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违反常规的建筑—悉尼歌剧院

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无论你到过澳洲没有,你都会知道悉尼歌剧院这座建筑物,这座澳洲的标记在建筑史上确实破了相当多的创举。

这个项目始于1955年,当时澳洲政府举办了全球性的设计比赛,题目是在悉尼海港旁设计一座包括2600多人的多用途表演场地、1500人剧场、500人左右的戏剧,这次比赛吸引了233名来自32个国家的建筑师参赛,胜出的是来自丹麦的建筑师─Jon Oberg UtzonJon Oberg Utzon可以说是著名的纸上建筑师,他曾在18次建筑比赛

中胜出了7次,但就没有一座建筑物是建成的,除了悉尼歌剧院之外,因为Jon Oberg Utzon是出身艺术学院的建筑师,所以他的建筑大都只注重建筑物美学部分,在技术层面上来看是有相当之多的问题,连悉尼歌剧院亦不例外。

当澳洲政府宣布Jon Oberg Utzon胜出的时候,大家心中都出现无数的问题,因为他的参赛图纸和模型都相当之简单,可谓纯概念性的解说,但是他是唯一一个参赛作品把两个大型剧院并排而设的,而且他是唯一个设计把两个主剧院的前厅安排在整座建筑物的前端,所以旅客可以先观看悉尼海港的景色后,才进入室内的场馆。

当然最重要取悦评审的便是整座建筑物的外型,它的各扇形的外壳确实相当吸引,亦无疑使这建筑物一直成为澳洲的地标,并在2007年成为世界文化遗产。

不过,这样的概念纯粹在纸上的草图来看就自然是没有问题,但是在现实情况就成为千苍百孔的设计。

第一: 无论是剧院,还是歌剧院的设计,就必须要考虑音效的问题,因为观众是为了欣赏节目而参观这地方,所以如果音效不理想的话,就算这建筑物是极度漂亮的话,都是一个失败的设计。

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在剧场的音效设计方面,就必须要考虑Reverberation time的问题,Reverberation time是歌手/乐器发出的声音时,声波会需要多少时间才降至60分贝或以下。 因为室内空间的大小和物料的吸音程度则会影响Reverberation time

如果Reverberation time太大的话,观众可能听到两层的声音,又或者很大的回音。因此,剧院设计就必须要非常小心Reverberation time上的控制。

如果是乐器演奏的话,Reverberation time最好控制在1.8- 2.2

如果是歌唱的话,Reverberation time最好控制在1.3- 1.8

如果是演讲/戏剧的话,Reverberation time最好控制在0.7- 1

控制Reverberation time当然是依靠室内的天花来控制室内空间的体积,从而调节声波的速度和Reverberation time的差异。

另外,乐器的声音会直接传到观众,但回音亦同样会反射到观众处,由于两个声波到达观众耳朵的时间有差别,所以演奏厅在回音方面同样需要小心处理。

不过无论如何,设计演奏厅都会采用同一个理论,就是把整个剧院设计成又长又窄,成一个长方形,因为左、右两边的距离差别少,所以声效差别不大,而且出现多种回音的情况亦会较少,所以声效方面会较容易处理,情况就有如北京的国家大剧院,整个剧院成一个长方形,虽然外形是成蛋形,但只是用金属外壳包着3个长方形而言。 但是Jørn Oberg Utzon设计的悉尼歌剧院的外形成鸡蛋形,圆拱形的天花则会制造多种的回音,而且声波可能反射至歌手身上,而不是到达观众席,所以设计方面出现很大的难度,所以最后多用途的剧场则只可以设计成演奏厅。

由于Jørn Oberg Utzon的设计在技术层面上完全不能满足需求,特别是在结构上的问题,所以整个设计在后期是完全重新设计,而设计时间更达至12年之久

先在此补充一些关于音效的提问,一个一级的乐团和歌手应该是不会用扩音机来表演,音乐是直接从乐器和歌手发出至观众,咪应该只是给一些流行曲的歌手或司仪使用。

而演奏厅只是用作音乐性的表演,因为不用考虑视线的问题,所以观众席是可以安排在舞台的后方,俗称四面台。 但是剧场则不同,因为戏剧和歌舞剧都是需要考虑视线的问题,所以观众席只会安排在舞台的前方、成扇型或马蹄,而且最后排的坐位多数都会控制在距离舞台25m之内,务求让最后排的观众都看到表演者的面部表情。

