以结构之美擎起建筑之美——记建筑结构设计大师傅学怡

傅学怡

面对一座建筑，人们往往惊异于其外表的瑰丽及内饰的华贵，而并不惊异其蕴含的材料与技术。但对一个设计师来说，真实的建筑，是技术和艺术的结合，建筑的魅力是通过建筑的物质实体来表达、通过合理的技术手段来实现的。建筑师要展示结构的力度和美感，结构工程师则充分了解建筑的想法，创造性地提出结构方案，把结构的内在美和建筑的外在美统一起来，把技术升华为艺术，共同创造美好的建筑。

傅学怡正是这样一位把技术升华为艺术的结构设计大师。

傅学怡，现为CCDI悉地国际(原中建国际设计顾问有限公司)董事、总工程师，著名建筑结构设计专家，长期从事各类复杂高层、超高层、大跨空间结构的设计研究工作，在我国建筑结构界有较大的影响和知名度，2010年，当选第七届全国工程勘察设计大师。1945年出生于苏州的傅学怡，自1962年入学清华大学土建系工民建专业，就和建筑结构结下了不解之缘；1968年毕业后分配到东北辽宁的煤炭部本溪矿务局任技术员，直到文革结束，1976年调回家乡的苏州市建筑设计研究院，才算正式踏入了建筑结构设计行业。1982年，他被破格提升为副总工程师。1987年～1989年傅学怡被公派到英国进修，他怀着开阔眼界、深造学习的志向，在英国伦敦ARUP公司担任结构工程师，学习国际先进的建筑结构设计技术。1989年，傅学怡回到国内，时值深圳建设如火如荼，心存高远的傅学怡几经周折受聘深圳大学。在任深圳大学建筑设计研究院副院长、总工程师期间，傅学怡一方面致力于培养建设人才，一方面深钻建筑结构技术，主持设计了大量大型工程结构设计。矗立在深圳街头的许多深圳人家喻户晓、耳熟能详的建筑物，都渗透着傅学怡这位建筑结构设计大师的汗水和心血。1997年，傅学怡获国务院政府特殊津贴。2005年，傅学怡出任CCDI中建国际(深圳)设计顾问公司总工程师。

国家游泳中心结构

除了醉心于工程设计，傅学怡专心于学术，每完成一个项目，他都要进行总结，不断提出新的方法和理论，发表了上百篇学术论文，出版了《实用高层建筑结构设计》等多本专著。他是我国《建筑抗震设计规范》《高层建筑混凝土结构技术规程》的主要编制人，《土木工程学报》《建筑结构学报》《空间结构》等杂志编委，《高层建筑结构设计构造手册》常务副主编。现兼任全国建筑结构超限抗震审查委员会委员，中国建筑学会结构分会理事，英国注册结构工程师协会资深会员，英国注册结构工程师协会中国分部主席，中国工程建设标准设计专家委员会委员，中国钢结构协会专家委员会委员等。至今仍任深圳大学建筑与土木工程学院研究员、博士生导师的傅学怡，兼任了浙江大学、哈尔滨工业大学的博士生导师。

万科总部

经过几十年的研究和实践，傅学怡不仅游刃于深奥的结构理论，积累了丰富的设计经验，对设计规范有着超出常人的深入理解，而且勇于创新，不拘于规范，甚至挑战规范，对每一个工程他都孜孜不倦地探索最佳设计方案。对于傅学怡来说，他的每一个作品都是代表作。傅学怡作为工程负责人或结构专业负责人主持设计建成各类大跨、高层、超高层建筑上多达百项、建筑面积达300多万m2。一座座宏伟的建筑展示了他的设计艺术，一个个奖项表明了国际国内行业对他学术高度的认可和赞许，他设计的项目获国家科学技术进步一等奖1项、中国土木工程詹天佑大奖1项、全国优秀工程勘察设计金奖1项、国际桥梁及结构工程协会杰出结构大奖1项，英国结构工程师协会体育建筑大奖1项，全国优秀结构设计一等奖4项，国际混凝土协会特别贡献奖1项，华夏建设科学技术一等奖2项，可谓不胜枚举。

