這座大劇院走進去宛如進入“原始洞穴”，從設計到施工都是中國造

作者：由了不起的中國製造發表于曲藝時間：2022-01-10

出品| 網易新聞

作者| 常松，清華大學材料學院博士

新世紀以來，高雅藝術開始走進公眾視野，這也催生了文化建築在中國各大城市的一輪興起。“大劇院風”席捲中國大地的時候，世界知名建築師紛紛拿出驚豔的作品，這其中卻鮮見中國設計師的佳作。經歷了陣痛、在與世界學習交流融會貫通之後，中國建築師也創作出了足以與世界對話的大劇院，哈爾濱大劇院就是最典型的代表。

（一）為了與周圍環境契合，大劇院外形被設計為異型雙曲面

哈爾濱大劇院位於松花江北岸，包括大劇院（1600座）、小劇場（400座）、地下車庫及附屬配套用房等，坐落在風光秀麗的溼地之中，棧橋穿梭，水系環繞，與周圍環境形成完美的契合。

它的設計方案由中國設計師馬巖松和他的MAD工作室完成，大劇院的外型採用了異型雙曲面的設計，彎曲的表面流暢靈動，猶如環繞四周的江水。在夏季，它如一條銀絲帶飄揚在江畔；在冬季，它銀白色的外觀融入冬日的雪景，又猶如被江風塑成的雪雕，矗立在銀裝素裹之中。

在設計之初，馬巖松的理念就是要設計一座從地平線上消失的建築。某種意義上講，哈爾濱大劇院是對大，以區域性的衝擊力來塑造建築的獨特性，整體則更多地隱藏在特殊的視角當中，而這恰恰是一種自然的存在狀態。地表面的一種視覺反轉和視覺誇大，它的設計思維不再是傳統建築的立面、邊界、場地、關係，而是將邊界徹底模糊。

從大劇院的內部看，空間的序列更具有戲劇性。設計團隊還將柔軟的水曲柳木材做成環繞大劇場室內外的曲面牆體，充滿生命力的自然木材紋理與冷峻未來感的金屬外殼形成了冷暖的鮮明對比。同時，這些簡單的材料和巧妙的空間實現了世界級的聲學效果。

走進哈爾濱大劇院，其內在的空間感受是十分奇特的，因為這一空間極大地挑戰了對於傳統劇院空間的想象。

大劇院的內部主要由兩部分組成，一部分是公共大廳，一部分是觀眾廳。

公共大廳沒有明顯介面限定的塑性空間由白色粉刷和水曲柳木構成，整個蔓延在人的視野之中，白色的牆面將立面的存在降到最低，而超大面積的水曲柳使人產生自己縮小的錯覺，營造出“樹洞”一般的反常規的空間氛圍和心理感受。

而進入觀眾廳之後，“平面化的空間”被徹底消解，轉而呈現為帶有“原始洞穴”般意向的異質空間的效果。原始的洞穴經過了人工的二次抽象，脫離了現代主義的空間模式，形成一種未知性。設計師為了增加這種神秘感，甚至在觀眾廳上方開了一個洞，這種大膽的嘗試可以讓人透過幕牆看到星空。

在大堂的頂部橫跨一個天窗，天窗上有金字塔般的結晶幕牆單元體，猶如雪堆頂端凝集出的冰晶。陽光從這裡傾瀉而入，灑滿整個大堂。除了自然採光之外，這裡還設定了一個小型廣場，它也正好位於觀光環廊的最高點，這裡還設定有咖啡廳等服務設施，成為大劇院最神秘和有趣的一處空間。

大劇院不僅僅是一座服務觀眾的建築，設計師還賦予了它更多公眾空間。在大劇院的屋面上隱藏著一條步行式觀光環廊，這在劇院建築中尚為首例。沿著觀光環廊，可以全天候360度欣賞周邊景色。透過與不同高度觀光平臺的有機結合，設計師讓建築與環境相互置換，延伸出更豐富的視覺空間。