另外,舞台的左、右、后和上、下方都需要有足够的空间来储存不同的布景,所以设计时最难就是处理后台与更衣室和储物室之间的流程,并且如何在外立面上把舞台塔(Fly tower) 隐藏。

在原先悉尼歌剧院的设计,就完全不能达到以上的要求,在歌剧院的空间太大,而且天花是弯曲的,所以Reverberation time会很大,回音情况严重。

至于剧剧院,由于弯曲的外型令舞台之上的空间(Fly tower)不足够,一般的标准Fly tower是舞台的高度 x 2.5倍,这样才可以把整个舞台高度的布景吊在上空。

因此,整个剧院的规划要完全重新设计,但是当时决定项目的政客对剧场设计一无所知,便胡乱批准剧场的兴建,所以在工程的预备过程中出现无数的大问题,而建筑师Jørn Oberg Utzon亦欠缺这方面的知识,因此最后的解决方法引用全球最出色的工程师楼—Ove Arup(奥雅纳协助他们设计。

首先,他们借用其他合规格剧院的内部规划作为核心,并根据现实情况下作出相对的调整,并同时把剧院的外型修正至满足能容纳合规格的演奏厅和剧院。 然后,再和建筑师合作处理人流、车流、物流等问题,这样便基本满足到剧院在功能上的需求。

不过,最严重的问题还未解决,就是屋顶的结构。 原来的设计不单没有规律,各扇型结构都有不同的弯曲度,完全没有逻辑可言,而且不同的弯曲面是互相接触的,但在无规律弯曲面的接合上,是很难确保施工的品质管理。 为了方便工程上的管理上,各扇型的单元便归一至类似的弯曲度,各部件只是比例上的不同。 因此便可以用预制件的方式来制做各混凝土的部件,而不用在现场做模,品质管制方面便容易处理。

 

至于结构承重则是更大的问题,因为在1960年时还未有任何工程师设计过这样的扇型的蛋型结构,而且由于室内是剧院的关系,是不可以在柱和梁来承担屋顶的重量。

在最初的设计是把打算用混凝土作为结构外墙,但这样并不能够使这样的外型成为独立的安全结构,之后工程师不断地研究不同的方法,如在屋脊上加入钢结构框架,并屋顶建造成厚厚的结构墙。

不过,最终的方法是使用了折合式的混凝土结构墙,情况就好像一个弯曲了的屏风一样,利用折合多层的结构来支撑屋顶,每一层的折合便有如一个拱门一样,这样便能承重亦不破坏原有设计外型的弯曲度。

由于这样的外型而大跨度的结构是前所未有的,工程师都未必知道折合式的结构是否适合,所以便利用了电脑作结构分析,这亦是世界第一次使用电脑作结构计算的工程,创了建筑工程的先河。




1599年的剧场—莎士比亚剧场

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今日终于完成了入则的工作,终于可以静下来写新的文章,今日就为大家带来英国伦敦的一所很有特色的剧场 — 莎士比亚剧场。

这所剧院始由戏剧大师 — 莎士比亚和一众演员于 1599 年在伦敦泰吾士河的南岸,当年莎士比亚选择在此处兴建剧场的原因不是因为这处的文化气息特别浓烈,相反这处在当年是龙蛇混杂的九反之地。 这处在 1599 年其实并不层于是伦敦的一部份、而是 Surrey 市镇的,由于这一区在当年不属于伦敦的范围之内,所以一切规例都比伦敦来得容易,而地价亦相对地便宜很多,因此剧院可以在此处成立。 现在的剧院大部份都是晚上演出的,但是在莎士比亚的年代,这个剧场大约是在下午 时演出的,因为这区的治安在晚上是相分之不安全。 另外在没有电力的年代,演员是很难在晚上演出,而且就算在场内放足够的油灯都未必能够提供足够的照明,而会很容易酿成火警,因此演出时间多数是在太阳最猛烈的时间来举行。

