每个展项概念都经过无数次头脑风暴，形成近5000页的设计方案。创意与科学、精心与精密的结合，才能共同让上海天文馆呈现出最佳的宇宙沉浸感。

悬浮球幕

 ==对话== 

记者：从结构专业的角度来看，上海天文馆项目的难度体现在哪些方面？

李亚明：从空中俯瞰建筑，天文馆由3大圆形建筑构成，象征了我们熟悉的三体——太阳、地球和月亮。由此产生三个主要区域：（1）大厅及观星平台；（2）球幕影院；（3）圆洞天窗。这类形体极为不规则的建筑，跨度大、悬挑大，在设计上如何选择结构体系、结构材料都给结构工程师们带来极大的挑战。

记者：进入主体建筑，首先映入眼帘的是带有三个倾斜巨柱的中庭和顶部的倒置穹顶，这部分结构有何特别之处？

李亚明：天文馆的结构设计是非常有特点的，包含多种不同材料构成的结构体系，如钢筋混凝土结构、钢结构、铝合金结构等。建筑师为创建新的地平线，顶部设计了一个倒置穹顶作为观测天体的观景台。我们结构设计了3个巨型混凝土柱，倒锥形布置，在锥体顶部和中部设置两道环梁，形成了一个稳定的倒锥台，再在顶部设置一个倒置的铝合金网壳穹顶结构。

记者：悬浮的球幕影院也是上海天文馆的一大亮点。在实现过程中，结构方面都做了哪些技术支撑？

李亚明：为了体现建筑师构想，将球幕影院表现为悬浮空中的球体，我们将球体设计为钢网壳。在球体水平位置通过6个支撑点支撑混凝土壳体上方，形成球体与周边建筑脱开，在视觉上使人在球体下方有一种失重感。而球体与壳体之间，形成了一道透光圆环，日光可以从圆环处洒向室内，在室内的地面上形成“日蚀”。随着太阳位置的变化，光影也随之改变，从完整的圆环变换到新月形。身处其中，如同置身于天体之中，充满了戏剧性和神秘感。

青年报·青春上海记者 刘晶晶 冷梅

编辑:陆天逸

来源:青春上海News—24小时青年报