（二）要將夢幻曲線變為現實，複雜的鋼結構是個大挑戰

當這樣的建築設計被拿到結構工程師面前時，對於他們無疑是一場噩夢。

哈爾濱大劇院隨意、流暢的造型並不是有計算規律可尋的幾何形體，也無法套用任何幾何形體的某一部分，因此如何確定這一結構體系是一個很大挑戰。

工程師們經過多輪討論、研究、對比，最終確定採用多種形式鋼結構組合的結構體系，把原本無規律的模型最佳化為分別以大、小劇場為中心線的對稱形體，也就是今天看到的大劇院的兩個主題建築。

這些複雜的鋼結構最終被歸納為3個結構體系：

（1）自由曲面高精度玻璃頂箱型彎扭網殼結構

大劇場休息廳部位的玻璃幕牆從標高6米爬升到54米，中間出現2次曲面波峰和波谷，玻璃頂網殼結構設計了350個鼓節點、約500根箱型梁，網殼的曲面和彎扭依靠箱型梁與269個鼓節點的彎扭連貫連線實現。

（2）複雜異形多層焊接球節點網架結構

大劇院的網架結構造型變化大，從3層網架過渡到雙層網架，再過渡到4層和雙層網架的組合體，高差從幾百毫米過渡到三十多米，且中間出現四次90°的折彎突變，與已知的任何網架型別都不相同。

（3）扇形變曲面屋面折彎梁結構

大劇院外殼呈現扇形變曲面，設計時採用57榀折彎梁構成的折彎梁結構，從最短水平跨度16米、最短長度34米的扇形漸變到最大水平距離53米、最大長度62米，標高從1。3米到34。3米。

折彎梁較長且折彎點較多，最多處出現6次折彎，最大折彎角達到90°，保證了大劇院外形流線的美觀。

對於如此複雜的鋼結構系統，在施工時分為了三個主要的步驟進行，首先將複雜的異形多層網架劃分成基本單元；然後，在確定的拼裝和安裝工藝下，將基本單元拼裝成可模組化吊裝單元；接下來，測量網殼控制誤差和變形。

由於大劇院的奇特造型，真個屋頂都是自由曲面，結構十分複雜。根據劇場建築、功能的分割槽，工程師將大劇院屋頂鋼結構分為後區和前區兩個部分，前區為支撐於混凝土結構和基礎上的單層玻璃頂網殼與網架，後區為支撐於混凝土結構上的網架、單層玻璃頂網殼及空間折梁結構體系。小劇場與大劇院類似，但體型規模略小。

大劇院鋼結構的使用也堪稱是“結構大全”，涵蓋了幾乎全部的結構形式，包括型鋼柱、型鋼樑、大管徑格構柱、曲面網架、箱形彎扭網殼、空間彎曲大直徑圓管、鑄鋼節點、抗震球鉸支座、銷軸支座、向心關節軸承支座、黏滯阻尼器等。

除了加工複雜之外，更大的挑戰來自於曲面的精度。為了能夠讓最後的自由曲面網殼最終完美拼合，主體結構的加工、安裝精度要求極高，安裝誤差須控制在±3毫米範圍內。

鋼結構安裝時，下部土建結構已施工完畢，起重機無法靠近。而採用普通的腳手架則施工難度大，成本高。為此，施工方開發了一套新型的工作方法，採用鼓節點並透過箱形杆件與鼓節點之間的彎扭連貫連線來實現網殼的自由曲面造型，簡化箱形彎扭網殼的結構形式。同時採用散件製作、地面整體或分塊拼裝、分塊吊裝、高空補檔的技術路線。在細分單元的基礎上，利用計算機技術確定單元三維定位和測量控制點，現場拼裝後分單元吊裝。

對於多層網架的焊接問題，工程師從無序中找規律，採用模組化的單元劃分方式進行網架的分割，化繁為簡，化難為易，將複雜的結構體系簡單化、模組化和統一化，現場地面拼裝，模組吊裝，高空補檔，以降低網架安裝難度及措施用量。

對於複雜異形空間網架，安裝前，需依據網架模組單元結構形式，合理選取雙、多層網架模組吊裝單元的支撐點位置和數量，並透過空間三維實體模型放樣，定位各支撐點空間座標，然後在地面上用十字線標記各定位點地面投影座標，安裝臨時支撐胎架。