这剧场采用露天的设计除了是因为采光的理由之外,当然还包括通风的因素,不过这亦令演出可能会受到天雨和下雪的影响。 因此当年的观众为了保温,他们多数都会一边看剧、一边吃蒜头,这可使他们感到温暖。 至于饮品方面,他们多数是喝啤酒、连小孩也不例外,这并不代表英国人特别好酒、又或者他们不懂得保护儿童。 因为当年的食水是来自地下水,而他们的排污的途径都是直接把污水弃至地面,所以食水的来源多数是被污染了。 因此啤酒由于是经过发酵,所以当年的酒是比食水更加清洁,啤酒亦可以算是主要的饮料。

现在欣赏莎士比亚戏剧是相当高贵的活动,但在当年则是十分胡闹的事情,观众边吃边喝的情况下,又怎会有安静的环境来演戏,而且醉酒闹事的情况更可能不时发生,所以整个剧场最良好的位置是最近舞台的两则,而不是舞台的正中心,因为这才是最容易听到演员的说话。

整个剧场的第二好的位置是舞台的中心位置,而最差的位置则是在地面,因为这处是没有坐位,观众需要站在泥地上欣赏戏剧,所以情况不大理想。 现在的剧场为了保留当年的风味仍维持企位,但是现在只容许 700 人,不像昔日 1000 人站在泥地上。

现在的剧场是在 1997 年重建,原来的剧场在 1613 年一场演出因点燃火炮而导致的火警中烧毁,之后在 1614 年被再次重建,但在 1642 年后剧场便被关闭。 现在这座剧场比原来的剧场大了一点,但根据保留下来的手图来估计,剧场大约是3 层高,圆周大约是 30m ,成弧形的剧场,因为这可增加剧场的回音效果,让观众更容易听到演员的声音。 在 1997 年重建时,建筑师尽量使用旧式的建筑技术,他走访了不少英国的旧教堂来研究旧英国木建筑的设计,并尝试在这处复核,因此我们才可以在伦敦的闹市中看到一座中世纪时代的木建筑。

Facebook album: http://www.facebook.com/album.php?aid=452815&id=845400374




几经风雨的建筑 – 北京国家大剧院

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由于香港话剧团的黄建东先生刚在北京国家大剧院演出,亦有网友希望我多讲一些北京的建筑,今次就顺理成章讲北京国家大剧院。

首先,我希望大家知道设计剧院是非常专门的知识,在香港没有一所则楼胆敢自居自己是剧院设计的专家。因为,一般的建筑师都是训练从空间或外形两方面开始设计,但剧院是由音效和视线开始着手。音效和视线都是无形的东西,两方面都很难掌握。

讲起剧院设计就勾起我的血泪史,我大学毕业功课就是设计一个650人的剧院和一个200人的实验剧场。当时真的想不到会是如此因难,到复活节我们的工作室还有半组同学包括我在内都只是完成20-30 %的设计,其他工作室的同学已完成70-80 % ,每天都被教授骂至反肚,最后我全靠中华同学会各成员合力帮助才能在60小时内力挽狂澜,中国人始终是人多好办事。

究竟有多难,首先剧院的要求有别于演奏厅,演奏厅只有音乐部份,但话剧或舞台剧是有舞蹈,歌唱和戏剧部份。所以演员的面部表情是表演重要的一部份,所以设计方面都必须考虑观众与演员之间的距离,如视线角度太小,观众可能会看不到演员的部份动作,所以有經驗的舞台總監都會避免演員在一些死位上演出,這樣便直接影響演員的走位.

整个剧院就以包厢坐位为最差,其次是山顶位和首两行坐位。因为包厢可能看不到左边或右边30 %的舞台,山頂位和首兩行坐位可能看不到舞台的後半部份.出色的劇院設計都應要避免這些情況,所以剧院坐位深度都限制在25米之内,为求让观众能看到演员的面部表情。如果剧院深度太大的话,从远的角度看是看不清演员的面部表情,还会使演员与演员之间的距离变得太少,连演员的形体动作都受影响。如克意把演员与演员之间的距离加大的话,会影响演员之间的交流。

至于音效就更难,人歌唱时的声频与时的说话声频是不同的,乐器的声频与人的声频就更加不同。所以建筑师必须考虑声波散布的问题,其实大家都尝试过一些会堂的音响在某些坐位的音量太大,某些坐位的音量太小,就是声波散布的不平均问题。

另外,更大的问题是回音,因为人的声波除会直接传至观众外,还会从剧院四周的墙反弹回来。但如果出现直接音与回音有时间差(混响时间)的话,观众便会听到前后声。所以,建筑师必须控制混响时间的时间,不过,适合人说话时的混响时间是0.7 – 1.0秒,但适合乐器的混响时间是1.8 – 2.2秒。这样如何是好?

