向极而筑！“中国扇”这样建成

空中俯瞰上海大歌剧院，“中国扇”螺旋结构富有音乐的律动美。

黄浦江岸，世博文化公园内，一把巨大的白色折扇凌空舒展。1.2万平方米的扇面向外轻轻扬起，最大悬挑32米，市民可漫步的扇面平台悬挑达15米。肉眼看上去轻薄飘逸的屋面，梁体最薄处仅725毫米。这就是刚刚投用的上海大歌剧院这座建筑的“点睛之笔”——“中国扇”。

今年6月，上海大歌剧院获得国际混凝土结构协会“杰出混凝土结构奖”，成为该奖项自1990年设立以来首个获奖的中国项目。记者日前采访华东建筑设计研究院结构总工程师、上海大歌剧院结构专业负责人包联进，试图为下面这个问题解开“谜底”：当建筑的极致美学与结构的物理极限正面较量，工程师究竟靠什么让“不可能”在黄浦江边站稳？

第一道难题：

美的代价

“汪大绥大师跟我说，专家选出的这个扇子方案很美，是建筑的点睛之笔，但实现起来，结构难度非常大。”包联进回忆起刚听闻上海大歌剧院建筑方案时的心情，“我既兴奋，又深感压力。因为这把扇子，太有技术挑战了。”

挑战藏在数字里：上人区域悬挑15米，梁高被严格限制在725毫米以内，跨高比达到21∶1。“常规悬挑结构跨高比一般只有4∶1到6∶1，而21∶1相当于我们要用很薄的梁，托住伸出去很远的一大片屋面。”包联进说。

美学在这里不是修辞，而是实打实的约束条件。建筑师对扇子形态的控制极为严苛，结构高度不得越界分毫。这意味着，工程师不能靠“加粗加厚”来寻求安全，只能在材料的极限性能里找答案。

第二条路：

为什么常规方案全部出局

团队最先摆上桌面的是成熟的钢结构方案。理论上可以做出大悬挑，但几番推演后，缺点格外突出。

“钢结构强度有余，但刚度跟不上，人走上去容易晃。”包联进解释，“而且钢梁会凸出来，破坏扇子干净简洁的吊顶效果。扇面又是露天环境，钢结构容易腐蚀，每隔8至10年就要大修维护，剧院要正常演出，频繁维修根本不现实。”

普通混凝土同样行不通：强度不够，施加预应力又存在被压溃风险。

几条常规路全都有硬伤。

一个看似材料选择的决定，背后其实是一场关于工程价值观的取舍——是选一条风险低、经验足的老路，还是走一条国内房屋建筑尚无先例的新路？

团队把目光投向超高性能混凝土（UHPC）。“抗压强度达到165兆帕，约是普通混凝土的5倍，和普通碳素钢Q235不相上下，大家叫它‘类金属材料’。”包联进说，它既有足够的强度，韧性和抗腐蚀能力也十分出众，“几乎就是为这把‘中国扇’量身定做的材料”。

但量身定做的另一面，是无人走过的风险。

第三重验证：

把风险消灭在建造之前

再精密的电脑模拟，终究代替不了真实构件的考验。2022年春节前夕，同济大学嘉定校区实验室里，一场足尺破坏性试验连夜展开。两根15.5米长的UHPC悬挑梁，被不断加压，直至压溃。

“那是冬天的寒夜，整个实验室气氛都绷得很紧。”包联进回忆，“设计阶段，我们对几十个模型进行了几百次计算机仿真推演，但新材料、新工艺充满未知与风险，没有类似工程经验可循，心里还是没底。”

当试验荷载加到设计荷载的1.7倍时，试验梁完成加载后稳稳回弹至初始形态，实测数据与理论计算结果完全吻合。“一年多来积压在心头的忐忑与焦灼，瞬间灰飞烟灭。”他说。

这场普通人看不到的试验，意义恰恰最贴近普通人。“我们在实验室里把构件推倒破坏，就是要把风险消除在建造之前。市民以后走到扇子上面打卡游玩，脚下每一寸平台的安全，都经过实打实的检验。”

最后一道关：

在安全之上，还有舒适度

大悬挑建筑的安全分两层：结构要足够结实；人站在上面，不能晃得心慌。

即便UHPC加缓凝结预应力在理论计算上已满足国家规范对舒适度的要求，设计团队仍不愿止步。他们在多根大悬挑梁侧面共安装45个调谐质量阻尼器，加装后扇面实测峰值加速度从23.05厘米/平方秒降到10.9厘米/平方秒，振动降幅接近53%。

“很多人知道上海中心大厦顶部装有上千吨的巨型阻尼器，抵御台风带来大楼的左右晃动。我们这批阻尼器原理相通，只不过专门对付人群行走带来的上下竖向振动。”包联进打了个比方。

预应力张拉完成后，包联进带着团队直接踩上还未完工的悬挑梁实地感受。“当时踩上去，刚度已经很好，几乎感觉不到晃动。”但他强调，大歌剧院屋面是完全对外开放的公共空间，未来会有大批市民同时登临，“不能只满足最低规范底线，我们主动把舒适度标准再往上提了一档”。

领奖台之外：

反复求证的匠心

今年6月，葡萄牙里斯本，包联进带领团队站上国际混凝土结构协会领奖台。

“自豪感是双重的。一方面，中国的工程技术得到国际同行实打实认可；另一方面，特别感谢7年来并肩作战的全体团队，无数个不眠之夜，才有了黄浦江畔这把展开的折扇。”项目核心材料、设计、施工以国内团队为主完成，国产UHPC多项性能已超越国外同类产品。在包联进看来，这份奖项代表我国在UHPC建筑结构领域，正在从过去的跟跑转向领跑。

但这座建筑真正的价值，或许不在奖杯上。“我自己前后几十次走上这个扇面。越来越觉得，上海大歌剧院是一座很特别的公共建筑，老百姓对它有很强的参与感和归属感。”顺着螺旋台阶缓缓向上，黄浦江的宽阔、世博文化公园的清韵与陆家嘴天际线的壮美轮廓一步步铺展开来。“希望大家来到这里，除了拍照打卡之外，也能好好感受这份城市风景。硬核的工程创新，最终就是为了让所有人都能拥有这样一段美好的城市漫步体验。”

在浦西，他参与建设的上海大剧院如水晶宫殿般静静矗立；在浦东，全新的“中国扇”迎风舒展。两代文化地标隔江相望，连接它们的，正是一代代工程师在“美”与“安全”、“常规”与“突破”之间反复求证的匠心。