空间穿梭建筑一种可在地上、地下空间自由转换的建筑概念设计

　　摘要:针对现有城市地下空间存在的开发强度低、特有的环境优势未得到充分发挥的问题，提出一种基于可移动建筑设计理念，有赖于未来高新技术突破的地下空间开发利用的创新性概念设计。该设计面向大深度地下空间的开发利用，并使得建筑能够在地上、地下2种环境中自由转换，从而充分利用地上、地下空间的优点，实现地上、地下空间的多重耦合。同时，给出建筑在地上、地下空间转换的过程，对本设计应用在医院、银行、景区等的要点进行分析。针对其他一些较为特殊的应用场景，提出相应的优化设计方案，进一步扩大其应用范围。最后，引入简单算例探讨现阶段建设与运行此设计所面临的技术难题，简要分析未来实现本设计所需的技术要求。

　　关键词:可移动建筑;大深度地下空间;空间穿梭建筑;概念设计

　　0引言

　　在传统的地下空间开发利用与建筑设计中，存在着如下问题:

　　1)一直忽视地下空间与地面空间的联系。而在城市规划与建设中，实现地下空间与地上空间的多重耦合，有着重要的实际意义与价值。部分城市核心区地面与地下功能耦合的价值[1]。我国也有地上、地下空间一体化应用成功的实例，如广州天环商场。但是从整体看，我国地上、地下空间协调性较差。

　　建筑论文范例：探究建筑工程土建混凝土施工技术的应用

　　2)地下建筑的独特优势未得到充分发挥，部分短板未得到改进。文献[2-5]对地下空间的优缺点进行了归纳总结，地下空间的优点有恒温、隔音、抗震、密闭等;缺点有通风不畅、无自然光照、影响人的心理等。可移动建筑具有体量小、灵活性强、与环境融合度高、个性化、技术要求高、可建造于城市闲散空间等特征[6-7]。目前，对于传统的可移动建筑设计已有较多 研究或应用实例，例如:瑞典建筑师詹格法特·弥尔顿规划设计的挪威西部城镇翁达尔斯内斯[8]。

　　集成理念能够将不同事物的优点进行整合，陈希[9]对建筑的集成理念与可移动建筑的结合进行了研究。但在传统设计中，可移动建筑与集成理念大多仅用于地面建筑而忽略了其在地下空间开发利用中的优势。因此，本文提出设想:在未来的城市建设中，将集成理念、可移动建筑的思想引入到未来地下空间的开发利用中，以解决传统地下空间建设存在的封闭性等问题。基于这种思路，本文对传统可移动建筑进行了改进，将其使用范围由地上扩展至地上和地下，提出了空间穿梭建筑的创新性概念设计。

　　1设计简介

　　1.1设计概述

　　对于民用建筑，以住宅楼为例，在理想情况下，其应该满足:1)周边商业、文化、体育设施较多，能够满足使用者娱乐、采购物资等需求;2)安静，适宜休息;3)与城市道路连通便利，方便出行;4)与外界连通较少，安全性好。这样的住宅楼在目前较难以实现，因为商业设施较多的同时环境会较为嘈杂，与外界连通便利的同时安全性会下降。

　　对于其他建筑，也存在与住宅楼类似的理想与实际不符的问题。仍以住宅楼为例，如果住宅楼白天位于闹市区，晚上位于地下，那么就可有效地解决上述问题。设计分地上部分与地下部分，并对未来科技进行了超前的构想，假设未来借助于某些科技能够实现整栋建筑水平或竖直方向的百米距离移动。基于此，设计一口可容纳多栋单体建筑的核心竖井，并架设多座可支撑单体建筑的建筑承载台，使得建筑既可处于核心竖井，又可位于建筑承载台，从而使其成为地上、地下的双形态建筑，解决引言中提出的问题。

　　1.2设计组成

　　设计由核心竖井、单体建筑群、建筑轨道和建筑承载台4个基本结构组成。考虑到视觉效果，对其中建筑承载台的尺寸进行了放大。单体建筑是使用者的主要活动空间，设计包含多栋单体建筑，构成单体建筑群;核心竖井是地下空间的主体部分;建筑承载台位于地上，为承载单体建筑的支座;建筑轨道是连接核心竖井与建筑承载台间的轨道。

　　1.2.1核心竖井设计

　　核心竖井内主要构件有中央承重柱、复合多功能支护、动态内支撑。中央承重柱为核心竖井的核心构件，主要功能为承载单体建筑、维持结构稳定性，其内部装有提升装置，可推动单体建筑出入井。复合多功能支护的基本职能有:1)承载水土压力;2)连通井内与井外的出入通道;3)开辟部分空间供防灾 或人防工程使用。动态内支撑随单体建筑的移动有不同的形态，当单体建筑在核心竖井内上下移动时，内支撑部分打开，不影响单体建筑的移动;单体建筑位置不变时，动态内支撑与普通基坑的内支撑作用相同。

　　1.2.2单体建筑设计单体建筑为空心柱形体，内径略大于中央承重柱，如图3所示(未画出建筑外墙)。其内壁设有一定数量的卡槽，能够使得单体建筑与中央承重柱紧密结合。单体建筑底部为新式转换层，其内含短期建筑设备系统、大型滚轮和临时支架。在单体建筑移动过程中，由短期建筑设备系统代替常规建筑设备系统进行工作;大型滚轮能使单体建筑沿轨道滑动;临时支架可暂时支撑单体建筑。

