【AT导读】2023年5月22日，国际建筑师协会将Auguste Perret建筑技术奖授予同济大学袁烽教授。 天府农业博览园“瑞雪”多功能展示馆 作为袁烽教授近年来的数字建造实践， 是一个对后人文建构思想的实际应用。采用性能化建构的转型视角，强调数字建造的一体化方法，实现精确快速的建造过程，还引入机器人智能建造和3D打印工艺，提高建造的效率和质量。
同云遥映岭，瑞雪近浮空。
拂鹤伊川上，飘花桂苑中。
—— 《玄圃观春雪》〔南北朝〕张正见
天府农业博览园“瑞雪”多功能展示馆（以下简称“瑞雪项目”）位于四川省成都市新津区西北部的天府农业博览园内。 项目采用先进的木构机器人、3D打印和建造一体化技术，对建筑技术进行前瞻性探索，从而满足各种活动和展示需求。 长期以来，川渝地区的生活方式和建筑形式逐渐演化成一种独特的文化符号，深深印刻在西部民俗中。成都平原不仅是四川农耕文化的重要承载者，更是传统农耕时代文明的结晶，扮演着维护平原生态环境的重要角色。
土地利用与空间规划
—— 农业博览园的另一种可能
天府农业博览园是一个集数字化农博与乡村振兴于一体的综合性园区，核心区域被冠以“天府农博岛”之名，占地面积达2.7km 2 ，涵盖了12个重要功能项目，包括主展馆、农博融媒体中心等，致力于打造乡村振兴的建设典范。 瑞雪项目作为其中之一，以数字设计助力乡村振兴发展，旨在通过现代化科技手段，为传统农业注入新的动力与活力。
鉴于土地规划红线尺度较小且形状不规则，必须选择合适的方式来定义和适应自由边界。因此， 我们采用圆弧线作为主要的边界拟合工具，确保整个项目的视觉连贯性和空间连通性。 在经过多次试验和分析后，最终使用24条圆弧线和1条直线线段，以适应半径2~50m之间所有可能出现的空间尺度范围。这种方法不仅最大化利用了展厅空间，而且在各空间之间提供了平滑流畅的过渡区域，创造更加和谐宜人的空间氛围。设计还特别预留了北侧场地主入口，以进一步增强项目的可访问性和可用性。这一经过精心设计的有理化轮廓，为项目的成功落地和可持续发展奠定了重要基础。
▲ 分解轴测图 ? 上海创盟国际建筑设计有限公司
▲ 平面图 ? 上海创盟国际建筑设计有限公司
瑞雪项目的设计概念来源于“瑞雪兆丰年”的美好祝愿。 通过对特殊的场地边界条件进行线性转化，将原本苛刻的用地限制变为自由连续的线性流动空间 ，在形态上展现出起伏错落的地形，宛如冬日铺满白雪的大地，或是正在消融的积雪，在视觉效果上极具生命力。项目不仅呈现出雪落大地的美妙意境，同时与周遭自然景观及人文精神相融合，展现出建筑与环境间的无声交融和互为映衬之美。
▲ 融于自然 ? 王可
▲ 立面图 上海创盟国际建筑设计有限公司
自由、连续的一体化空间为室内布局提供了灵活的调整空间，不仅带来了超越线性的感受和视觉体验，更在特定的空间节点引入天光，让人感受树木、花草悄然生长的过程，消弭了室内外边界，实现人工与自然的融合。建筑与周边环境内在的和谐统一，让人们在这种复杂而又统一的空间中拥有深远曲折的体验。
▲ 长廊蜿蜒 ? 王可
随着性能化建筑的发展与成熟，它有望超越人们对于以形式与几何为出发点的新兴数字技术的关注程度。正是在这种全新的实用主义背景下，性能化的设计与建造才为建筑学提供了如此巨大的希望与前景 [1] 。
瑞雪项目是一座基于结构性能化壳体找形方法生成的建筑，其设计经历了多个阶段。 首先，在确定场地保留树木的位置后，设计团队尝试绕过这些障碍物，形成了较为复杂的边界形态，通过若干半径不同的圆弧对边界进行相切拟合，得到边界最优解。其次，进入找形阶段，将与建造相关的前置条件（重力、材料强度、结构参数、壳体曲率等）作为参数和限制条件进行综合考虑，构建出基于力学性能的纯受压壳体模拟系统，并基于该系统进行多次迭代和筛选，获得形态顺滑、受力合理的壳体几何。在设计过程中，瑞雪项目的整体形态与自然融为一体，展现出了与众不同的美感。
同时，对壳体结构设计的深入探索，以及对力学性能的优化，使得建筑能够在不同的自然条件下保持稳定，具有出色的可持续性。 为追求形式美观，建筑屋面采用曲率变化复杂的双曲几何形态 ，这对结构的效率和材料的使用也提出了更高的要求。在对复杂壳体结构进行进一步研究和探索后，最终 采用了木结构互承体系这种高度优化的结构落位方式，既能兼顾结构强度和稳定性，又能更好地利用材料性能 。运算化设计与数控建造技术从本质上改变了建筑的物质构成与设计理念 [2] ，实现设计与结构间的最佳统筹，提升结构效率，降低木材用量。而计算机算法作为模拟、迭代、优化以及建造的核心技术，正在极大地介入并改变着建筑设计、研究与实践的全过程 [3] 。
