藏書120萬冊擁有1200坐席的網紅圖書館是怎樣煉成的？

刷屏的網紅圖書館——天津濱海圖書館來了！

出品| 網易新聞

作者| 須臾千秋，清華大學土木系建築材料專業博士

　　如果世上真的有天堂，那一定是圖書館的模樣。

　　熱愛讀書的人想必都幻想過這樣的圖書館：書籍包羅萬象，堆成一座座書山，愛書的人就坐在書山上如痴如醉地讀書。如今，在中國工程師的妙手下，這樣的幻想已經照進了現實：2017年10月25日，總藏書量120萬冊、擁有1200個讀者坐席的天津濱海新區圖書館「濱海之眼」投入運營。

　　（濱海圖書館的書山，科幻感十足）

「濱海之眼」的設計，真的是一隻眼睛

　　濱海圖書館之所以被叫做「濱海之眼」，是因為從建築的正面看，整座建築真的像是一隻深邃的眼睛。它地下三層、地上五層，主體長110米，高33.65米，建築面積33700平方米。地上部分是由鋼框架支撐起的特大跨度連體結構，中間「眼睛」處的連接體由四榀54米跨雙層高的平面桁架組成，外掛共計兩萬平方米的玻璃幕牆。

　　（「濱海之眼」的外觀）

　　整座「濱海之眼」的鋼框架+玻璃幕牆結構，不僅為閱覽區提供了充分的自然採光，賦予了整棟建築極其輕盈的質感以及強烈的後現代風格。這種輕盈感的產生，是因為建築廣泛使用了隱框玻璃幕牆的技術。它將金屬框設置在玻璃背面，使得人們在室外不能看到玻璃後面的金屬框。在玻璃幕牆外面還設置有與「書山」層間模數相同的氟碳抗銹金屬格柵，使得整個建築外觀極其通透。

　　隱框玻璃幕牆的施工工藝較之普通的顯框幕牆更加精細，尤其是對於如此大面積的玻璃幕牆，預埋件及連接件的安裝準確性十分重要，會對幕牆質量造成重要影響。

　　在施工中，除精準定位外，工程師們還採用了比較費時，但精度一流的連接件預先點焊的方法，在初步焊接後進行檢驗，不合格即進行修正，合格後繼續加焊並正式固定，隨後還要通過兩道檢驗才能算是正式合格。如此繁複的施工流程保障了「濱海之眼」飄逸的外觀。

　　（隱框玻璃幕牆）

結構安全，靠組合結構來保障

　　從外觀來看，濱海圖書館的結構輕盈，構件單薄。這種輕薄的「北歐風」設計風格讓人不禁擔心起它的性能來：這麼輕的建築能安全嗎？

　　其實，濱海圖書館採用的是一種鋼與混凝土相互複合的組合結構。採用鋼管混凝土代替了一般分開使用的鋼筋混凝土與結構鋼，大幅度地節省鋼材、木材、混凝土等結構自重。理論分析與實踐表明，鋼管混凝土與普通鋼筋混凝土結構相比，鋼材用量與承載力相當，截面積減小約一半，從而加大了建築的有效空間和使用面積，自重也減輕了50%。給建築的使用者看起來，自然就顯得非常輕盈了。

　　（濱海圖書館的建築結構模型）

　　如此高端的結構構件，其安裝難度也與普通「傻大粗」的結構構件不可同日而語。與現場澆築的鋼筋混凝土結構不同，鋼管混凝土採用的是完全現代化的建築構件生產流程。重達26噸的矩形鋼管均在工廠預製完成，檢驗合格後運到施工現場，進行二次檢驗。

　　構件的安裝位置也有學問，現場按照設計圖紙建立水平軸線控制網和高程式控制制點後，還要經過全站儀的初標與終標才能最後確定安裝位置，用「十」字線標出安裝參照點。這還不算完，施工設計時還要對構件吊裝過程中的吊點和吊裝變形進行計算。在構件吊裝就位後，即使6.5米長的鋼管柱誤差只有幾毫米，也要立即進行標高、扭轉和垂直度三個方面的校正。考慮到焊接帶來的構件變形與殘餘應力，在構件後續的組裝與焊接過程中還要再進行多次的檢驗與校正。

　　（鋼管混凝土結構）

「濱海之眼」的眼仁——微縮版的「水立方」

　　在濱海圖書館的中心，有一個直徑21米的球體極為醒目，如同「濱海之眼」的晶狀體一般，也是整座建築的焦點。整座圖書館的階梯狀書架圍繞著這個「眼仁」進行布置，形成了一個流動的、曲線的空間整體。

