钢结构之美 | Sara Kulturhus文化中心
2025-07-157
“人类曾经为登月而竞争，为建造最高的超高层建筑而竞争，现在也开始为建造最环保可持续的建筑而竞争了。在人类争先恐后的各种竞争中，Sara Kulturhus文化中心应该是为数不多的朝着正确方向前进的项目之一。”
——White Arkitekter主创建筑师Oskar Norelius（奥斯卡·诺雷利乌斯）
萨拉·利德曼（Sara Lidman，1923~2004）可以说是20世纪最重要的瑞典作家之一。她的作品具有政治意义，每每在西方国家都引起轰动。她用实际行动践行着自己的信仰，不仅参加抗议越南战争以及反对南非种族隔离的抗议活动，还支持了1969~1970年盛大的矿工罢工热潮，并信奉共产主义，积极参加环保运动。作为一个坚定的人道主义者和环保主义者，她深信人类、植物、动物等一切都是紧密相连的，人对自然的深刻了解更多是靠感觉。利德曼在世时曾公开表示，她理想的居住环境是一个在整个生命周期内都可以实现可持续的空间，如果条件允许，使用当地的建筑材料和技术，同时由当地劳动力建造。萨拉·利德曼的故乡——瑞典谢莱夫特奥市为纪念自家这位传奇女作家而建造的新文化馆于2021年9月完工。这座名为Sara Kulturhus文化中心的建筑由White Arkitekter建筑事务所设计，为木-钢混合结构建筑，高75m 、20层，比挪威85m高的Mj?stornet大楼低了10m，是世界第二高的木结构建筑。谢莱夫特奥市位于瑞典北部，地处北极圈正下方，有着悠久的木结构建筑传统。当前，谢莱夫特奥市正在进行城市扩张，有基础设施、住房和办公楼等许多城建项目，引领着这座城市走向未来。这里不仅建成了占地面积相当于40个足球场的Northvolt电池工厂，更有将人们的目光引向蔚蓝天空的城市新地标Sara Kulturhus文化中心。谢莱夫特奥市长久以来对现代木结构的支持、倡导和项目实践为Sara Kulturhus文化中心奠定了基础。自2014年市政府制定现代木结构建筑发展战略以来，约有50个建设项目全部或部分采用木结构。这一地区的森林资源丰富，使用木材作为建筑材料的传统实际上已经深耕了几十年。而最关键的成功之钥是这一地区先进的木结构专业能力——从教育科研到木结构企业，产学研贯穿了从森林管理到木结构生产、施工的整个产业链。对木材的信仰，专业资源的共享，让产业链串起的各方互惠互利，也让市政府坚持在木结构的项目实践中出真知。近年来，瑞典通过林业管理的方式，也让森林得到了可持续发展。定株采伐、小面积皆伐是瑞典林业的主要方式，在采伐的同时保护母树与幼株，采伐之后，木材必须通过人工或自然的方式得到再生。通过采伐、养护并行的方式，瑞典的森林越“砍”越茂盛，森林蓄积量从1924年的15亿m3上升至2000年的30亿m3。受益于此，木制摩天大楼也得以落成。一系列的绿色措施让谢莱夫特奥获得了认可，2016年，谢莱夫特奥通过了全球可持续旅游委员会（Global Sustainable Tourism Council，GSTC）的认证，成为一处可持续的旅游目的地。谢莱夫特奥市期望在2030年实现90,000居民的发展目标，因此，文化和旅游在城市发展过程中的作用也不可或缺。2015年6月，市议会达成一致意见，决定建造一个新的艺术中心，并于同年11月发起了设计招标，吸引了55个投标方案。White Arkitekter事务所凭借他们的“Side by Side”方案一举中标。“我们想大胆尝试，冲破天花板，建造一栋木结构高层建筑。谢莱夫特奥市本就是‘瑞典木结构之城’的成员，也有自己的木结构建筑发展战略。市政府作为我们的甲方，有着丰富的木结构项目经验。他们一直积极参与这个项目的全过程，大力支持和投入，对项目的成功至关重要。