作者:郑金武 来源:中国科学报 发布时间:2022/3/2 10:36:04
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为冬奥场馆“编织”八片“雪绒星”

 

夜幕降临,北京冰立方南广场的八片立体造型雪花雕像“雪绒星”依次点亮,璀璨光芒营造出了层次丰富的科技感和时尚感。这是清华大学建筑学副教授黄蔚欣团队在北京市科委、中关村管委会“科技冬奥”专项支持下研发的产品。科技与艺术融合,“雪绒星”正为冬奥场馆增色添彩。

3月1日,北京市委宣传部,北京市科委、中关村管委会组织“科技冬奥企业行”大型主题采访活动,记者们走进清华大学建筑学院,了解“雪绒星”诞生的背后故事。

冰立方广场上的“雪绒星”。清华建筑学院供图

外形既像雪花,又像闪烁的星星,且能从多个角度观看,因此这组雕像被命名为“雪绒星”。

近年来,曲面建筑成为行业热门,但传统的数控加工方法造价较高,施工难度也很大,经济性不佳。怎样才能提质增效?作为“雪绒星”主创设计师和项目负责人,黄蔚欣从中国传统的手工艺编织当中汲取了灵感,让曲面造型像手工艺编织一样“搭建”起来。

黄蔚欣介绍说,“雪绒星”所使用的技术,建筑学名叫做“编织式空间网壳”,简称“编织结构”。团队利用编织结构,已设计创作了多个产品。

2020年初在上海豫园的新春民俗灯会上,团队用编织结构塑造的曲面造型“鱼旎如意”重量只有400公斤,比传统异形钢结构大大减重,视觉上也更为轻盈通透,受到了主办方和公众的好评。

在“科技冬奥”专项的支持下,2020年黄蔚欣团队投入到立体雪花“雪绒星”的设计研发中。经过为期一年的设计创作,这件立体雪花作品最终得以呈现。

黄蔚欣表示,设计制造雪绒星有四大技术“难点”——怎样生成好的网格?怎样为作品设计最佳结构?如何在设计上有新的突破?怎样提高作品的耐久性和可实现性?

黄蔚欣介绍编织结构。北京市科委中关村管委会供图

“与以往的编织结构相比,雪绒星是先用线元素塑造曲面,再拼接成镂空的三维造型,造型和工艺都更加复杂,对产品本身的基础形态也提出了很高的要求。”黄蔚欣表示。

作品结构优化也是团队面临的一大挑战。“这种网壳结构是具有弹性可弯曲的自由曲面造型,我们通过数字算法,实现造型从形态设计、结构验证、到施工建造的全过程‘掌控’。”黄蔚欣说。

艺术表现也是雪绒星设计当中必须考虑的因素。团队从冬奥场馆当中汲取灵感,在延续“水立方”和“鸟巢”形态上的基因,基于正二十面体和编织网格设计出了三维的雪花雕塑,让雪绒星不仅好看更“耐看”,成为冬奥会配套景观当中的经典。

传统的灯光雕塑,都是把灯带直接附着在材料表面上,虽然解决了夜间发光问题,但会很大程度上影响到产品的美观,为了保证雪绒星良好的视觉效果,黄蔚欣决定把电线“隐藏”起来,团队把传统的玻璃钢材料进行了升级,创新研发出铝合金材料的数控编织技术。

“铝合金材料更轻更薄,还能在断面上直接开槽放置电线,这样电线被藏了起来,使雕塑更为美观。”黄蔚欣介绍,新材料经久耐用,通过新工艺还实现了杆件预加工,简化了雕塑组装难度。

除了“雪绒星”这样的艺术品以外,编织结构在小尺度和大尺度层面,都可以有很好的应用。黄蔚欣介绍说:“例如位于昆明的国家植物馆网壳屋顶‘水绒花’,就是编织结构一次很好的应用,独特、生动的空间效果饱受好评。”

据了解,北京2022年冬残奥会以后,“冰立方”广场将向公众开放,更多市民可以欣赏到“雪绒星”绽放的精彩场景。

 
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