图:北京大兴国际机场鸟瞰图

  设计一座航站楼

  不仅仅是打造一座静止的建筑

  更是设计出一段段旅程的起点或终点

  承载千万人的聚散离合

  走进北京大兴国际机场航站楼,

       相信所有人都会被其空间之美深深震撼:

  阳光透过头顶的巨型天窗柔和地洒在地面上,光洁的大理石映衬出“C型柱”瑰丽灵奇的曲线之美;穿过洁白的值机岛,走近中央峡谷区,两侧对称的多层次空间尽收眼底,让人有一种豁然开朗的惊艳之感,如丝带般的拱桥和鹅卵石状的商业岛点缀其间,5条指廊尽头的露天庭院均在可视范围内……或许只有身临其境,才能感受到站在一个70万平方米的巨大空间中,视线360度皆可穷极尽头,又不觉得空旷突兀的奇妙感受。

  ©BIAD

  作为远期年旅客吞吐量超过1亿人次的巨型机场,北京大兴国际机场航站楼的建筑设计可以说是一个超乎想象的“超级工程”。从国际顶级建筑事务所投标竞选,到投标方案的逐轮改进,设计团队的优化重组以及最后建筑方案的深化设计和落地施工……可以说,大兴机场航站楼建筑,并非是某一个设计师或团队的“作品”,它是无数人昼夜奋战,心血与智慧的凝结。


从荣誉之战到博采众长

  2011年,“北京新机场航站楼建筑方案设计招标”项目成为当年建筑界最为瞩目的大事件。能够担任这座旅客吞吐量过亿的“超级机场”航站楼建筑的设计工作,对各大建筑事务所来说并非单纯是一个“赚钱”的案例,更多的是自身荣誉和实力的象征。

  当然,能够有实力参与竞标的建筑事务所并不多,最终共有7家国际顶级的建筑事务所及联合体投标方案入围,分别是:


  01. 

英国福斯特(44.350-0.42-0.94%)及合伙人建筑设计事务所(FOSTER + PARTERS LIMITED)

        02. 

北京市建筑设计研究院(BIAD)及中国民航机场建设集团公司(CACC)联合体


  03.

  法国巴黎机场工程公司(ADPi)


        04. 

英国扎哈•哈迪德事务所(ZAHA HADID LIMITED)等5家联合体


  05. 

  上海华东建筑设计研究院有限公司与新加坡CPG咨询有限公司联合体


  06. 

  美国HOK建筑事务所与荷兰NACO机场咨询公司联合体


07.

英国奥雅纳工程顾问公司(OVE ARUP&Partners)与英国罗杰斯建筑事务所(Rogers Stirk Harbour&Partners)联合体

  各家投标单位在参与投标之前便被给出了统一的机场规划主导原则:


保留一个完整的空侧区域,以提高航空器的地面运行效率;


规划两个陆侧区域,满足远期终端容量需求;


采取“主楼+卫星厅”的模式,便于分期发展。

  这一切的目的,都是为了满足大兴机场2025年实现旅客吞吐量7200万人次、远期达到1亿人次的需求。

  在这样的“命题作文”下,7家建筑事务所给出了不同的解决方案。福斯特事务所给出的方案为“单元式”航站楼,也就是近期沿中轴线建造对称的4座小型航站楼(远期共8座),以延长两侧空侧面积,增加机位,同时分散巨大的客流量。北建院、民航院联合体给出的方案为东西“二元式”布局。其他5家事务所给出的方案则为建设一座“集中式”主航站楼,配套远期卫星厅的方式,“放射型指廊”模式出现在其中4家事务所的方案之中。但经民航局讨论决议,认为此阶段各家方案均存在一定缺陷,在指出问题和进一步提出要求后,要求各家在自愿的前提下,进行第一轮优化过程。

  英国福斯特及合伙人建筑设计事务所方案

  中国上海市华东建筑设计研究院有限公司、新加坡CPG咨询有限公司联合体方案

  英国奥雅纳工程顾问公司、英国罗杰斯建筑事务所联合体方案

  英国扎哈•哈迪德事务所等五家联合体方案

  美国HOK建筑事务所、荷兰NAC0机场咨询公司的联合体方案

  中国民航机场建设集团公司、中国北京市建筑设计研究院的联合体方案

  法国巴黎机场工程公司(ADPi)方案

  对于机场来说,集中航站楼和单元式航站楼的布局设计有什么不同呢?