市政府从来没有犹豫过要用混凝土，也从来没有试图控制我们的设计创作，真是难能可贵。因为在很多其他项目中，建筑设计常常要被甲方所左右”，White主创建筑师Robert Schmitz说道。可持续发展是谢莱夫特奥城市在许多发展领域的共识。这座城市致力于在绿色转型和可持续城市开发方面成为全瑞典的排头兵。而可持续建筑不只关乎气候，人文视角同样重要。Sara Kulturhus文化中心就为大众和艺术提供了相互接受、打破界限的机会。Sara Kulturhus文化中心坐落于谢莱夫特奥市城市中央，是集剧院、美术馆、画廊、公共图书馆、会议中心和酒店于一体的文化中心，旨在为这座城市中心增添活力。整个场馆占地面积约30,000㎡，共计20层楼，内部空间包括：6个剧院舞台、1个城市图书馆、2个艺术画廊、1个会议中心、餐厅和1家拥有205间客房的酒店以及餐馆、屋顶露台酒吧和温泉房等其他辅助配套设施，助力谢莱夫特奥地区的旅游业。从酒店可以欣赏到谢莱夫特奥这座瑞典北部城市的壮观景色。这座建筑的出色之处，不仅体现在外在的优美和雄伟，也体现在内在的可持续性方面。“我们往往在传统的混凝土建筑中，试图用昂贵的饰面板来获得温暖的感觉。在这个项目中，我们大声地赞美木材，彻底将混凝土抛诸脑后。木结构是一种卓越的材料，我们团队每个人都希望它充满建筑的室内空间。木结构也让我们返璞归真，摆脱了在这种大体量建筑中通常所需的许多其他建筑材料，大大减少了材料消耗和浪费，实践了环保可持续的原则。此外，像这样在室内裸露大量木结构时，木材与室内气候就发生了反应——通过吸收和释放来平衡调节空气中的湿度。所以木结构建筑往往比混凝土建筑的室内气候更好更舒服”，White主创建筑师Oskar Norelius补充道。混凝土是地球上使用最广泛的人造材料，是消耗量仅次于水的资源。根据英国皇家国际事务研究所Chatham House的数据，生产混凝土主要成分水泥，约占世界CO2排放量的8%。与木材相比，混凝土的碳足迹是巨大的。每生产一立方米混凝土，就会向大气释放1tCO2。而森林吸收大量CO2并一直储存在木材中，直到腐烂或燃烧时才释放，有利于长期降低大气中的CO2。用于建造Sara kulturhus文化中心的交叉层压木材CLT，储存着大量树木生长过程中自然吸收到木材中的碳元素。尽管砍伐森林、木结构加工和施工建造过程消耗了少量能源，但木结构建筑的总体碳排量与CLT中“封存”的大量碳相比只是九牛一毛。众所周知，瑞典木材在寒冷的气候中缓慢生长而成，质地优良，特别适用于重型木结构的各种结构体系。“Sara Kulturhus文化中心总共消耗了12,200m3木材，这些木材储存的CO2量相当于斯德哥尔摩至纽约的航班飞行约13,500次的碳排量。而且这些木材都是取材于谢莱夫特奥60km范围之内的森林，所有因这个项目被砍伐的树木都已经被幼苗所取代。所以Sara Kulturhus文化中心真的是一座气候友好型建筑。” 谢莱夫特奥城市规划主任Therese Kreisel解释说。
项目的多样性使得建筑师探索出一系列实木建筑的创新解决方案，以应对跨度、灵活性、声学和整体静力学等方面的挑战。例如，酒店部分就是由预制的实心交叉层压木材CLT体块结合两个堆叠的CLT升降芯所实现的，低层部分则是胶合木梁柱和交叉层压木材的剪力墙。所有木材都是来自本地的可持续管理木材，这意味着既可以保证树木源源不断地生长，同时木结构自带的固碳效应还可以继续对环境做出积极贡献。相比于在建造过程中所排放的碳，该建筑内部的木材能捕获两倍量的碳。这栋高层木结构建筑不仅改变了城市天际线，也打破了人们对木结构的固有看法。一体化的建筑设计手法在保证承重结构稳固性的同时，完全不需额外的混凝土材料，既加快了施工进度，又大大减少了项目的碳排放。