建筑师多数会控制混响时间在1.8秒,因为人歌唱时的混响时间是1.3 – 1.8秒,如该剧是演戏为主便调节天花的反音板以更改混响时间。

我毕业功课其中一部份是计算,高,中,低座,前后各排座位的混响时间。我们一众同学当然计不成,所以我便提出全组同学只做高,中,低座的其中一行座位的混响时间,当教授问起时便轻轻带过,快刀斩乱麻,教授都给我们的“集体创作”所感动,事实证明团结就是力量。

不过有一点,大家会否留意,如果座位太多,层数便会增加,这样便会令空间增大而导致混响时间更难控制,所以剧院最好是控制在1000个座位以内,特别是歌舞剧如歌剧,猫,芝加哥等,歌唱和舞蹈都同样重要时,而音乐更是由乐团现场演奏的话,太大的剧院很难令视线和音效两全其美的幻影。

讲了过千字都未讲建筑设计,其实今天为了这篇博客,我特意发电子邮件连络曾参与这项目的其中一名工程师,因为这剧院兴建时我正在北京跑江湖,同时亦和这些项目的工程师一同合作,对他们来说这是又喜又悲又怒的工程。明天继续,有空请同时参观黄建东先生的博客,并多谢他借出照片。

http://hk.myblog.yahoo.com/derekwongkintung

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为希望大家更能明白什么是时间延迟,从上图看一个的时间比乙的时间短,所以从乙线传送的声波会比一个线传送的声波较迟到达,这时间差就是时间DEALY 。

 讲起剧院设计,其中最重要的一环就是坐位编排,国家大剧院有3个表演场地 – 演奏厅,歌剧院和戏剧院。演奏厅由于不用布景的关系,所以是四面台。歌剧院采用扇形排法,戏剧院采用圆形排法这都是有别于我之前介绍意大利斯卡拉剧院的ü形排法, 3种排法有何分别?

以歌唱为主的歌剧会采用ü形排法因为长而窄的空间是较容易控制混响时间而歌手会完全不用咪,所以全剧院的音乐都只是由歌手和乐队发出,比较容易控制音效,但ü形排法令部份观众会看不见30 % -50 %的舞台。

扇形排法的好处是因为两则坐位与舞台成一个较大的角度,所以比较少机会看到演员的背面。当演员是面对面则向舞台时,舞台左右两则的坐位会看不到其中一个演员的面部表情,所以演员们多数不会垂直则向舞台,会选择八字型站法。但扇形排法的坏处是观众要转颈看戏。

圆形排法就相反扇形排法的好,坏处,坐位会尽量与舞台垂直但有较高的机会看不到其中一个演员的背面。

讲回剧院的建筑师是来自法国的保罗·安德鲁,保罗·安德鲁的成名作是巴黎的戴高乐机场。大家会奇怪一个机场建筑师为何会为一个如此重要的剧院设计?大家可從以上過千字的文章都知道設計劇院是非常專門的知識,那豈不是要一個心臟科醫生為腦外科病人施手術!

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保罗·安德鲁当时是通过国际设计比赛赢得这项目,他的设计方案是把3个表演场地放在中间,然后用一超级大的金属蛋包在其中,这样整个金属外壳便为表演场地提供良好隔声效果,另外,金属蛋被一个大水池包围,令其地位变得更重要亦更远离四周的交通,当然最大的特色就是入口在水池之下。

不过这方案一出台时,举世哗然。这个金属蛋完全破坏了天安门广场一带的共产色彩的建筑,另外亦破坏了紫禁城的中国式建筑。论建筑比例完全不附合北京的胡同和四合院的比例。

再者,入口在这么大的水池之下如何防水?香港机场在黑雨时都漏水,更何况长期在水池之下?还有北京的冬天很泠,在零下10多度的气温下水池如何不结冰?