  “首先是一次建设的规模,我们的目标是建设在2025年课满足7200万旅客量需求的航站楼,一个集中的航站楼将更能适合这一目标要求。”北京新机场建设指挥部总工程师郭雁池向记者解释道,“就好比是装水果的容器,一个大篮子,西瓜、苹果等各种水果都可以装,而换成同等容量的四个小碗,则装苹果可以而西瓜就不好装了。”

  集中式的航站楼可以与陆侧轨道及道路交通高效连接,内部运行也是冗余度最高的,同时可以避免许多服务设施的重复建设。其挑战是如何在一个集中的巨型空间内合理规划巨大客流的流程动线,以及在容纳更多停机位的同时,减少旅客步行距离,提升效率。若要满足以上需求,“放射型指廊”模式,无疑是一个合理的解决方案。

  在大兴机场之前,国内所有机场均采用平行或垂直指廊设计。旅客吞吐量大的大型机场自然远机位就多,人们前往登机口的步行距离也长。放射型指廊造型,便可以大大缩短人们在机场内的步行距离。大兴机场最终设计了6条指廊、每条指廊间呈60度夹角的构型。其中,5条指廊为登机指廊,长度仅为600米,步行到达最远机位仅需8分钟。还有一条指廊连接工作和服务区,设有酒店等服务设施。

  ©BIAD

  为达到最优结果,2014年1月29日,大兴机场建设领导小组最终决定:以ADPi的方案为基础,吸收其他各家方案的优点,邀请ADPi与扎哈两家事务所组成新的团队继续进行优化设计,以期形成一个博采众长、功能完善的航站楼建筑方案。

  所以最终给出的设计方案,主体结构和运营机制上以ADPi方案为基础、建筑艺术上吸取扎哈投标方案的诸多造型元素、融合北建院与民航院联合体所提出的“二元式”布局概念,并采用双层出发车道边,是一套“设计、运营一体化”且博采众长的综合建筑方案。


2014年7月30日,国务院常务会议审议通过了大兴机场可研报告及航站楼建筑方案。

根据党中央、国务院关于航站楼建筑应当呼应时代特征,体现新风貌,避免公众产生歧义的指示精神,几经雕琢的新机场航站楼的建筑方案基本定型,并在视觉上避免了之前几版方案中从花瓣到凤凰的“故事性”演绎,最终得到了一份来之不易的,汇集了集体智慧的建筑方案。

  北京大兴国际机场效果图


结构的力量:


参数化时代的机场设计


大兴机场是对中国整个建筑行业的一个考验,背后支持大兴机场建设的,是中国这些年来建筑行业的整体提升。

  ——北京市建筑设计研究院有限公司

  第四建筑设计院副院长王亦知

  在确定建筑方案后,接下来的所有事情就都落到了中方的北京市建筑设计研究院与中国民航机场建设集团公司组成的设计联合体身上。

  北京市建筑设计研究院有限公司,简称北建院,即原北京市建筑设计研究院(BIAD),是与共和国同龄的大型国有独资建筑设计公司,国家大会堂改造、国家大剧院、国家会议中心、首都机场T3、深圳机场(11.070-0.08-0.72%)T3等诸多重要的国家工程都出自北建院之手。中国民航机场建设集团公司,简称民航院,由中国民用航空局主管,承担了国内70%以上机场的规划与设计。

  工作中的北建院设计团队

  2015年春节过后,北建院便开始接手航站楼施工图的设计工作。北建院组建了由五十多人组成的设计团队,同时也雇用了庞大的顾问团队,“在哪个领域,哪个团队最顶尖,我们就雇他们作为顾问,共同参与到大兴机场的设计中。”北京市建筑设计研究院有限公司第四建筑设计院副院长王亦知说。“新机场开始初步设计时,距离2008年北京首都机场T3落成才不过六七年的时间,但是从设计方法到施工手段,却好像完全是两个时代的事儿了。”

  在复杂的外表皮的细化设计过程中,从结构到表皮再到机电,从设计到施工,全部都是通过电脑模拟出的三维模型对接的,过去人们脑海里想象的一张张二维“图纸”,已然成为过去时,只在最终需要部门确认签字的时候,“象征性”地出现一下。

  ©BIAD


可以说,整个机场都是“算”出来的。

  作为航站楼的“骨架”,钢结构是航站楼建筑的重中之重。北建院结构总工程师、大兴机场结构设计负责人束伟农告诉记者:“刚接到大兴机场的建筑方案时,我认为这个机场的结构设计是有难度的。难点之一就是当时方案中的C型柱设计,它连接整个机场的屋面系统和地面,起到对整个建筑的支撑作用,非常关键;另外就是从航站楼正下方穿过的轨道交通系统,从结构力学到抗震、消防的功能要求,都为机场的结构设计提出了巨大挑战。”