　　1.4设计优点与创新点

　　1)地上、地下双形态转换，使得地上、地下空间的优势互补。地下空间恒温、降噪的特性能够给使用者带来舒适的感受，改变了传统地下建筑给人心理上带来的不适感。2)建筑的联系性较好。由于建筑承载台间可通过建筑轨道相连，使得单体建筑之间联系紧密，且与周边环境的联系性也较好，减少对生态的破坏。3)建筑的动态性较好。由于单体建筑的可移动性与分散性，若需对建筑进行改造或拆除，其施工难度较小，可在核心竖井中、高架上、建筑轨道上施工，提供不同的施工环境。

　　2设计定位与应用推广

　　2.1设计基本定位与人居关系

　　1)设计作为疗养院、医院等使用。这类建筑的共同特点为白天需满足心理发展的人性化需求，提供适宜的光环境，晚上需要提供适宜休息的建筑物理环境[10]。这样，建筑白天位于地上、夜晚收入地下，可同时满足上述要求。在这种情况下，单体建筑的出入井速度较下列2)3)4)项慢，以减轻给人的不适感。当单体建筑静止于核心竖井之下时，连接单体建筑与复合多功能支护的通道打开，使用者可通过通道到达复合多功能支护内，通过其内的电梯到达地面，且中央承重柱内有应急通道，可供应急使用。建筑承载台侧面设有电梯与楼梯，可供出入。当单体建筑静止于建筑承载台之上时，使用者可通过建筑承载台侧面的电梯或楼梯出入单体建筑。

　　2)设计作为银行、首饰店等使用。这类建筑的共同特点为注重安全性与对外宣传，即白天更加注重对外宣传，夜晚更加注重安全性。因此，夜晚收入地下可利用地下空间的密闭性保证建筑的安全，白天又可置于高架之上，起到较好的宣传推广作用。在这种情况下，白天和夜晚，只需安保人员在核心竖井、建筑承载台与地面连通的通道处值班，即可确保其安全性。非工作人员在出入井过程中不可进出，以起到安全防护的作用。

　　3设计的力学分析及技术探讨

　　由于本设计为创新性设计，目前尚无相关案例可以借鉴。本文基于西安市地质情况，对相应的地层及地下水位进行了假定，对此建筑对应的核心竖井井壁进行了简单的受力分析，初步探究实现此项目在技术上面临的问题。

　　4结论与建议

　　本设计通过核心竖井、建筑轨道、建筑承载台的结合，使得单体建筑能够脱离固定场地的束缚，实现地上、地下空间的自由转换，选择更适宜的环境。相比传统可移动建筑，本设计“移动性”的核心设计理念与其类似，但将可移动的范围拓展至大深度地下空间，最大的创新在于建筑能够在地上、地下2种环境中进行自由转换并实现可移动建筑、集成理念与地下空间开发利用3者的耦合。

　　本设计有如下优点:1)充分利用地下空间优点，规避其对人的负面影响;2)联系性、动态性好等;3)节约土地资源。但是，设计的建造与运营成本较高，故而适用于未来生产力水平大幅提升至人类对经济效益的追求弱于对心理感受或生态效益等的追求时。文中给出了基本设计与优化设计。基本设计突出体现了“自由转换”这一核心设计理念，可用于医院、疗养院、银行、景区等。但对于其他应用场景，结合大深度地下空间的特性与建筑自身特点，对基本设计可做出相应的优化。

　　例如:本文中给出的与地热开发结合等问题，文中考虑的情况不够全面，对于许多场景仍可做出相应的优化。因此，在不同的场景下，进行优化设计是未来应用时的研究重点之一。此外，在本设计中，对于设计的受力分析与实际施工仅进行了初步的探讨，设计的真正实施需要更加精确的计算以及所涉及施工、运营、维护关键技术的升级，尤其是大深度地下空间相关理论、技术的完善。

　　参考文献(References):

　　[1]邵继中，胡振宇.城市地下空间与地上空间多重耦合理论研究[J].地下空间与工程学报，2017，13(6):1431.SHAOJizhong，HUZhenyu.Studyonmulti-couplingbetweenurbanundergroundandaboveground[J].ChineseJournalofUndergroundSpaceandEngineering，2017，13(6):1431.

　　[2]李奕阳.城市深层地下空间民用关键问题及基本对策[D].重庆:重庆大学，2018.LIYiyang.Keyissuesandbasicstrategiesforciviluseofurbandeepundergroundspace[D].Chongqing:ChongqingUniversity，2018.

　　[3]雷升祥，申艳军，肖清华，等.城市地下空间开发利用现状及未来发展理念[J].地下空间与工程学报，2019，15(4):965.LEIShengxiang，SHENYanjun，XIAOQinghua，etal.Presentsituationsofdevelopmentandutilizationforundergroundspaceincitiesandnewviewpointsforfuturedevelopment[J].ChineseJournalofUndergroundSpaceandEngineering，2019，15(4):965.

　　作者：陈睿迪，王莉平*，张雨晨，余江涛，范浩然