大家都知道北京的污染很严重,亦有沙尘暴,这么大的金属蛋如何清洁?

 最致命的问题,保罗·安德鲁的成名绝技就是用了圆拱的金属外壳作为戴高乐机场的屋顶,整個機場這麼大的空間,當中沒有柱和樑,是非常新的設計.但是戴高樂機場在2005年的其中一部份擴建部份倒塌下來.国家大剧院也是用同样的设计,所以一众工程师都心惊胆跳下工作。因为如大厦倒塌下来,负责签名的工程师和建筑师都要接受法庭审讯,如发现专业失当,是刑事罪行,要坐监留案底。

保罗·安德鲁由于不是中国注册建筑师,所以他只是设计建筑师,所有法律由一众中国工程师和建筑师负全责。

据我所知,以上我所说的一大堆问题,保罗·安德鲁好像没有一套完全合理的答案,所以这项目曾一度搁置,但奈何这方案是由江泽民主席亲自挑选,一众工程师都又惊又喜又怒地设计这工程

第一:防水问题

根据保罗·安德鲁原先的设计,整个国家大剧院都被一个大水池包围,但为了解决防水问题, 21个小水池。每个小水池都用双层混凝土包围,造法好像天台水箱一样。

不过问题是主入口,主入口的天窗部份全被水长期盖着,这其实不是新的设计,在日本心斋桥JR站的地下商场就是有同样的天窗。天窗漏水通常不是玻璃的问题,因为玻璃是从工厂中生产然后直接送致工地,所以出错机会较少。

而问题通常在混凝土,因为香港和国内仍是使用木板作混凝土模架,所以误差很大,情况有如用泥胶做模型一样,再者木板会吸收混凝土的水份而影响混凝土的凝固,所以今次国家大剧院用了钢模来作模架。成本是木板模架的40-50倍。天窗所有玻璃由工程师亲自验收,并监察所有施工程序。所以,我认识的工程师第一件是问我,香港话剧团有否发现漏水的情况,有的话马上通知我,奥运在即,不能失威。

第二:结冰问题

每个小水池都放有发热线,每当气温下降至冰点以下,发热线便确保水池温度在冰点之上,所以用电量不会超级巨大,不过都是相当惊人。

第三:结构问题

据我所知,国家大剧院曾得航天科技局的工程师帮助设计,因为造型是3D curve的關系,全部組件要由工廠訂造,每一個結構組件和金屬外殼的組件都要由電腦設算出來.每个圆拱形结构组件都加强了30 %负重。数万个接合点都用X光检测,才进行下一步工序。

第四:清洁问题

首先,保罗·安德鲁用了钛金属作为外壳的材料,好处是它不用经常清洗,因为它不会容易沾到尘埃,但是它是超级昂贵。据我所知,香港机铁站上盖亦是用了钛金属作屋顶,造价近1亿元。以国家大剧院这规模,而且是3D曲线的关系,造价可能近5亿元。

不过,这么大的屋顶始终都要清洁,但如何?

他们会用清洁工程车先在四周进行清洁,然后把工人吊上屋顶因为国家大剧院是没有楼梯可直达屋顶。跟着,这些清洁特工队便如飞虎队般用钢缆吊下来清洁外壳。所以国家大剧院的造价达至27亿元,而整个香港中银大厦都只是10亿元,国家大剧院简直是天价。

其实,这造型相当吸引,但由于这造型的限制便使其室内空间受到影响,最大的问题是戏剧院,当你看到以上的平面图你可看到歌剧院的舞台两则和后则,都有一个和舞台同样大小的空间。戏行中人称为虎度门的空间是用作安放布景,一個理想的舞台應該上、下、左、右和後方都有和舞台同樣大小的空間來安放佈景,这样可以令舞台转景时有多种的选择。而这些地方都应可安置临时化装间,方便主角转装再出场。

但是由於這外型的限制,戲劇院的舞台左、右和後方的空間不等如舞台的大小.情况如何?就要请问香港话剧团的黄建东先生。