  李儒杰 摄

  大兴机场航站楼屋面投影面积达34万平方米,其中,核心区18万平方米屋面仅用8根C型柱支撑主体结构。备受瞩目的“C型柱”在旅客眼里或许只是一根根优美的曲线和动人的光影协奏,但实际上,它是整个机场航站楼中最重要的支撑结构,它连接着屋面系统与地面,承载着来自水平、垂直各个不同方向的力。

  “C形柱”支撑的屋面系统

  在最初的设计方案中,C型柱只有6根。经过北建院团队的测算,取消了原方案值机大厅内的10根立柱,以另外两根C型柱代替,并且将所有C型柱的方向都进行了反转。这样做使室内的支持结构更为纯粹,力学分布更加合理。另外,C型柱连接屋面部分带有采光功能,本来中央天窗位置采光就已经非常充裕,反向C型柱的设计可以将光线分散到其他区域,让航站楼自然采光更加均匀合理,进一步降低照明能耗。

  就航站楼整个钢结构的屋面系统来说,结构之美与建筑之美已然合二为一。

  建设中的钢结构屋面系统

  令许多人赞叹不已的中央天窗,有人说它像中国传统窗花,有人说它像雪花,也有人说它像祥云……总之,它不仅仅是航站楼造型中的点睛之笔,同时也是一个重要的空间结构。

  中央峡谷区效果图

  据王亦知回忆,航站楼天窗的造型“找了很久”,因为它需要的不仅仅是一个优美的造型,同时还要在结构上合理。今天人们看到这些美丽的“窗花”,是完全采用最先进的BIM技术构建模拟实体三维,在电脑里用虚拟方式进行调整,最终形成的方案。编织出来的网格结构,令人赞叹。

  为了保证良好的隔热性和避免直射光进入室内,北建院在设计过程中还联合供应商创造性地设计出了在两片钢化玻璃间添加金属网的创新性遮阳方式,能够将60%的自然直射光线转换为漫反射光线。

  “因为遇到的许多问题都是全新的,史无前例的,所以在大兴机场的设计和建设过程中,我们团队为了应对这些复杂的问题,也不得不创造出了许多‘专利’。”王亦知说。

  大兴机场航站楼屋面钢结构为双曲面造型,屋檐最大悬挑47米,高低落差达到27米,耗费118723个杆件,20772个焊接球,连接指廊的6条采光天窗,使航站楼核心区安装合拢线达到2600米,造型与施工难度可想而知。

  霍奇凯 摄

  钢结构屋面系统还面临的巨大的考验就是其防风性和面对温度变化时所带来的物理性能挑战。为了保证建筑的安全性,大兴机场的屋面系统均通过了严格的测试实验,确保其投入使用后的安全性和耐久性。2019年3月,大兴机场航站楼获得了“中国钢结构金奖年度工程杰出大奖”。


向世界展示东方魅力


  大兴机场作为国家门户,整体外部造型要体现国家形象,近距离观感也需要精心设计营造,包括其内部空间的光照、环境的舒适性等。

  ——北京市建筑设计研究院有限公司副总建筑师王晓群

  作为一座面向未来的国际化智慧机场,大兴机场航站楼在室内设计中也向世界充分展现了东方之美。

  在方案设计之初,航站楼屋面的色彩是偏红色的。但是这个颜色过于“火热”,设计团队将其逐渐改为“夕阳下的紫禁城琉璃瓦”的颜色,以在“南中轴线”上与中国古代最重要的皇家宫廷建筑遥相辉映。

  在机场的5个指廊末端,分别还设计有以丝园、茶园、瓷园、田园、中国园为主题的5个露天庭院,让古与今、民族与世界、人工与自然巧妙融合,相映成趣。中国园是所有庭院中唯一的仿古园林景观区。由八角亭、六角亭、游廊、垂花门、石桥、池塘等中国古建园艺元素组成,其施工工艺也严格遵从古建筑中的传统营造技法。

  同时,机场还与中央美术学院合作,共同打造航站楼内的公共艺术项目,让人们在出行过程中能够享受更多来自艺术的浸润,保持愉悦的心情。当然,这些为机场所特别打造的艺术装置,也要承担遮挡光线、填补空间空白等“功能性”的需求。

  正如郭雁池所说,“大兴机场航站楼的设计建设是在功能,结构,艺术各方面权衡利弊,相互平衡的结果”。


  这是一个复杂程度超乎每一个参与者想象的超级工程,但是对每一位设计与建造过程的参与者来说,它带来的成就感和幸福感也是巨大的,因为它将浓缩与绽放在千万出行旅客的笑容之中。


文章作者 | 王若思


制作 | 王硕(实习)


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