建筑外墙采用了不同程度的透明化设计，现有建筑朝向主广场的高层建筑视野距离感瞬间变得轻盈了起来。而为了保证开放式门厅所需的跨度和受力需求，设计团队还在木结构主体中融入了钢结构。Sara Kulturhus文化中心的建筑设计师Oskar Norelius介绍说：“整个木结构，包括墙壁、地板，甚至电梯间，一切都是木头做的！游客见此情景，彷佛看到了不明飞行物，他们会焦虑地问：它真的能站立不倒吗？不过，这种震惊才是大众面对21世纪建筑的正常反应！”对于木结构的防火能力，瑞典的木材专家Goran Berggren经多年研究后，也给出了科学的分析：用胶合木（Glulam）和正交胶合木（CLT）做成的梁柱，木材的脆弱点是随机分散到各处的，通过邻接木条相互弥补，这样它们比原木更坚固。Goran Berggren向客人挥舞着一块变黑的CLT，它的耐火度已经被测试。“火灾来临时，不管是钢材还是水泥，其实一切都在燃烧，但只有木材通过在表面形成一层碳膜来自我保护，碳膜将内部部件隔开。它的耐火性，按照相同厚度来比对，比混凝土的爆裂点要高，比钢的耐融强度要大。”有鉴于此，有专家表示，木结构发展的真正障碍不在于技术，而在于文化。在我们集体记忆的深处，在几个世纪的火灾的影响之下，有人根深蒂固地认为，木材容易破碎、极易燃烧。就算在当前木建筑最发达的瑞典，在19世纪，大火甚至迫使当局禁止建造两层以上的木质建筑。另外，瑞典的谢莱夫特奥市在发展各类木建筑和木质公共设施的过程中，甚至发现了木材净化人心的独特作用。值得一提的是，设计团队对该项目进行了生命周期的评估。建筑生命周期碳排放这一概念是指建筑物在与其相关的建材生产和运输、建筑施工、建筑运行、建筑拆除、废料回收和处理这五个阶段产生的温室气体排放的总和。结果显示萨拉文化中心的生命周期不会少于100年，因此被称为“负碳排建筑”也是不为过了。正如一生为人权和环境保护奔波的文学大家萨拉·利德曼一样，White Arkitekter建筑事务所的首席执行官Alexandra Hagen也在用实际行动践行着自己作为建筑师的一份信念。还记得她在2020年斯德哥尔摩的Dezeen建筑大会上所承诺的，“必须发挥设计师的作用，将生产和建筑转变为循环经济”，“从2030年起设计的每一座建筑都将具有负碳排的属性”，也都在逐步一一兑现。在Sara Kulturhus文化中心里，1~4层的文化艺术场馆采用预制CLT和胶合木框架结构。22m长的胶合木梁横跨整个空间，中间没有支撑隔断，形成了一个灵活和开放的空间，可适应各种大型活动的功能需求。梁架在木结构柱上，辅以钢桁架加固。偌大的大堂就像一座华美的宫殿，充满了熠熠生辉的灯光、巨大的木结构梁柱和通透的玻璃幕墙。5~20层的酒店部分，采用木结构预制模块单元结构作为酒店房间。在施工时，两个CLT电梯井之间的模块单元，像乐高积木一样被摆放整齐再层层堆叠，搭建出13层酒店。模块化房间的保温玻璃，也是在工厂就预制安装好的。模块在施工现场搭建完成后，大楼的外立面再统一安装透明的玻璃幕墙，提供全天候的保护。太阳落山后，热量保留在两层玻璃之间，当然也可以通风排出。“我们的中标方案和实际竣工的建筑之间的主要区别，是我们在低层文化艺术部分采用了木结构楼板，而不是我们原始方案中的木材和混凝土的复合材料。现在，混凝土仅出现在首层地面、地下室、以及5层传递钢结构桁架应力的加强楼板。此外，我们还在最高的3层采用了混凝土地板，直接架设在木结构柱上减少顶部的振动。” ——White主创建筑师Oskar Norelius介绍了木材在该项目中的应用情况。
