如意牵手，从塑造到建造——港珠澳大桥珠海口岸项目参数化设计

郜爽

华建集团华东建筑设计研究总院

业主：珠海市人民政府

地点：广东省珠海市

设计单位：华建集团华东建筑设计研究总院

设计团队：郭建祥、夏崴、向上、谢曦、纪晨、郜爽、孙俊逸、虞晗、任健民、许师师、来洁人等

基地面积：107.3ha

建筑面积：42.3 万m2

设计时间：2012～2016

建成时间：2018

摄影：邵峰、庄哲

1 两次中标奠定设计方案

珠海是唯一同时紧密连接港澳的内地城市，珠海口岸是珠三角唯一能三地互通的陆路口岸。建成后的港珠澳大桥珠海口岸将作为连接港珠澳三地政治、经济与文化的纽带。港珠澳大桥人工岛同时靠近珠海和澳门，填海总面积208.87ha，北部为珠海口岸用地，南部为澳门口岸用地，东北部为大桥管理区用地。设计范围为北部珠海口岸用地，总用地面积约107.33ha。

通过两次中标，我们完成了整个珠海口岸区的原创设计和施工图设计工作。

第一次，中标珠海口岸工程设计总承包。2012年7月，珠海市政府委托格力发起“港珠澳大桥珠海口岸工程设计总承包招标”，华建集团华东建筑设计研究总院与上海城建院联合体在激烈的投标中胜出，中标人工岛的设计总包，人工岛上的城市设计格局被初步锁定。此时我们的设计概念是菱形主题的三重奏，三个同构建筑：珠海口岸、综合配套区会展、澳门口岸相协调，表达出三地携手、情脉相依的寓意。

第二次，原创中标珠海口岸。2012年11月～2013年1月，我们从Gensler、蓝天组、法国机场公司等众多国际一流公司的竞标中脱颖而出，原创中标珠海口岸建筑群。我们延续并优化了第一次投标的城市设计方案，形成“三点一线”的规划格局，正好和“如意”的形象如出一辙，赋予了珠海口岸“一地三通、如意牵手”的寓意。

至此，珠海口岸的设计与最终实施方案已经非常接近。人工岛主体建筑群自南向北将由珠澳旅检楼、综合交通楼、珠港旅检楼、商业连廊以及会展中心5个部分组成。以“如意”为参照，为建筑赋予圆润的体量，回避尖角和方向感，体现华人世界的处世哲学。在珠海口岸区的核心位置，即人工岛的核心位置，设置了珠港旅检楼和交通中心两座建筑，由环形大屋顶相连，形成统一的整体，增加了整个人工岛建筑群的向心力，体现出强烈的归宿感。

2 参数化技术支持想象力

为了实现圆润柔和的曲面造型，满足实际工程中排水、结构、采光等功能需求，中标后我们对“如意”方案进行了16次重大调整。为达到各项均好，设计团队进行了数百次的打磨和雕琢。这里说的参数化并非像一些先锋设计师追求算法的完美性，通过算法来直接生成建筑形态，而是将参数化从上而下地融入创作过程。“上”是建筑师的美学修养，“下”是算法工具。建筑师的想象力和判断永远在前，计算机技术在后，为想象力提供支持。我们的创作过程综合考虑了美学、工程合理性和材料，通过算法来分析和完善建筑形态，参数化模型贯穿方案优化始终。软件方面采用主流的Rhino+Grasshopper用于分析和推敲，辅以Revit+Naviswork用于出图和检查。工作方法可分为以下三步。

2.1 第一步：几何控制

1 第一次中标方案

2 第二次中标方案

3 建成后的港珠澳大桥珠海口岸

4 港珠澳大桥珠海口岸效果图和建成效果对比

5 港珠澳大桥珠海口岸效果图和建成效果对比

6 深化模型编程代码

7 独立模块

8 天窗模块

9 天窗模块

10 檐口模块

11 吊顶模块

12 檐口建成实景

13 檐口建成实景

14 天窗实景

15 车道边雨篷实景

首先创造一个参数化控制的完成面模型：模型由少量关键的控制线或控制参数创建。化繁为简，用尽量少的控制条件得到一个几何控制模型，可以适时调整，并作为数据分析的基础。然后用三条NURBS曲线控制，通过适当调整NURBS曲线的权重使曲线的控制点数量控制在个位数，最终确保近10万m2的施工图模型控制点没有过万。在实际工程中，屋面找形的限制很多，排水坡度、天沟组织、视线分析、结构厚度等要素都会产生影响。设计师需要将其量化为数字进行分析，并通过可视化方式表现出来，以便实时调整。通过参数化的几何控制方法，我们最终推敲并确定了结构合理、造型美观、排水可靠、各方面均好的几何控制模型。

