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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。




違反常規的建築—悉尼歌劇院

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無論你到過澳洲沒有,你都會知道悉尼歌劇院這座建築物,這座澳洲的標記在建築史上確實破了相當多的創舉。

這個項目始於1955年,當時澳洲政府舉辦了全球性的設計比賽,題目是在悉尼海港旁設計一座包括2600多人的多用途表演場地、1500人劇場、500人左右的戲劇,這次比賽吸引了233名來自32個國家的建築師參賽,勝出的是來自丹麥的建築師─Jon Oberg Utzon。 Jon Oberg Utzon可以說是著名的紙上建築師,他曾在18次建築比賽

中勝出了7次,但就沒有一座建築物是建成的,除了悉尼歌劇院之外,因為Jon Oberg Utzon是出身藝術學院的建築師,所以他的建築大都只注重建築物美學部分,在技術層面上來看是有相當之多的問題,連悉尼歌劇院亦不例外。

當澳洲政府宣布Jon Oberg Utzon勝出的時候,大家心中都出現無數的問題,因為他的參賽圖紙和模型都相當之簡單,可謂純概念性的解說,但是他是唯一一個參賽作品把兩個大型劇院並排而設的,而且他是唯一個設計把兩個主劇院的前廳安排在整座建築物的前端,所以旅客可以先觀看悉尼海港的景色後,才進入室內的場館。

當然最重要取悅評審的便是整座建築物的外型,它的各扇形的外殼確實相當吸引,亦無疑使這建築物一直成為澳洲的地標,並在2007年成為世界文化遺產。

不過,這樣的概念純粹在紙上的草圖來看就自然是沒有問題,但是在現實情況就成為千蒼百孔的設計。

第一: 無論是劇院,還是歌劇院的設計,就必須要考慮音效的問題,因為觀眾是為了欣賞節目而參觀這地方,所以如果音效不理想的話,就算這建築物是極度漂亮的話,都是一個失敗的設計。

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在劇場的音效設計方面,就必須要考慮Reverberation time的問題,Reverberation time是歌手/樂器發出的聲音時,聲波會需要多少時間才降至60分貝或以下。因為室內空間的大小和物料的吸音程度則會影響Reverberation time。

如果Reverberation time太大的話,觀眾可能聽到兩層的聲音,又或者很大的回音。因此,劇院設計就必須要非常小心Reverberation time上的控制。

如果是樂器演奏的話,Reverberation time最好控制在1.8- 2.2秒

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

如果是演講/戲劇的話,Reverberation time最好控制在0.7- 1秒

控制Reverberation time當然是依靠室內的天花來控制室內空間的體積,從而調節聲波的速度和Reverberation time的差異。

另外,樂器的聲音會直接傳到觀眾,但回音亦同樣會反射到觀眾處,由於兩個聲波到達觀眾耳朵的時間有差別,所以演奏廳在回音方面同樣需要小心處理。

不過無論如何,設計演奏廳都會採用同一個理論,就是把整個劇院設計成又長又窄,成一個長方形,因為左、右兩邊的距離差別少,所以聲效差別不大,而且出現多種回音的情況亦會較少,所以聲效方面會較容易處理,情況就有如北京的國家大劇院,整個劇院成一個長方形,雖然外形是成蛋形,但只是用金屬外殼包著3個長方形而言。但是Jørn Oberg Utzon設計的悉尼歌劇院的外形成雞蛋形,圓拱形的天花則會製造多種的回音,而且聲波可能反射至歌手身上,而不是到達觀眾席,所以設計方面出現很大的難度,所以最後多用途的劇場則只可以設計成演奏廳。

由於Jørn Oberg Utzon的設計在技術層面上完全不能滿足需求,特別是在結構上的問題,所以整個設計在後期是完全重新設計,而設計時間更達至12年之久

先在此補充一些關於音效的提問,一個一級的樂團和歌手應該是不會用擴音機來表演,音樂是直接從樂器和歌手發出至觀眾,咪應該只是給一些流行曲的歌手或司儀使用。

而演奏廳只是用作音樂性的表演,因為不用考慮視線的問題,所以觀眾席是可以安排在舞台的後方,俗稱四面台。但是劇場則不同,因為戲劇和歌舞劇都是需要考慮視線的問題,所以觀眾席只會安排在舞台的前方、成扇型或馬蹄形,而且最後排的坐位多數都會控制在距離舞台25m之內,務求讓最後排的觀眾都看到表演者的面部表情。

另外,舞台的左、右、後和上、下方都需要有足夠的空間來儲存不同的佈景,所以設計時最難就是處理後台與更衣室和儲物室之間的流程,並且如何在外立面上把舞台塔(Fly tower) 隱藏。

在原先悉尼歌劇院的設計,就完全不能達到以上的要求,在歌劇院的空間太大,而且天花是彎曲的,所以Reverberation time會很大,回音情況嚴重。

至於劇劇院,由於彎曲的外型令舞台之上的空間(Fly tower)不足夠,一般的標準Fly tower是舞台的高度 x 2.5倍,這樣才可以把整個舞台高度的佈景吊在上空。

因此,整個劇院的規劃要完全重新設計,但是當時決定項目的政客對劇場設計一無所知,便胡亂批准劇場的興建,所以在工程的預備過程中出現無數的大問題,而建築師Jørn Oberg Utzon亦欠缺這方面的知識,因此最後的解決方法引用全球最出色的工程師樓—Ove Arup(奧雅納) 協助他們設計。

首先,他們藉用其他合規格劇院的內部規劃作為核心,並根據現實情況下作出相對的調整,並同時把劇院的外型修正至滿足能容納合規格的演奏廳和劇院。然後,再和建築師合作處理人流、車流、物流等問題,這樣便基本滿足到劇院在功能上的需求。

不過,最嚴重的問題還未解決,就是屋頂的結構。原來的設計不單沒有規律,各扇型結構都有不同的彎曲度,完全沒有邏輯可言,而且不同的彎曲面是互相接觸的,但在無規律彎曲面的接合上,是很難確保施工的品質管理。為了方便工程上的管理上,各扇型的單元便歸一至類似的彎曲度,各部件只是比例上的不同。因此便可以用預製件的方式來製做各混凝土的部件,而不用在現場做模,品質管制方面便容易處理。

至於結構承重則是更大的問題,因為在1960年時還未有任何工程師設計過這樣的扇型的蛋型結構,而且由於室內是劇院的關係,是不可以在柱和梁來承擔屋頂的重量。

在最初的設計是把打算用混凝土作為結構外牆,但這樣並不能夠使這樣的外型成為獨立的安全結構,之後工程師不斷地研究不同的方法,如在屋脊上加入鋼結構框架,並屋頂建造成厚厚的結構牆。

不過,最終的方法是使用了折合式的混凝土結構牆,情況就好像一個彎曲了的屏風一樣,利用折合多層的結構來支撐屋頂,每一層的折合便有如一個拱門一樣,這樣便能承重亦不破壞原有設計外型的彎曲度。

由於這樣的外型而大跨度的結構是前所未有的,工程師都未必知道折合式的結構是否適合,所以便利用了電腦作結構分析,這亦是世界第一次使用電腦作結構計算的工程,創了建築工程的先河。