位于谢莱夫特奥附近的Burtr?sk的TK Botnia公司，是参与Sara Kulturhus文化中心建设的当地企业之一。他们为Sara Kulturhus文化中心设计了先进的胶合木和CLT结构，进行结构计算，设计连接方式和连接件，负责3D建模和所有结构构件的出图，并提供装配指导。“这栋建筑比较复杂，尤其是因为它采用了需要相互连接的两个不同结构体系。我们面临的主要挑战是高层酒店部分，尤其是要想办法减少高层振动，加强结构稳定性并将荷载顺利传导到地面。我们的一大优势，是离胶合木和CLT构件的生产商Martinsons公司很近”，TK Botnia首席结构工程师Kristoffer Malm补充道。挪威Hent公司则是Sara Kulturhus文化中心的施工总承包商，他们在2018年3月公开招标后就开始项目进度规划和计算项目成本。Hent公司在木结构建筑施工管理方面有多年的积累，例如位于挪威布鲁蒙达尔的Mj?stornet大厦（18层，高约85m，2019年3月竣工）就是由他们施工总承包的。尽管这两个项目在建造技术方面大相径庭，但Hent公司从Mj?stornet项目中获得的经验，是他们赢得Sara Kulturhus文化中心施工总承包投标的重要因素。另一方面，Hent公司非常重视建设项目的可持续性和气候足迹，承包大型木结构项目也是为可持续发展和控制气候足迹做贡献。Hent公司的项目经理Vegard Br?给出了他对这个项目的看法：“设计一个建筑方案和把它建造出来，完全是两码事。在这个项目中，我们尊重各个专业，与其他参与单位并肩作战。我们让设计人员在施工阶段到场参与，缩短了施工过程并培养了很好的团队精神。我们公司长期以来一直非常重视可持续发展，我们的可持续发展计划涉及多项联合国可持续发展目标，我们也制定了自己的碳中和长远目标。木结构是实现这些目标的关键。”White主创建筑师Robert Schmitz介绍了该项目的预制装配式建造方式：“预制装配式的建造更加精确，减少了施工变更，缩短了施工时间，更节省施工成本，使我们实际上以一种经济的方式完成了项目。我们的建构逻辑，是让人们容易理解这栋建筑的结构逻辑。因此，我们强调了建筑工业化生产的理念，让所有结构构件都在工厂里预制，在现场装配。将酒店房间模块层层堆砌，也是建筑在表达自己的建构逻辑。”
这个项目可持续性最重要的体现，也许在于与当地木材行业的紧密关系，因为运输因素在一个建造项目中对气候环境的影响颇大。距离谢莱夫特奥60km的Martinsons公司的Bygdsiljum工厂为Sara Kulturhus文化中心生产木结构构件，包括胶合木梁和柱，CLT墙体、楼板和天花板。这也是Martinsons公司迄今为止参与的最大木结构项目，消耗了约1万m3CLT和2,500m3的胶合木。Martinsons公司还向Derome公司位于谢莱夫特奥郊外Renholmen的木结构工厂交付了CLT构件。Derome公司负责在工厂组装Sara Kulturhus文化中心的酒店模块单元，然后再由Martinsons在施工现场搭建。这两家本地公司之间的配合是卓有成效的，Jesper ?kerlund希望未来有更多这样的合作。“这样一个大型项目包含了几种不同的木结构体系。作为木结构建造商，我们对于新的合作形式必须保持开放的态度。通过Sara Kulturhus文化中心，我们已经证明，从设计到生产再到施工，木材完全可以和钢筋混凝土一样用来建造大型项目。我很自豪能和几家公司一起踏上这段旅程” ，Martinsons Byggsystem首席执行官Jesper ?kerlund分享了他对该项目的看法。在 Sara Kulturhus文化中心的建设过程中，消防安全一直是重中之重。除了安装喷淋系统，所有裸露的木结构都经过了防火处理，电梯井内侧的CLT也包覆了石膏板。高层酒店部分的结构设计满足R90防火安全等级，低层文化艺术部分的防火等级为R60（其中R代表承重能力，数字表示结构在火灾中保持承重能力的时间长短，以min计）。瑞典谢莱夫特奥市的这栋20层的Sara kulturhus文化中心，融汇了先锋的建筑设计和技术，使用了太阳能电池板、电池和热泵的混合系统，能够连接到城市的电力和供水系统，通过 ABB人工智能管理的能源流控制，这座建筑可以为周围社区提供能源，做到了真正意义上的能源可持续，也引领了谢莱夫特奥市已经非常先进的可持续城市建设规划。