為了保證扇形曲面結構所需的57根長短不同的折梁的加工和安裝精度，工廠分小段加工，現場整根拼裝，分段吊裝。整根拼裝時，嚴格控制支座底板與耳板的空間位置。對於種類繁多的功能結構件，根據各功能結構件的技術引數、技術要求及產品說明書，制訂安裝工藝指導書和質量控制點，保證了最終施工的精度。

在解決了大劇院的外殼之後，便是獨特的室內空間構建了。施工中，室內構建採用了不同的表面材質，以高完成度呈現出建築師的意圖，兩側自由盤旋而上的樓梯，與大劇場環廊有機結合成整體，雕塑感極強。

為此，曲面材料選擇了GRC（玻璃纖維增強複合材料），透過面層材質的處理形成了與眾不同的效果。而大面積的水曲柳效果則是透過異形曲面GRC裝配複合實木裝飾實現。以GRC板為底層，在工廠開模生產時預埋木條；第二層為滿鋪實木條基層，用木膠粉打磨；成品運輸至現場並安裝；固定、打磨後，面層塗木蠟油。

大小兩個劇場的室內效果的不同，也採用了不同的材料。小劇場樸素靈動，採用GRC清水板，公共大廳其他部分的白色牆面及辦公休息廳等室內空間均採用GRG（玻璃纖維加強石膏板），表面處理為白色磨砂噴塗，既突出了大劇院環廊及兩側樓梯溫暖的木質流線效果，又與之形成了強烈對比。

（三）為了打造銀白色的肌膚，大劇院的幕牆同樣很有講究

大劇院能夠最終驚豔地矗立在大地之上，與銀白色的冰雪融為一體，就在於幕牆施工，它將給大劇院以血肉。

哈爾濱大劇院的幕牆主要採用了金屬複合幕牆、四稜錐玻璃採光頂幕牆、清水混凝土板幕牆、立面玻璃幕牆等多種幕牆形式。其中，屋面還採用國際獨創的立體紋理異形曲面結構金屬幕牆，形成面板狀呼吸式建築表皮。

從資料上看，幕牆總面積約3。4萬平方米，約合3萬塊鋁板。透過計算機最佳化設計，外裝飾鋁板的分格採用了四邊形板擬合，透過平衡確定了1000毫米左右的分格最佳化尺寸，最終形成3萬餘塊鋁裝飾板塊。而清水混凝土板為模板預製成型，採用幹掛安裝。

為了應對哈爾濱寒冷的氣候，預製板加以170毫米厚的憎水保溫岩棉板，保溫岩棉內部為0。2毫米厚優質夾筋鋁箔隔汽膜，外部採用2毫米厚氧化鋁板做防水層。

金屬複合幕牆採用框架定距式安裝鋁板幕牆結構，面材採用5毫米鋁單板，表面氟碳噴塗處理。

通常，建築幕牆板塊上面的板會覆蓋下面的金屬板，但在該專案中採用了倒插疊瓦形式，將下面的金屬板覆蓋在上面的金屬板之上，連線處形成一條開縫。透過這種方式，無需用精確至毫米級的施工工藝來完成高難度的曲面拼接，開縫接頭能有效防止雨雪的侵蝕，上一層的金屬板也不會將陰影投射至其下的金屬板，縱向連線的12毫米可見接頭縫有利於屋面分散排水，避免形成雨幕。

為了實現大劇院晶瑩剔透的效果，採光玻璃被設計為四稜錐體。但是，由於天窗整體是三維曲面，這就導致細分後除了對稱軸線上的單元體，其他的四稜錐都各不相同。建築獨特的造型和隔熱性要求給採光頂的設計和安裝帶來了不小的挑戰。

大劇院的四稜錐玻璃結構是由兩片直角三角形拼接構成，每片大小各不相同。為了滿足最終異形曲面的拼接效果，玻璃採用了大小片設計，考慮到隔熱效能要求，工程大面積使用了三玻兩腔玻璃結構，這同時還能滿足系統防水密封構造的需要。

