建筑结构·人物丨奥雅纳刘鹏：脚踏实地，拥抱变化，进而有为

原创刘鹏建筑结构

收录于合集

导读

当下建筑行业市场变幻莫测，与其踌躇不定，不如立足当下。为此，《建筑结构》杂志社邀请部分结构专家，谈一谈当下做的项目或遇到的挑战，聊一聊关注的那些人或事，说一说自己的周边或远方等等，报道当代结构工程师的所做、所为、所思、所想。愿为迷茫犹疑中的您带去亮光，为砥砺前行中的您加油鼓劲。

本期受访嘉宾

刘鹏奥雅纳院士、董事，北京办公室负责人

脚踏实地，拥抱变化，进而有为

Q1：最近在忙什么？

Q2：有什么思考？

在忙的过程不断反思现行的做法，所以，这两个问题我归并为一个问题进行回答。

当然，每天都是和设计团队一起忙于各种设计项目，有大有小，都很有挑战。小的项目例如和OPEN事务所合作的承德金山岭阿那亚山谷音乐厅，是一个只有1000多平米的半室外音乐厅，用清水混凝土表面的褶皱和洞口的布置实现了音乐厅的混响效果。

这个项目的结构从一个小的基座向外悬挑，受力复杂，但这还不是最困难的地方。这是一个小预算项目，在建筑师的统筹和协调下，我们与照明、剧场及声学顾问密切合作，完成了结构机电全过程设计，主要的设计和施工协调工作都是在参数化数字平台中进行。

由于结构的几何复杂性，奥雅纳的结构工程师在早期设计阶段就采用了先进的数字化设计技术，根据建筑师提供的犀牛模型，我们创建了结构参数模型，进行拓扑优化以找到简洁、有效的结构布置，直到计算出完整 3D 设计环境中的所有结构细节。同时，通过结构参数化优化手法，在保证建筑外观表达的前提下，对状如沉积岩的起伏表面进行了调整，以降低结构的应力，减少模板的种类。

▲山谷音乐厅©Jonathan Leijonhufvud

山谷音乐厅更多内容可查看Arup奥雅纳微信公众号文章《山谷音乐厅，阿那亚又一精神建筑落成》。

另外一个项目是位于海拔3600米的拉萨贡嘎机场3号航站楼，采用12个树状柱支撑简洁优雅的莲花造型屋面。这个项目于2021年8月投入使用，刚刚获得香港工程师学会的结构设计嘉许奖。

▲拉萨贡嘎机场T3航站楼 ©Arup

拉萨贡嘎机场T3航站楼更多内容详见《建筑结构》2022年第2期奥雅纳专栏中的论文《拉萨贡嘎机场T3航站楼结构设计》（作者：程煜,苏国柱,刘鹏,董小海,刘浩,赵旭,梁越,马超；单位：奥雅纳工程顾问，北京中航筑诚机场建设顾问有限公司）（点此可阅读全文）。

但是在忙的过程还是一直没有停止思考，思考的结果也正好能够应用到我们所忙的工作中。不停地思考的好处是你会关注环境和形势的变化，不断反思现行的做法。

结构工程包括整个建筑行业一直是变化较为缓慢的，建房子都是百年大计，至少是五十年寿命。所以和其他的工程行业，例如：汽车、机械等等比起来，我们行业的有利之处是很多方面“有作业可以抄”，不利之处是前瞻性要求非常高——因为设计建设周期太长。打个比方，整个社会在向数字化转型，建筑行业可能尚处于“农业社会向工业社会”的转型中。在这样一个快速变化的社会和自然环境下，我们需要不断审视我们的结构设计原则，在更大的框架下做出调整。

在过去的二十多年，我作为结构工程师参与了国内很多建筑项目的建设。我深刻理解一个好的结构设计在建筑中起的作用重大：成就(enable)建筑空间，并平衡结构安全、经济性和可建造性。这些设计原则一直适用于现在的和将来的项目。更进一步的，我们要在这些原则上再加上可持续性和韧性。虽然后两者或多或少一直体现在以往的设计原则中，但是在新的形势下把它们作为显性的设计原则加以强调并与前者并列是非常有必要的。

