科兴天富厂区改造——白色轻质构筑系统的诞生

董元铮 关飞

1 任务的提出

科兴天富疫苗厂区位于北京南郊大兴，由既有工业厂房改造而来，历经多次转产转型的适应性改造，建筑密度较大，且伴随品牌的高速发展，产生了迫切的品质提升需求。

疫苗生产车间实行24h工作制，厂区内员工约2 200人。全员的用餐都在草坪东南角一座24h开放的集中食堂，食堂的主入口位于地下一层，朝向北侧办公楼与食堂之间狭长的下沉庭院，这是从办公楼和车间来往用餐员工的必经之路，但厂区内鲜有户外休息、驻留空间。崔愷院士提出，在对周边生产办公不产生过大影响的前提下，进行局部轻介入改造，在员工必经的下沉庭院处，打造一个遮风避雨的半室外休闲活动场所。

为减少对厂区正常生产生活的影响，需要工期短、现场作业少，噪音干扰小。结合业主期待的品质精良、具有品牌象征性的要求，我们决定采用装配式模块装置，嵌入下沉庭院，遮蔽风雨，引人驻留、闲谈，激活当前略显消极的空间缝隙。

2 几何的纯粹与现实的复杂

标准化模块依赖恰当的几何体系。我们选择球壳作为原型，原因是：1）球体更接近生物细胞的自然形态，具备品牌的象征价值；2）相对于矩形的既有厂房，球面具有不言自明的异质感；3）球壳是获得跨度和面状覆盖的最轻薄的方式。球体的几何特征是由唯一的圆心和完全相等的内聚力产生的面状体。从富勒球到格林姆肖的伊甸园，球壳的结构优越性在建筑史上确已不乏先例。不同于大多数球壳案例，我们面临的是更为复杂的场地环境。将完美球体置于旷野非常简单，但球壳与环境、球壳与球壳之间的相融极富挑战性，我们希望这次实践能在球壳的环境适应性上有所突破。

项目基地是一个4m深，15m宽的窄缝。为使球壳“嵌入”直线边界的剩余空间，需要寻求一种几何关系，衔接“球体”与直线边界。因此我们对直径约16m的球体在水平投影面上做三次60°切削，得到中心对称的三维壳体作为模块原型。再对原型继续做60°切削，得到两种更小的平面单元及侧向落地球面（C）。大单元的立面是对称的半圆拱（A+A）；小单元的立面有两种，是球壳切削得到的中部拱顶（B）或不对称的局部拱脚（A）。两种单元的平面是不同大小的等边三角形，平面投影边长是a或2a。这样的几何关系可以带来立面天际线的丰富性，以及平面拼接、密合的灵活性。同时，球面空间杆的抽象长度和它们所形成的网格顶点的种类都十分有限，使得工业深化加工可控。

1 景观棚架空间

2 景观棚架外观

几何体系是抽象和单纯的，而建造需要适应复杂的现实空间。下沉庭院的边界，是办公楼与食堂形成的两条不完全平行的直线，东侧转角处有一些原有建筑体量切削带来的破碎转角。几何体系首先实现了在空间缝隙中的自由“转弯”，基本拟合了下沉庭院的边界，使风雨廊的庇护得以延展到办公楼和食堂的东侧入口。还有一些现实中的误差需要用系统的方法消除。因此我们引入了“黑箱”，它是凸出于下沉庭院南北两侧的玻璃幕墙，进深约1～1.2m，东西通长，基于既有建筑的幕墙色调而被统一定义为黑色。这个系统整合了既有建筑界面并扩张了局部空间，其目的首先是消化白色的纯净几何体与现实边界之间不可拟合的间隙和误差，使白色系统的几何纯粹性不受干扰；其次是利用“黑箱”与白色壳廊之间的搭接关系为下沉庭院闭水，提供可靠而简单的天沟系统；同时用连续、等高的玻璃界面整理下沉庭院破碎的立面，获得纯净的基座。在气温舒适的过渡季节，连续打开的玻璃门将打通下沉庭院的室内外界面，黑、白系统各自独立，其功能性关系清晰可读。

3 轻质结构体系

奥托把轻质结构定义为能够以较小的自重承载较大荷载的结构对象。这不仅是观念上的，更符合我们的现实需求——快而安静地建造，以及对物资和成本的节约。

3 地面层平面图4 屋顶平面图

5 流线分析6 功能分区

轻质结构的核心之一是材料的谨慎选择。圆管立柱与跨度约15m的圆管边拱组成主体受力结构，由于处在覆盖投影的边缘，部分结构会暴露在风雨环境中，需要较好的防腐耐候性能。结合高强和可精细加工的表观需求，选择了双相不锈钢材料，其焊接性能和可打磨的特性，可以解决小直径圆形截面杆之间难以栓接节点的问题。同时选择相对高轻、高强的铝合金作为球壳三角形单元的装配式系杆材料，覆以重量最小的防水构造ETFE透明张拉膜，减轻屋面构件的自重。