這些四稜錐組成了華麗的採光頂，但是安裝卻極為複雜。

採光頂系統由鋼龍骨、鋁合金墊框、鍍鋅鋼轉接件、鋁合金轉接套件、鋁合金副框、鋁合金扣板、玻璃面板等材料構件組成，採用鋼網架結構，玻璃面板由轉接系統連線到主體結構網架的節點上。

為了保護採光頂的防水性，玻璃面板之間採用高模量矽酮密封膠密封，可滿足80 ℃溫差條件下玻璃板縫的伸縮變形，從而保證採光頂的防水密封效能。主體結構和採光頂鋼龍骨外側均用鋁扣板裝飾，不但具有良好的裝飾效果，而且提高了系統的耐腐蝕效能。同時，採光頂設有較大的傾斜角度，保證屋面不積水，並能透過重力將雨水排到屋面四周的排水天溝內。

在哈爾濱-30℃的嚴冬中，降雪量大的時候，冰雪很容積堆積在天溝中，導致排水系統無法正常工作。為此，在天溝內佈置融雪伴熱系統能夠及時將天溝內的冰雪溶解，保證屋面排水通暢。

這個融雪系統採用低溫自調節電伴熱電纜，共計3300米，分3個區域，設計伴熱迴路共40個，每個迴路75米伴熱電纜。伴熱電纜的發熱原理是透過內部半導體發熱材料來實現的，其特性隨溫度的變化而變化，溫度越高輸出功率越小，可以達到防凍和節能的目的。

同時，在採光頂四周設計了安全防護系統，可保證清洗人員作業時的安全性。清洗車軌道透過轉接件連線到採光頂鋼龍骨上，不會造成滲漏隱患。

（四）一流的聲學系統，賦予大劇院靈魂

作為大劇院，建築設計的成功與否，最關鍵的不僅在於酷炫的外觀，更是一流的聲學系統。這就如同是大劇院的靈魂，讓它與眾不同。

觀眾廳的設計是重中之重，哈爾濱大劇院採用了目前世界最全面的聲學設計控制方法，達到劇場內任何位置無需聲電裝置都能夠欣賞到音質相同的純正歌劇演出效果。這也使哈爾濱大劇院無論是在體型建造還是在聲音效果上，都達到了世界一流劇院的水平。

大劇場是一個歌劇、戲劇、會議、音樂、通俗音樂演出活動的場所，擴聲系統應重點滿足歌劇、舞劇、戲劇（含話劇）大型綜藝晚會的演出，以及政府會議或國際會議擴聲要求，並能兼顧交響音樂會和電臺、電視臺的現場直播。

哈爾濱大劇場擴聲系統的先進性主要體現音訊訊號的數字化、網路化傳輸、分配與集中控制技術。

系統配置兩套獨立的控制系統：一套由數字調音臺控制，作為固定安裝；一套設計為模擬介面和模擬路由，由模擬調音臺控制。

兩套系統分別基於數字光纖傳輸網路和模擬線路傳輸，光纖傳輸網路遍佈在大劇場的每一個位置，包括舞臺、樂池、聲控室、功放室、觀眾廳、排練廳等等，負責擴聲系統的音訊訊號及其控制訊號的傳輸、分配與轉播。調音師可以根據自己的使用習慣選用，方便地將模擬臺接入系統中，加入模擬臺還可互為備份，也可以共同操作，各自擔負不同的功能。

揚聲器系統的精確控制聲場能力與功率放大器的遠端監測技術等，使整個系統既有靈活的系統控制又有較好的聲場覆蓋，在滿足現場音質的前提下，充分滿足現場擴聲聲壓級、聲場不均勻度要求，並避免回授的發生。

更重要的是，基於現場演出的實時性特點，大劇場擴聲系統的主要裝置與訊號流程必須充分考慮部件及路由的冗餘、安全及自動備份。

整個擴聲系統除控制訊號外，所有音訊線路要求的訊號流程均採用了光纖和AES/EBU數字格式連線和傳輸，以保證整體音訊系統訊號高質量的要求。整個光纖傳輸網路的光纖、光纖介面、控制模組、路由器及所有裝置的供電器均採用冗餘備份或支援熱插拔。配置的各種音訊裝置在滿足系統配置的技術要求下，兼顧通用性，便於系統今後的擴充套件和擴容。