建筑能耗约占社会总能耗的40%，建筑业的温室气体排放也占总量的40%左右。而在商业建筑中，约45%的能源都消耗在供暖、通风和空调系统上。在供能过程中，高达30%的能源被浪费了，能效很低。为此，能源巨头Skellefte? Kraft和跨国公司ABB为项目设计了多维的能源方案，在不损失项目商业利润的前提下实现了可再生和可持续的能源方案。Skellefte? Kraft为项目装备了太阳能光伏板、太阳能电池、水暖电一体化热泵，甚至喷淋系统也采用了可再生能源来驱动。Sara kulturhus文化中心在供暖过程中失散的热能，又被回收到能源系统中，因此实际上是没有能源浪费的，而且所有的能源都来自可再生能源。“Sara kulturhus文化中心的能源解决方案非常灵活。从区域供暖到太阳能，再到Northvolt公司制造的电池，我们同时配备多种能源，而且这些系统都很容易校准和调节。Sara kulturhus文化中心周边的用户也能获益。例如，一辆电动公交车停在Sara kulturhus文化中心附近的公交站充电，我们就可以采用Northvolt电池而减少区域供暖系统的用电负荷，从而实现用电错峰和减少电费” ，kellefte? Kraft业务部门经理Patrik Sundberg解释道。为了监控这套综合能源方案，Sara kulturhus文化中心采用自动人工智能技术来控制建筑物中能耗最大的供暖和制冷系统，使其更加高效、灵活地应对室内外的使用需求。ABB提供的人工智能技术可以自动分析建筑能源系统的运行状况和影响建筑的外部因素，识别系统中需要改进的问题并执行优化。这项人工智能技术几乎不需要人为干预就可以立即根据建筑环境的变化（如演出观众人数）做出调整，时刻保持最高的建筑用户舒适度和能源效率。ABB的平台还可以直观监控和优化建筑物的能量流，统计建筑物消耗了多少能源，能源用于什么功能（例如供暖、通风和照明等），以及能源的来源（例如区域供暖、电池或太阳能光伏板等）。ABB的智能能源管理应用程序，持续地监控和调节建筑物能源的供给、消耗和储存，可大大降低建筑物的能源成本。除此之外，Sara kulturhus文化中心的能源系统也与附近的外部建筑物乃至整个谢莱夫特奥市的能源网络相关联。Sara kulturhus文化中心过剩的能源可向外部供给，或储存在内部的电池中。在2022年的世界建筑节（World Architecture Festival, WAF）大奖中，Sara kulturhus文化中心获得了“竣工建筑：文化类”（Completed Buildings, Culture category）奖项。这座建筑不仅展示了文化可以如何让城市更有包容性，它也为城市的“绿色”发展找到了一个新的可能性。
注：部分内容参考自欧洲木业协会（中国）网站。
业主：Samh?llsbyggnadsbolaget
开发商：Skellefte? Municipality
建筑设计：White Arkitekter
结构设计：Dipl.-Ing. Florian Kosche AS；TK Botnia; WSP
机电设计：Incoord
总承包商：Hent AS
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