几乎是妇孺皆知的“水立方”(国家游泳中心——2008北京奥运会场馆)，是傅学怡最难忘怀的作品。2003年到2005年，他担任了中建国家游泳中心设计联合体的设计总负责人，主持水立方从方案到施工图、施工全过程指导的结构设计和科研工作。方形“水立方”的蓝色泡泡及复杂空间结构体现出微观世界的宏观建构，以宁静祥和的方式隐喻着深邃的中国传统哲学，与“鸟巢”奥运主赛场的圆形建筑相呼应，体现中国古代哲学“天圆地方”的理念，彰显了中华传统文化的底蕴。堪称世界上规模最大的膜结构工程水立方，其墙体和屋盖采用了世界首创新型多面体延性空间刚架结构。膜结构采用的ETFE膜材料轻而薄，一般厚度仅有0.25mm。用这种膜制成的气枕，耐候性很好，可以经受长年的雨雪侵袭。水立方的钢结构被分解为9千多个球和2万多根尺寸各异的杆件，这些构件没有统一的标准规格，无法批量生产和使用机械整体安装。安装过程中，对于球及杆件的每个节点均需进行三维定位。设计、安装施工失之毫厘，差之千里，是一个前所未有的挑战。在这个工程中，由傅学怡带领的设计团队提出了结构几何构成的优化，使结构体系的受力更为合理、抗震性能更为卓越，部分杆件采用了“紧凑型”截面，增强了截面延性的同时，也使施工过程更为简便。“水立方”采用气泡理论构成的多面体延性空间刚架结构备受世界瞩目，达到了国际领先水平；首创了上部钢结构下部混凝土结构总装分析方法；节点设计采用了多面体刚架结构杆件受弯为主的方法。建成后的“水立方”参观者络绎不绝，受到国内外同行的一致好评。获2011年国家科学技术进步一等奖、2010年国际桥梁与结构工程协会杰出结构大奖。该项目荣获了国家科学技术进步一等奖、国家设计金奖、全国优秀结构设计一等奖、国际桥梁及结构工程协会杰出结构大奖等6项国内外结构大奖。

多哈高层办公楼

多哈卡塔尔外交部大楼，位于卡塔尔首都多哈的新城中心，基地呈五边形，建筑主体为圆形塔楼，44层，高231m，总建筑面积11万m2，顶部为钢结构穹顶，其空间螺旋网状交叉斜柱赋予了它独特的结构魅力。设计方案由法国著名设计师John Novel提出，结构形式为世界首例钢筋混凝土交叉柱外网筒超高层建筑。2006年～2009年，傅学怡主持了该项目的设计、科研和施工工作。接手该工程后，他发现原法国工程师标书设计存在重大隐患。因结构自重占建筑总重70%以上，自重作用下结构南北两侧斜柱轴力相差极大、内力畸形，将导致两侧压缩变形差异较大，结构顶点向南侧移从5 cm开始，20年后将达30～40 cm，且不可逆转，很有可能成为另一个“比萨斜塔”。在大量分析研究基础上，他带领设计团队提出了改进措施，设计采取北侧斜柱空心、减小南北两侧斜柱压应力水平差异，提高南侧斜柱配筋2项技术措施，减小结构顶点侧移，满足正常使用，避免新比萨斜塔出现。通过试验验证，不仅巧妙地消除了结构安全隐患，还取得了良好的经济效益，大大提高了施工效率。这一世界现代建筑设计史罕例分析处理，获法国标书设计结构工程师及英美专家认同和业主赞赏，得到了业主、原设计师、审查单位、独立复合第三方ARUP公司的一致认可，为中国结构界赢得了国际信誉。鉴于结构标书设计上述重大失误，卡塔尔业主已支付总承包中建总公司经济补偿2000万美元，并取消工期延误赔偿金1000万美元。该项目获得了2010年国际混凝土协会特别贡献奖，2009年全国优秀结构设计一等奖。