2.2 第二步：深化模型

几何控制完成后，我们针对金属屋面开发了系统性的深化模型编程代码。输入已生成的几何控制模型，就可以拥有输出各部分几何信息（如屋面、吊顶、檐口、天窗、天沟等的完成面、划格以及相应的结构完成面等）的建筑模型。

2.3 第三步：独立模块

随着设计的不断深入，不同的建筑元素有不同的侧重点和相应的限制条件。我们针对不同的屋面要点编写了不同特点的设计程序模块，包括檐口、天窗、吊顶、雨篷4个独立模块。

3 屋面参数化设计模块解析

3.1 檐口模块

檐口分为内圈檐口和外圈檐口，檐口出挑30m，最薄处1m，采用0.5m宽的蜂窝铝板密拼形成。檐口设计力图在综合考虑结构和排水合理性的基础上，最大程度地实现“轻、薄”的外观效果。

檐口曲面由空间曲线放样生成，我们先将原始曲面优化为相对简单的直纹曲面，即可展面。接着研究直纹曲面的3种排布方式：方形矩形板拟合、通长矩形长板拼合、通长扇形板拼合。综合考虑加工、构造和造价因素，我们认为非标板的通长扇形板构造简单、效果好、造价可控，是最优方案。在确定了通长扇形板方案后，我们用单曲面拟合内外圈檐口，发现最大容差出现在靠近雨篷曲面曲率最大处。而在长度一定的状态下，蜂窝铝板挠度和板宽有关，于是便将容差控制到施工安装时可以自然冷弯的大小。珠海口岸项目的屋面檐口模块通过优化曲面、排板研究、容差控制这3项技术手段，使建成效果达到预期，在设计层面上保证了完成度。

3.2 天窗模块

珠港旅检楼开间270m，进深140m，我们设计了7个天窗，为室内带来了充足的光线。天窗尺寸过渡柔和，符合建筑整体气质，天窗之间的尺寸和距离关系则是通过黄金分割数列F（n）=F（n-1）+F（n-2）（n≥2，n∈N＊）来确定。天窗设计经历了船头形下沉天窗、V形下沉天窗、A形天窗+遮阳这3个设计阶段。最终，落地的天窗方案保留了投标时的视觉冲击力，规避了积水风险，同时创造性地解决了太阳直射问题。值得一提的是，天窗原始曲面为三维曲面，细分后的板块四点不共面，我们通过算法将四点强行共面，得到台阶形玻璃板块，而板块间的台阶则通过型材构造解决。

3.3 吊顶模块

与屋面设计不同，室内吊顶并不需要考虑排水、风荷载等限制。吊顶设计能够体现大型交通建筑的气势，起伏跌宕，富有表现力。我们在结构和形态之间寻找逻辑，发现天窗洞口处结构高度最小，柱子处结构高度最大，若将结构网架高度需求和吊顶起伏结合起来，便能实现形式与结构合理性的统一。在吊顶模块中，我们将原始曲面的关键UV曲线提取出来进行整形，将平缓的曲面波浪化，再重新缝合到原始曲面中去。

3.4 雨篷模块

珠海气候炎热，雨篷需要深远的出檐，形成车道边的遮蔽空间。玻璃雨篷平面投影为月牙形态，南北长270m，最大处悬挑36m，结构高度5.5m。作为车道边视觉焦点，雨篷比例和尺度以及自然光是设计的关键。我们采用镀膜玻璃做顶，PTFE膜材做底，在保证自然采光的同时，有效反射太阳辐射，白天形成车道边优雅柔和的光影效果，夜间则反射泛光照明，形成渐变三角锥发光体冲击震撼的视觉效果。遗憾的是，因为工期原因，锥形膜面并没有实施，只保留了渐变的结构骨架。

4 结语

我们处在参数化时代的开端，建筑的革命是由设计方法和建造工具推动的。从历史上看，“透视法”对文艺复兴建筑有着深刻的影响；“切石法”推动了巴洛克建筑；“多米诺”成就了现代主义建筑。而现在，则是数字化设计和建造的时代。

图片来源

图1，2，4 由华建集团华东建筑设计研究总院提供；图3，5，12～14 为邵峰摄影；图15 为庄哲摄影；图7，11 为虞晗绘制；图6，8，9 为作者与虞晗共同绘制；其余图片为作者自绘。