　　（「濱海之眼」的眼仁）

　　這個球體實際上是一個可容納100多人的多功能廳，未來也將成為濱海新區文化活動的標誌性場所。

　　（「眼仁」的結構）

　　從施工階段的照片可以看出，「眼仁」實際上是個鋼骨架+外掛板的空心球體。技術上講，「眼仁」就是一個微縮版的「水立方」。要保證它能夠符合設計上的完美球形，又要保障使用安全，鋼骨架的拼接也有一定的難度。好在有水立方的經驗在前，在眼仁的施工中，也採用了當年水立方工程中總結出的「一球一桿」鋼構件單元拼裝模式，既加快了拼裝速度，又控制了施工誤差。

　　（「水立方」的結構）

光有安全怎麼夠？圖書館當然要舒適

　　建築的安全與美觀只是建築考核的及格線。要想看圖書館夠不夠優秀，還必須要考慮到建築使用者是否舒適，否則就是一座華而不實的二流建築。而濱海圖書館，就是一座典型的既美麗、又實用的優秀建築。

1、物理舒適感

　　濱海圖書館是一座大跨度建築，階梯狀的讀書空間更是一種非傳統並且形狀不規則的結構形式。對於這種結構，變形太大以致於影響人的使用舒適是一個常見的問題。

　　人的日常活動，包括走、跑、跳等，都可能引發樓板的振動。這種振動是無規律的，影響使用舒適度的同時，研究起來也極為複雜。但同時，書階梯還要供人坐著閱讀，其使用舒適度又至關重要。為此，圖書館的設計者使用分析軟體建立人行激勵模型，詳細分析了人的行為，將其分為五種：步行1步，連續行走，不連續行走，跑動和劇烈跑動。這樣，就可以將複雜的人的行為抽象成了簡單的數學模型的組合。

　　在另一方面，設計師們還將玄而又玄的人的「舒適度」也量化成了數學模型。設計師們將人的主觀感受簡化，假定當有人經過時，如果樓板的震動幅度、速度、加速度、頻率超過了一定的值，那麼坐在旁邊的人就會「感覺不舒服」。

　　經過這樣的簡化之後，人的舒適度這件主觀感受很強的事情，就可以用計算機進行研究了。

　　（樓板最大加速度的時程曲線）

　　設計師們經過反覆的計算與精心設計，保證濱海圖書館的各層對於人活動的響應，產生的加速度都顯著低於人的不適感臨界值。這樣，人們就可以安心坐在書山上讀書了。

2、聲學舒適感

　　讀書的人們渴望安靜，因此通常在圖書館的閱覽室中，都是禁止人們大聲交談的，甚至連走路都要小心翼翼；可是，濱海圖書館的閱覽區是一個開放的公共空間，難免人多嘈雜。想要獲得安靜的閱讀環境，就不能單純依靠讀者的個人修養，還要依靠工程師們的聲學設計。

　　濱海圖書館的聲學設計就蘊藏在這別具一格的書架中。這些波浪形的書山可並不僅僅為了好看，它事實上也是一種有效的吸聲結構。這種曲線形式，並且向內凹陷形成書架的牆壁可以將人的聲音散射到不重要的角落中，而不會像一般建築的平直內牆那樣反射回人的耳中，使得人聲聽起來非常響亮。這與我們在音樂廳、聲學教室中見到的吸聲板材的原理實際上是相同的。

　　（濱海圖書館內的結構有明顯的吸聲特點）

　　這種典型的吸聲結構，就是利用聲波的反射特性，將聲波「吞噬」進了孔縫中。有了這些巧妙的吸聲結構，任何人都可以在這間「鬧市」中心如止水地讀書了。

　　（一處典型的吸聲結構）

3、光學舒適感

　　濱海圖書館的半透玻璃幕牆，也使得館內可以最大限度地利用日光進行照明，同時又不至於太亮影響人的閱讀，而人為外設的燈光系統則作為日光的調節和補充。室外與書架模數相同的格柵，也可以起到平衡室內亮度的作用。人坐在圖書館的開放空間中讀書，體驗優於傳統閱覽室的同時，還節約了大量的能源。

結語

　　天津市濱海圖書館，是一個將最前沿的設計理念與施工技術回饋給廣大普通市民的代表之作。它沒有採用傳統圖書館的書架與閱讀區分離式布置，而是將整座圖書館變成了一級級階梯，階梯的層間取代了傳統的書架，分門別類地碼放著書籍；而階梯本身則取代了閱覽用的桌椅，人們可以爬上書山，隨手取下書來，直接坐在階梯上閱讀，讓整個圖書館成為了一個生機勃勃的室內文化廣場。人書一體的「書山」，如今成為了現實，人們可以憑身份證免費辦理借書，更可以在書山中自由閱讀。

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編輯| 史文慧

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