思考 1. 你的建筑排放了多少碳？

我们都知道习近平主席在2020年明确了中国2030年碳达峰2060年达到碳中和的一个整体目标。建筑行业碳排放包括运营碳和隐含碳，结构专业更侧重隐含碳的研究。隐含碳的最主要部分是混凝土和钢材，基本上占到了90%。按中国建筑节能协会的数据，2018年建材行业加建筑施工产生的隐含碳占到全国100亿吨碳排放的29.3%，而这一数据在全球来说是11%。这一事实既说明我国还处在城镇化和基础设施建设的高速发展阶段，也说明现阶段建设行业作为主要消费端，降低隐含碳有着巨大的潜力。

建筑大师诺曼•福斯特经常问人一个问题“你的建筑有多重？”，我估计今后我们要问的问题是“你的建筑排放了多少碳？”。在去年的COP26联合国气候变化大会上奥雅纳做了一个承诺：我们会对参与的每一个项目做全生命周期的碳排放计算(点此查看更多内容）。过去这两年到现在我们已经开发了各种碳排放计算的工具，从简单的电子表格到直接读取各类结构软件数据的，已逐步应用在我们参与的各个项目中，建立了可以定量对比的数据库。

▲碳排放数据库：显示各结构体系平均碳排放©Arup

下一步，减少隐含碳的排放并不只是在材料生产过程减碳，工程师作为需求端的直接决策方也需要在设计理念上有一个全面的转变和提高。思考过程中我初步总结了减少结构隐含碳排放的十条原则：

1）采用适宜的结构跨度

2）不过分降低构件截面高度

3）使用回收材料

4）降低结构自重

5）选择更具可持续性的材料

6）优化结构体系和构件截面

7）使用木结构

8）在设计中考虑可适应性、灵活性和可拆除性

9）以结构表面取代装饰

10）装配式与模块化

▲碳排放与梁跨度关系©Matthew Holden

例如由于梁的弯矩与跨度是平方的关系，将结构柱网跨度从9m×9m减小到7.5m×7.5m就可以减小梁碳排放30%。

从这里可以看出，我们在原有的设计原则上增加了可持续性的原则，它们之间有共同一致的部分，比如说经济性节省材料和降低碳排放基本是一致的；也有可能相互冲突而需要在更高层面上进行平衡和取舍。例如，之前对于高标准办公楼会考虑较高水平的荷载和装修配置，以满足租户潜在的文件存储需求及可能较为密集的人员集中等需求，楼面活荷载取值比国家规范要高。但是在数字化无纸化的现今，以及灵活办公和居家办公的趋势下，我们认为办公楼面的荷载可以合理取值，以达到节省材料的目的。当然我们会和业主方充分讨论以了解项目在未来空间用途上是否有其它灵活性的考虑以最终决定。

▲不同人员密度对应的活荷载数值©Natasha Watson

例如这张图就是我们的同事对不同活荷载的数值做了一个实地的模拟，可以看到3kPa的活荷载是大量人员非常紧密地挤在一起才会达到的荷载水平。这种情况在一般空间是不太可能发生的。

思考 2. 城市韧性对结构意味着什么？

韧性和可持续性可以说是一个问题的两个方面。在全球暖化、社会快速变化的大环境下我们既要在设计中积极推进可持续性的设计原则，同时也要考虑具有积极应对极端事件和长期压力(也就是所谓“黑天鹅”和“灰犀牛”)的韧性。

为了提高整体社会的韧性，在抗震设计中对于关键设施和建筑，就不只是考虑人员安全，还要进一步缩短震后修复时间，降低修复成本，尽快恢复功能，以降低此类关键性建筑的破坏对社会和经济正常运转的影响。

2013年，我们在美国加州的办公室和当地的大学以及政府机构合作开发了REDi建筑抗震韧性评价和设计体系，并在旧金山的一栋高标准的办公及公寓大楼(181 Fremond Tower)的设计中实现了REDi金级抗震韧性标准,大大提升了项目的价值。2017年我们参与了清华大学潘鹏教授主持编制的《建筑抗震韧性评价标准》(GB/T38591-2020)，积极地把我们在国际上的经验与中国的设计实践结合起来。

抗震韧性思想在业内真正比较为人所知是2021年9月的国务院令，针对高地震区医院、学校以及其他社会关键基础设施建筑要求达到震后正常使用功能，这就是基于城市韧性整体框架对这类关键建筑提出的性能要求。这个政策使得隔震和减震等先进的结构技术得到了大力的推广，极大地提高了这些建筑的抗震性能，提升了城市和整体社会的抗震韧性。