整个装置西起下沉庭院端头，跨越庭院，覆盖至东侧较高的室外地坪。高低跨越的复杂地形导致不锈钢立柱的高度相差很大，2～10m不等，柱子的截面自然产生很大的差异。我们采用张弦柱消解这种差异，当柱过高时，3组张拉钢索可以将10m多高的立柱截面直径减至100mm，从而与较矮的单立柱完全协调。

4 高度融合的建造

次级结构利用精细化的铝合金型材截面工艺，整合张拉膜所依附的龙骨体系，使主体结构与膜结构复合为一层。从结果来看，部件的融合使系统摆脱了多余的重量和构造环节，并对控制结构安装误差提出了更高的要求。

依照传统的建构逻辑，围护构件与主体结构之间除了层层依附的关系，更核心的是层层调整的关系，即幕墙结构/次级结构往往承担着矫正、适应主体结构误差的任务，表皮则需进一步矫正和适应次级结构。由于系统的高度简化和融合，使我们看到项目在这一过程中的挑战。不止是围护构件，包括水、电、照明，所有依附在白色系统上的机电设备都被尽可能整合，主体结构构件被不断并入附属系统。例如，立柱的管腔被直接用作雨水立管，强弱电管线同理，水、电分取若干立柱作为路由。泛光灯具也尽可能减少安装构件，将线形灯具的安装槽直接整合进铝合金结构型材的截面里。这个原则精简了系统，并大幅缩小了专业、专项配合的颗粒度。管线综合和机电安装的推敲精度从几十厘米提高到几厘米，但该节点尺度对精细化设计的要求使现场暴露出一些问题，部分超出了我们的预判和控制，例如，一些电线在柱头铸件部位无法穿线，而不得不局部明线暴露。

5 生活场景与系统的未来

大量工厂预加工与少量现场装配作业的结合，使项目从方案设计到施工落成在全程低温作业的情况下仅用时100多天。在遮蔽风雨的膜拱下植入绿植，春暖花开之后将营造植物园般的微环境。这座结构纤巧、装配迅速的构筑物，为沉闷的既有厂区注入绿色、轻盈的生活价值观。这个原型可以在不同尺度、不同形状的剩余空间里组合、拼装、蔓延，并可作为高适应性的介入系统，在未来科兴多处既有厂区的提升改造中发挥作用，进而成为一个空间线索，一个标志性场所，一个品牌象征，把散落在北京周边的一系列科兴产业园区贯穿起来，具体而微地激活剩余的消极空间，创造亲和、积极的空间。

7 单元模块生成示意图

8,9 单元组件控制与立面多样化组合

10 张弦柱与伞柱11 夕阳下的景观棚

与建筑体系相结合的工业化生产是现代建筑学的主题之一。这种追求标准的思维方式，其结果不应该是机械的、单调重复的，而应该为定制化的设计提供技术支持。我们希望这座构筑物能带来一种纯净的轻快感，使人们从精神上暂时脱离工业园区现实的生产压力；希望它不仅具有技术上的创新性，还具有一定的美学特性；希望它虽然脱胎自工厂的标准化生产，却仍可塑造独属于这个场所的情感和体验。

业主：北京科兴中维生物技术有限公司

建设地点：北京市大兴区科兴中维天富厂区

建筑设计：中国建筑设计研究院有限公司本土设计研究中心

主创建筑师：崔愷、董元铮

方案设计团队：崔愷、关飞、董元铮、卫嘉音、刘佳凝

施工图设计团队：刘佳凝、卫嘉音（建筑）；郑爱龙（总图）；张路、卢凯、郭强、施泓、霍文营（结构）；刘海、周丽娜、夏树威、苏兆征、黎松（给排水）；常立强、李战赠、陈琪、王苏阳、肖彦（电气及智能化）

泛光照明顾问：北京宁之境照明设计有限责任公司

膜结构顾问：美新莱蒙（北京）膜建筑科技有限公司

施工单位：中国建筑第八工程局有限公司西南公司北京分公司

不锈钢铝混合结构施工：上海通正铝结构建设科技有限公司

总建筑面积：1 100m

设计时间：2021.09—2021.11

建造时间：2021.11—2022.01

图片版权：本土设计研究中心

12 “黑箱”剖面关系13 张弦柱