青年报·青春上海记者 刘晶晶
中国最大的“大悬挑”、悬浮的“球幕影院”、“倒置穹顶”，今年开馆的上海天文馆，以其独特的建筑形态和空间设计定格了宇宙具有意义的时刻，令人惊艳。而在建筑背后，离不开的是“结构”给予的牢牢支撑，华建集团上海建筑设计研究院有限公司结构总工程师李亚明，就始终在和建筑结构打交道，除了上海天文馆，中国航海博物馆、上海图书馆东馆、上海辰山植物园等也出自他之手。
建筑之美背后是无数运算和实验
上海天文馆入口大厅的悬挑，所营造的新的地平线，以及悬浮的球体，都是天文馆开馆之初为人们啧啧称叹的建筑与天文结合之美。但实现的过程，却是不断和体系、材料、数字打交道的过程。
比如球体是建筑表现的重点，结构上采取的方式是钢结构单层网壳的球体，混凝土的壳体通过6个支点作为周边支撑。“我们先做了下面混凝土的壳体，中间开了一个大洞，假如把这个洞封闭起来，人无论在外面还是里面尤其在里面抬头看感觉是一个罗马穹顶。”
讲起来很简单，其实里面的工作量非常大。“我们要计算分析多厚的墙体合适，这6个这么小的支点支撑这么大的、里面将作为穹幕影院会有非常多人在里面的空间，安全怎么保证？如何体现悬浮？”李亚明说，通过把球体和周边混凝土的壳体之间脱开3.8米的距离，光线下来感觉球体是悬浮在空中的感觉。为了确保安全，除了大量理论分析以外，还做了一些现场实验测试。
这样特殊的建筑形状，又位于海边，是否能应对台风，也是结构工程师要考虑的。“我们特意做了一个模型，进行风洞实验，听上去也简单，其实是非常严格的模拟数据，做到最精确的要求，最后再进行数字运算的比对实验。”
在创新中让传统建筑手法更现代
同样，在建造中国航海博物馆的过程中，要实现建筑呈现出帆体的美感，也经过了各种实验和争论。比如呈现帆体弧度的索网，就遇到了一个非常大的难题——弹性边界，两边是钢桁架做成的壳体，钢度很薄，拉得越紧越容易变形，不拉紧两边则会松动，正面还需要挂玻璃以及风荷载，无法承担这些外力。“我们要选择适当的钢墙，里面有适当的张力，通过索力平衡，找到平衡。这都是我们要做得。”甚至每一个用玻璃做的格子，建筑师要求做成曲形的网格，是用曲面玻璃还是平板玻璃模拟曲线，如何解决翘曲度的问题等等，也都要一一计算清楚。
“建筑师设计出非常美的建筑，而要呈现出这样的美，就需要专业的结构工程师用枯燥而重复的计算、实验来实现。”李亚明表示。
传承中国古老的建筑结构，再加以现代化创新，也是他正在做的。获得过国际大奖的太原植物园，李亚明就做了新的尝试。中国是木结构的故乡，太原木结构建筑也是目前国内保留最多的，太原植物园正是采取了木材结构。
“比如温室植物园，原先是煤堆堆放的地方，我们做了穹顶壳体的木结构，网格状，外围用了玻璃板，让温室吸收充分阳光。”木结构采用钢索辅助，没有先例，李亚明和同事在实验室里做了很多实验。
穹顶杆件叠加，中间线做了钢性杆件，整个木杆件跨度90米，采用Z字型杆件，用螺栓紧紧合在一起，受压之后互相顶着，满足了受力连贯性需求。索和木结构怎么连接？李亚明和团队还开发了不锈钢的连接节点。由于这些创新实践，这一项目还获得了国际上结构技艺方面的大奖。
要成为结构工程师需要不断学习
在李亚明看来，作为结构工程师，需要不断地学习新知识，才能在遇到各种情况时可以妥善地解决。在11月28日举行的一场上海科普大讲坛上，有观众在线提问，是什么让他可以坚持下来，做“建筑背后的人”？
“结构工程师拿到一个项目，更多关注建筑师创作的一些概念，要充分把它体现出来。一个是外形形状，还有一个是材料，材料质感不一样，体现的也不一样，建造过程中也有很多技术需要解决。”李亚明说，天文馆、航海馆都是展览馆，假如一个项目内容本身就是高科技的，比如一个实验室，那又有很多非常专业的要求。
比如很多国家级重大实验室，就对震动有非常高的要求。“外面一个重型车子开过去，实验室不能有震动，这怎么控制？包括气温的控制，冬天冷、夏天热，温差非常大，所有材料都有热胀冷缩的问题，也容易发生问题，这些都是结构工程师要考虑到的问题，涉及的专业也是方方面面。”
也因此，结构工程师需要不断在工作中学习。“读书时老师告诉我们，做结构专业有一个通俗的讲法是‘万金油’，哪个领域都可以做，但真正去做了，觉得什么都不够，什么都要学。”李亚明说。
他也告诉在线上收看的观众尤其是青少年，要成为一名建筑结构工程师，基本功很重要，也要不断积累创新。“从我工作的经历来讲，变化很大，我们使用的工具都在变化，以前可能拿个计算器算，后来有大型的计算工作站，现在又变成很小的手提电脑。软件也在不断更新，每次的进步，都是因为学了新的东西，所以保持不断学习的精神也很重要。”
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