在傅学怡手中，每一个项目都在缔造新的纪录。深圳万科总部大楼创造了一个国内外没有的斜拉索集合钢和混凝土的混合结构，实现了一线建筑跨越50m。斜拉索支撑上面的混凝土结构，拉索连接的部分用钢筋，下面有一个钢的平台，斜拉索的底端做了一个底柱，由索到节点，由节点到钢。该项目是美国著名建筑师Steven Holl的作品，总建筑面积13.7万m2，大楼全长500多米，整个结构下方由若干筒体、剪力墙支撑，拔地而起10～15m，远远望去上方4～5层的多层办公楼腾空而起，被业内人士喻为“躺着的摩天楼、漂浮的地平线”。该结构体形非常复杂，落地竖向构件的水平跨度达50～60m，端部悬臂10～15m。出于经济性考虑，负责结构设计的傅学怡与整个团队经过讨论，决定采用世界首创的混合框架加拉索结构。该结构形似“斜拉桥上盖房”，但又不同于斜拉桥，索数量少，单索截面大、张拉力大、后续受力大，无锚固索。为满足索不松弛最小张拉应力，一次张拉方便施工，创造性地利用上部部分楼屋盖结构自重作配重，同时利用其水平刚度和承载力平衡吸收斜索拉力水平分力，限制落地竖向构件侧移。工程还创新采用了索张拉应力微调，使上部框架柱柱底落于首层大跨度钢梁跨中的反弯点，减小上部框架柱根弯矩。巨型索与钢结构及混凝土结构的连接处，采用了特殊设计的铸钢节点，180个节点尺寸各异。最后，工程较常用巨型钢桁架结构节省结构成本约8 000万元人民币，以合理的造价取得了出乎意料令人满意的效果，获2011年全国优秀结构设计一等奖。万科中心以独特的结构形式诠释了建筑概念，不仅为使用空间提供了开阔的视野，也在最大限度上实现“还绿于民”，让市民获得了全新的场所体验。傅学怡认为，要实现创新，就要有创新的思想和创新的理念，就要付出艰巨的努力，万科这个项目，我们做了大量的工作才把这个大胆的设想变成现实。他总是讲，一个建筑物是建筑师和工程师的儿子和女儿，对子女是要培养的，子女是首先是怀胎要好，以后成长过程当中要培养。我们在一个好的项目，从开始一直到施工，到最后，到使用，我们都要关心，就像对待子女的感情一样对待自己设计的作品。

奥体中心体育场为2009年全国运动会的主赛场，以济南的市树——柳树为设计构思起点，钢结构在建筑师巧妙的创意下构成了柔美飘逸的柳叶，成组有韵律地排布在主体育场的外围。设计过程中，傅学怡带领的结构团队与建筑团队并肩研究，反复推敲柳叶及柳叶组合形成的空间结构的处理，以实现轻盈的建筑效果。该工程为一大型复杂的体育建筑，基础为人工挖孔桩，下部为钢筋混凝土框架剪力墙结构，上部钢结构悬挑罩棚采用折板型悬挑空间桁架结构受力体系，通过内、外支座支承于下部混凝土结构的型钢混凝土柱上。体育场采用了“水立方”结构采用的总装分析方法，把下部混凝土结构和钢结构放在一个整体中进行研究，最终实现了结构上的浑然一体，并大大降低了用钢量，成为国内同等规模的体育场中用钢量最少的工程之一。奥体中心工程为国内自行设计中标的最大群体体育建筑，取得了安全、合理、经济的综合效果，获2011年全国优秀结构设计一等奖。

30层的深圳福建兴业银行大厦工程，采用世界首创搭接柱转换结构，设计采取主动预应力措施，进一步改善了结构的工作状态和抗震性能，取得了明显经济技术效益。该技术已在国内重大工程得到推广。项目获2005年度詹天佑土木工程大奖及2005年度全国优秀结构设计一等奖。

80层，主楼高358m的天津中钢国际广场，为天津滨海新区目前最高的一栋标志性建筑。该工程将六边形网格应用于超高层建筑构成外网筒，既承重又抗侧，与内筒共同工作，为世界首创，顺利通过全国抗震超限审查。

120层，主楼高660m的平安国际金融中心，总建筑面积46万m2，深圳标志性建筑，为中国在建的最高楼，主结构采用了钢结构斜撑、周边空间桁架、V形支撑、型钢混凝土巨柱与钢筋混凝土核心筒、外伸臂钢桁架共同工作的新体系。由于结构的竖向受力体系复杂，傅学怡对超高层结构重力荷载下长期竖向变形等问题做了大量分析，确保结构受力安全，建筑正常使用。深圳平安国际金融中心以一种经典而优雅的姿态，为深圳这座年轻的城市创造出天际线的制高点。

年过花甲的傅学怡依旧保持着旺盛的精力，他每天都充满着干劲，日程表排得满满的。虽然学术上治学严谨，但他在生活中却开通豁达，充满活力和激情，经常运动锻炼身体，打球、游泳、下棋等运动他都喜欢。工作中的他极具团队合作精神，总说高楼不是由一个人盖起的，任何工程都无法以一人之力做好，只有凝聚多人的智慧才能创造经典。

傅学怡是一位充满活力、富有创新精神的结构设计大师，对建筑结构设计的执著追求使他数十年来如一日保持着恒久的活力，在承接的每一个项目中都实践着创新。他总是思维活跃、精力充沛，严谨工作，在设计的道路上不断前行，勇于挑战新的高峰。

强烈的事业心和责任心，理论和实践完美的结合，成就了傅学怡这位中国建筑结构界的泰斗。他的每个作品都倾注了他的心血与汗水，他用创新的精神创造了一个个结构设计的奇迹，并把结构技术的力学之美幻化为建筑之美，成就了美丽中国的建筑艺术。