故事追溯到2017年春季，两年前小i去看了上海当代博物馆名为“伊东丰雄 曲水流思”的建筑展。当时看到伊东丰雄的作品，心里默念了一句“我*，建筑还能这么做设计！”

其中，给我强烈震撼的有一个建筑名字是台中大都会歌剧院（Taichung Metropolitan Opera House）。

今天小i就跟大家聊一聊这个建筑。

伊东丰雄的探索

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2005年12月，台中大都会歌剧院公布竞赛结果，伊东丰雄凭借“壶中居“的概念设计，得到六位评委的一致认可获得头奖。

评委们对伊东丰雄的这个方案赞赏不已。作为评审委员之一的台北大学都市计划所教授郭肇立说： “这是战后的台湾首座真正的前卫建筑”。

而另一位评委，康奈尔大学的建筑学院院长Mohsen Mostafavi说，连他这种老江湖也从未见过如此风格强烈的新设计，他甚至强调：“伊东丰雄固然赢得竞赛，但最大的赢家却是台中市，因为这座建筑将是世界地图的新标记。”

整个结构地下二层，地上六层。上部主体结构由曲墙、镶嵌式楼板、镶嵌式墙面、实心外墙及服务核心筒所组成。除了镶嵌式楼板为钢与混凝土组合结构外，其他所有主体结构均为钢筋混凝土结构。

基础为大底板，地下室为正常的钢筋混凝土墙、柱、梁、板体系。

而各剧场的幕塔和舞台则为独立的钢结构系统，插入主结构的洞口中，并与主体结构之间进行适当的连接。剧场观众席作为、阳台、实验剧场的盒中盒结构也属于钢结构。

曲墙

40cm厚实心混凝土曲面墙体，是起到传递竖向力与抗侧的主要主体结构。

镶嵌内墙

镶嵌内墙的作用类似于巨型的加劲板。镶嵌内墙可以使得竖向力直接藉由墙体平面内传递，从而降低了曲墙的局部弯矩。

幕塔结构

幕塔顶部的钢桁架支撑幕塔屋面与舞台设备，由8根钢柱支撑，钢柱则支承于4根SRC柱。幕塔在各楼层与曲墙连接，以提供侧向约束。

桁架仅在外缘有斜杆，其余部位腹杆均为竖直杆，以保证舞台铺设的弹性。

对于歌剧院的抗侧力体系，小i理解是这样的：曲墙在楼层间的竖直段是有足够刚度抗侧的，而楼板又是一个刚度极大的面，可以协调不在同一位置的墙体之间的剪力。

那么是不是可以推论，只要竖向传力没有问题，只要楼板的刚度足够大，抗侧用的剪力墙是不是上下对齐其实没关系？比如下图。欢迎大家留言讨论。

史上最难盖的房子

2005年，当伊东打败扎哈赢得竞赛时，所有人都没有想到，这个项目的建造会是如此艰难。

曲墙能施工出来吗？

这样的建筑是否能造出来？谁也不知道，包括伊东也是没有底气的。

所有的墙体都是三维曲面，最关键的问题就是曲（面）墙的施工。伊东为了证明曲墙的可实施性，委托日本竹中公务店试做了一片曲墙，确认是可行的。具体方案在后面介绍。但是日本施工单位能做的，别国的施工单位不一定能做。

四个多边形可以通过简单的几何拉伸，形成一个基础的网格。将这些网格堆叠就可以得到歌剧院原始的网格。通过二分法将曲面平滑，最终的几何形状是几次平滑计算迭代下的结果。如下图所示。

平滑后的表面向两侧各偏移200mm，即得到结构的表面。或者向两侧各偏移115mm，得到塑形钢筋的表面。

塑形钢筋的定义

塑形的钢筋骨架由钢筋桁架与另一个方向的联系钢筋组成。为了简化施工，需确保每一榀钢筋桁架仅是一个二维变化的平面桁架。因此，需要将曲面用平面格线进行剖分。

如何定义平面格线？平面格线的控制参数为曲面的内部边界、外部边界和未经平滑的原始网格。下图中蓝色线即为未经平滑的原始网格。

扇形格线是利用最后两根平行格线的交点为其中心点，以外边线弧长小于等于200mm为原则，进行划分。最终，将最后的平行格线偏移100mm，截掉扇形格线的过度密集部分。可以得到最终的钢筋桁架形状。

如此，通过参数化的设计，调整曲面后，可以很快地得到塑形钢筋的形状。

造价与工期

由于很多钢筋只是塑形作用，并非结构受力钢筋，且曲墙的受力效率不高，所以整个结构的用钢量非常高。建筑面积5.67万m2，用钢量约2万吨，单位面积用钢量约353kg/m2。经济性比较差。总造价为43.6亿台币（约10亿人民币）。

其他设计

除了结构歌剧院还有很多有意思的设计，下面简单介绍一下。

呼吸孔

歌剧院的实心外墙上有很多呼吸孔，象征着自然界透过呼吸孔与歌剧院内部相互联系。白天，外部自然光透过呼吸孔照进歌剧院内部；夜间，呼吸孔也会发出明暗不一的光线（有的是内置灯光，有的是透射场馆内部灯光），营造变化的立面。

防火水幕系统

曲墙一点一点连成一条条线的是防火水幕系统，每一个点都是一个喷淋头，当侦测到火灾时，就会降下细密的水幕，能够阻隔烟、热，防止火灾蔓延，并净化火灾所扬起的悬浮微粒。感觉这个相当好，要是换成挡烟陲壁或防火卷帘，那整个建筑的的效果就大打折扣了。

辐射冷却地板

歌剧院一楼地面上有很多圆形的送风口（不要以为这是地漏），地板以下铺设了冰水管线，可以大幅降低室内温度。

由地板向上送风，循环排气口则设置在空间上部，使舒适的冷气保留在地面以上2m范围内，降低人体的感受温度。

问题与反思

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可能台中歌剧院的设计理念和施工难度的确是太超前了，至少超出了台湾地区的能力。有些地方处理得很糟糕。问了台湾的朋友，他的实际感受是比较粗糙，没有他想象的那么好。

▲ 喷淋管和排水管的失败处理

小结

小i认为，台中歌剧院是一个伟大的作品。可能有些人会认为美、有些人会觉得丑；有些人可能觉得花这么大的代价造这样一个建筑不值得。但是不管你喜不喜欢它，都无法忽视它。你无法否认这栋建筑从建筑、结构设计上，还是在建造上，都有着重要的突破。

最后，如果有机会去台中，建议大家去现场感受一下。