▲ 节点分解 ? 上海创盟国际建筑设计有限公司
利用圆弧拟合自由曲线边界的技术进行网格划分，在粒子-弹簧算法中设置壳体锚点、荷载和弹力，生成初步的自由曲面壳体。 为了实现顶部采光，在壳体顶部开设5个洞口，并定义了室内和半室外的空间边界。然后提取边界曲线来控制边界高度，并根据洞口的功能性定义来调整曲线高度和尺度。 最终保留了主入口、观景高窗和室外剧场的大尺度洞口，而收缩其余连通性洞口的开口尺度，在建筑性能和形态美观之间达到最佳平衡。
▲ 由建筑一角看内院 ? 王可
为了优化建筑结构，我们需要考虑曲面壳体的几何形态、边界曲线的控制、洞口的功能性定义和尺度调整等多方面因素。 通过微调曲面整体荷载、长度变形系数、曲面找形弹力和曲面平滑度，确定了最佳的参数组合，使壳体的整体形态达到最优稳定状态，并在空间尺度上表现出较高的精度和准确性。 通过对壳体内7个拱形空间进行尺度比较，评估不同微调参数的效果，从而确定了最佳的微调参数组合。
▲ 室内外交 融 ? 王可
瑞雪项目使用木结构互承体系，通过构件单元相互搭接形成网格状结构，不受壳体曲面自由性和内部空间连通性的限制。 与大多数采用杆系结构体系的木结构建筑不同，我们把每个木杆件看作一根线段，把杆件连接部位看作一个点 [4] 。通过研究互承几何，得到11种基础图形，形成镶嵌图形网格。
? 上海创盟国际建筑设计有限公司
▲ 屋面构造施工步骤 ? 上海创盟国际建筑设计有限公司
在镶嵌图形中，每个结构单元的每条边都会顺时针旋转一定角度，并延长至与最近线段的相交点，形成互承几何。通过调整每个边的旋转角度，形成不同尺度的互承网格。这种几何形式可用于三维找形，丰富了几何学的研究领域，并被广泛应用于建筑、设计、艺术等领域。该方法适用于各种曲面形态的互承网格结构，为互承几何学研究提供了有力支持，也有助于实现壳体结构的最佳性能。
▲ 屋面木构 ? 王可
由于瑞雪项目屋面高低落差超9m且形状为复杂双曲几何，因此需要采用创新性的建造技术来实现屋面形态的拟合。经过深思熟虑，最终决定 采用大规模改性塑料3D打印技术 。该技术能够根据具体的设计图纸，通过计算机控制和材料喷射精确控制屋面形态 [5] 。在智能建造过程中， 采用模块化分板和样板段预制生产的建造方式，将工序流程简化为深化设计、设备打印、后处理加工以及现场安装，有效提高建造过程的效率和精度 ，减少人为操作的错误率和损失。同时，借助模型数据的指导，在工厂中预制了非标准的3D构件和木构件，以控制成本，并确保构件的质量和精度。
▲ 施工过程 ? 上海创盟国际建筑设计有限公司
此外，通过对不同材料进行比对和选择，提高建筑的质量和可持续性。总的来说，这一综合方案不但显著提升了瑞雪项目的建造效率，还提供了全流程解决方案，实现了从设计到建造的全过程控制 [6] ，通过全面的质量控制和可持续性考虑，为建筑行业的可持续发展做出积极的贡献。 瑞雪项目是目前全国最大的改性塑料3D打印屋面建筑物，该建造方案具有广泛的推广和应用前景。
这种数字化建造赋能的模式，可以看作是以科技手段为基础的发展方式，与天府农业博览园的四级使命——融入全球农业创新、践行国家乡村振兴、建设四川美丽乡村、打造成都农业公园相得益彰，这些目标不仅能够促进当地乡村发展，也可以以先进科技手段和新津区乡村振兴迅速发展为基础，充分发挥天府农业博览园的创新示范作用，在全国范围内积极引领乡村振兴。机器人塑料打印建造为此提供了全新的创作视角，定制化生产技术不仅可用于展览馆建造，还可以在我国广大的乡镇场景中得到广泛应用。
▲ 3D 打印板屋面 ? 是然建筑摄影
瑞雪项目体现了数字和传统在意境层面的交融。 建筑融合了野趣和精致，使具有实验性的“智造原型”融入乡间在地气质，促进了技术与文化的对话和交流。项目既体现了地方文化中“丰收”这一美好寄语，也延续了中国传统文化的灵魂。我们希望瑞雪项目的实验性建造可以将智能化和产业化思维引入社会主义新农村，为未来中国的建筑设计提供新的注解。
▲ 屋面鸟瞰 王可