思考 3. 数字化手段探索更多可能

现在的项目设计，需要考虑的维度更多，项目的空间形式也更复杂有趣。我们开发了一些自动化的设计工具，主要是简化一些例行公事的分析，方便工程师有时间探索更大范围、更多元化的结构方案。

在做中国尊(现在是中信大厦)的结构设计是在2011年到2013年之间，对这样一个高地震烈度区的挑战性外形，我们用自己研发的参数化设计工具研究了800多个方案，包括不同外形、角部倒角策略、伸臂桁架布置楼层、巨柱转折位置等等各种设计参数的组合。我们选择的巨型结构用钢量非常经济，大大降低了核心筒的受力负担，有效减小了墙厚(最厚墙体1.2m),并提供了一个将近60m面宽的无柱大堂空间；施工速度也很快，地上结构施工只用了32个月。

最近几年，以互联网、5G、物联网等为代表的数字化技术已经对社会和经济的聚集形式产生了深刻的影响。地理集中的中心发展模式如CBD已经发展到利用轨道交通和数字通讯技术的链式布局模式，如TOD和卫星城等。综合的趋势就是商业建筑空间价值的评判体系在变化。建筑的高度甚至地段都可以结合其他的设计特色来综合形成建筑的价值，例如空间的灵活性。

2020年新冠疫情之后，奥雅纳发布了《后疫情时代的办公空间》趋势研究(点此免费下载) ，居家办公、多点办公已成为很多公司考虑的趋势，而由此带来的工作与居住空间之间的模糊也是研究的方向之一。所有这些新的设计问题，都给设计带来了成倍的工作量，而我们也在不断发展我们的数字化工具，结合参数化表达和算法式设计，以处理变量组合的爆炸式增长带来的庞大数据，并形成方案研究到最终定型的逻辑链。今年初我在《建筑结构》上发表的一篇文章《人机合作设计范式下的结构设计表达》介绍了我的在结构工程数字化方面的一些思考。

▲数字化工具对设计空间与交付成果质量-工作效率的影响

▲建筑模板、结构几何模板和结构实现模板

结构工程数字化方面的一些思考更多内容详见《建筑结构》2022年第2期奥雅纳专栏中的论文《人机合作设计范式下的结构设计表达》（作者：刘鹏；单位：奥雅纳工程顾问）（点此可阅读全文）。

因此作为一个结构工程师，在完成好我们的本职工作的同时，如果能够同时思考我们在社会发展变化中如何体现我们对社会的价值，是非常有意义的。结构工程是一个基础的工程学科，但是对社会的影响尤其重大。

Q3：最近一次印象比较深的考察（旅游）去哪了？（含海内外）

2019年12月，就在疫情前，我们全家去了迪拜和阿布扎比旅游。到现在三年了，没有再出去过。那是中东地区气候最好的季节，我们看了阿布扎比卢浮宫和谢赫扎伊德大清真寺，当然哈里发塔的烟花表演和朱美拉棕榈岛也没有落下，是一段很美好的回忆。写这篇文章的时候，恰逢上海解封，我们北京的办公室在朝阳区，从之前要求居家办公恢复可以全员到岗。面对疫情，我相信人类会找到聪明的办法，兼顾社会发展和生命安全。

▲阿布扎比卢浮宫

▲谢赫扎伊德大清真寺

▲迪拜天际线

作者简介

刘鹏

奥雅纳院士、董事，北京办公室负责人

英国皇家特许工程师

英国结构工程师学会会员

香港工程师学会会员

奥雅纳东亚地区的卓越技术委员会成员，负责区域的技术研发合培训等管理工作。在高层建筑、大跨结构、设计数字化与结构优化方面有着相当丰富的经验。参与/负责许多中国大陆及香港地区项目的结构设计工作，其中包括国家会议中心二期，北京中信大厦（“中国尊”），中国国际贸易中心三期，北京CBD核心区Z3/Z5/Z6项目，中央电视台总部大楼，香港环球贸易广场（497米）等。

担任中国建筑学会结构分会理事、中国勘察设计协会结构分会常务理事、中国建筑学会抗震防灾分会高层建筑抗震专业委员会委员。并获得英国工程师学会结构工程大奖-高层与高耸结构(2019年)、香港工程师协会结构设计嘉许奖(2019年)、中国建筑学会建筑设计奖结构专业一等奖(2017/18年度)、华夏建设科学技术奖一等奖(2015年)、北京市科学技术奖三等奖(2014年)等荣誉。

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责任编辑：吴定燕

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