自从上海八万人体育馆建成了第一个具有影响意义的膜结构之后, 膜结构在中国生根发芽, 遍地开花。中国建设了水立方和世博轴膜结构之后, 膜结构的发展有大热的趋势。由于它具有造型自由轻巧、阻燃、制作简易、安装快捷、节能、易于使用、安全等优点。建筑师们越来越喜欢使用。大型体育场馆、公路收费站、休闲娱乐广场、展览会场、购物中心、步行街、园林小品等多种领域都出现了膜结构的身影。膜结构的商业价值及其可观。随着最近迪斯尼乐园, 海洋公园, 欢乐谷玛雅水公园, 苏州乐园等的建设, 膜结构无不应用其中。本文将从主题公园的角度和大家浅析膜结构在此领域的应用。这里的公园广义上指用于娱乐的各类游乐场所。

膜结构建筑的主要结构材料是膜材料。膜材是一种新兴的建筑材料, 已被公认为是继砖、石、混凝土、钢和木材之后的“第六种建筑材料”。传统结构为了减小结构的变形就必须增加结构的抗力, 而膜结构是通过自身高强度柔性薄膜材料与支撑体系相结合形成具有一定刚度的稳定曲面改变形状来分散荷载, 从而获得最小内力增长。能承受一定外荷载的空间结构形式, 是一种建筑与结构完美结合的结构体系。

(1) 力学性能。非线性、非弹性、各向异性和粘弹性是建筑膜材比较突出的四项基本力学性能。膜材具有明显的非线性, 一般只有当外力小于抗拉强度时, 膜材才可近似假定为线性材料。非弹性方面是指在很低的应力水平下, 应力一应变的加卸载段也不重合。织物膜材的各向异性是指其沿不同方向上具有不同的力学性能, 包括破坏形态、抗拉强度、断裂延伸率、抗拉刚度等都随着角度的不同而变化。膜材纬向的粘弹性更为突出, 主要是由于膜材在编织过程中经向纱线通常施加预张力。此外, 膜材的弹性模量较低, 这有利于膜材形成复杂的曲面造型。以下是常用膜材和钢材强度的对比, 可供设计时参考:中等强度的PVC膜:其厚度仅0.61mm, 但它的拉伸强度相当于钢材的一半;中等强度的PTFE膜:其厚度仅0.8mm, 但它的拉伸强度已达到钢材的水平。

(2) 光学性能。膜材的紫外线光吸收性, 可滤除大部分紫外线, 使被涂面免遭紫外线的老化作用, 大大延长被涂面的使用寿命。避免了紫外线对人和建筑物的伤害, 防止内部物品褪色。

(3) 声学性能。膜材的降噪参数为16d BA, 一般对于低于60Hz的低频几乎是透明的, 对于有特殊吸音要求的结构可以采用具有FAB-RASORB装置的膜结构, 这种组合比玻璃具有更强的吸音效果。

(4) 防火性能。具有卓越的阻燃和耐高温性能。

由于游乐场所的游客较多, 因此设计时需要充分考虑膜材的破坏形式。膜材通常存在以下几种破坏形式:1) 膜材内的拉应力超过其经向或纬向抗拉强度, 导致膜材被拉断;2) 由于膜材接缝处的膜与其他构件的连接处的连接强度不足导致的开裂;3) 在膜材安装过程中, 由于安装不当导致的膜材撕裂。从结构角度讲, 对膜材的选择就是要保证膜材的抗拉强度、连接强度和抗撕裂强度满足结构设计的要求。

通过上述对膜材的了解, 我们知道PVC和PTFE是主题公园膜结构比较常用的材料。而ETFE膜材使用则相对少一些, 主要是应用于膜材不需要拉索的建筑:如西班牙加油公司的加油站, 迪斯尼地铁站等。

伴随着全球第五座迪斯尼主题乐园的落户上海, 迪斯尼乐园的建筑也让人惊叹不已。迪斯尼地铁站的ETFE膜结构是可开启式的形式, 采光效果良好。主题公园内的各个景点也以其丰富多彩的外观吸引着游客的眼球。其中著名的探险岛船体景点采用了典型的张拉膜结构。如图1所示。此外, 最近设计的苏州水乐园的膜结构也是结合了游乐项目的类型。如图2所示。

由本人设计的欢乐谷水公园的膜结构主要是以独立的景观形式存在。如图3所示。此外, 公司于2014年设计的青岛嘉年华也采用了富有时代气息的贝壳形状膜结构也属于独立的景观类型膜结构。这种独立的景观膜结构在主题公园的应用也取得了良好效果。模型如图4所示。

更多的游乐场所和主题公园的膜结构类型是两者兼而有之, 综合以上两种方案类型, 和游乐项目共同结合的形式出现。例如新密银基乐海水世界的儿童沙池膜结构, 如图5所示。即要考虑到项目和主题公园的配合, 又要考虑到功能性, 场地的大小等, 配合其他建筑做设计。

主题公园膜结构特点主要是围绕公园的游乐形式, 紧密结合功能需要。

游乐场所的客户群中, 儿童是占主要比例。因此, 色彩斑斓是其特点之一。运用科学的色彩搭配, 设计出赏心悦目的建筑色彩基调。膜布具有一定的优势, 上漆方便又快捷。彩色的膜布, 成为表达建筑最直接的方式。通过色彩更好的彰显了商业气息。让人们可以在轻松的心情下购物。白天的膜结构, 通透无奇;而一到夜晚, 它也开始绽放出迷人的魔力, 随着不同的灯光, 可以变幻出不同的色彩, 极具风情。人类与生俱来便拥有“向光性”, 膜结构的商业效应在灯光的映衬下, 即刻得到最适合的搭配效果。

当然这里的膜结构需要配合主题公园的特点。举例来说, 新密银基乐海水世界的膜结构之一:儿童沙池膜结构。在设计之初, 可以有多种选择方案, 这些方案各有特色, 都非常美观, 但最后我们还是选择了配合海底世界风格的方案。因为只有让膜结构融入整个大环境, 不显得突兀, 才是真正达到了设计的目的。

从结构角度来说, 由于配合主题的缘故, 需要挑战各种传统的结构。由于形状不规则, 在计算上也会相应的增加难度。因此, 有时膜结构的建筑和结构可以说是合二为一的。在膜结构进入深化设计时, 设计师和结构师若由同一个人完成那是最好的。当修改方案时, 最需要的就是计算一下, 看看是否符合结构的受力要求。因此, 假如膜结构的建筑和结构是由不同设计师担任的, 那就需要更多沟通, 以使两方面更完美配合。

浅析了主题公园膜结构的应用之后, 应当展望膜结构的发展。膜结构的灵活性使得它可以不受房产市场的波动, 无论房地产市场的建设是低迷或高峰, 膜结构都能独辟蹊径找到生存之路。而主题公园就是膜结构能够很好扎根于其中的一块生存土壤。此外, 随着人民生活水平的进一步提高, 国内的旅游业将会进一步发展。境外游客也会越多的涌入国内。因此, 主题公园的建设将会迎来高峰期。这也正是膜结构发展的良好契机。我们将学习发达国家的优秀建筑形式, 融合中国元素, 推动膜结构在此领域的发展, 设计出适应时代发展的优秀作品。让更过的开发商乐于采用膜结构形式, 让膜结构在主题公园的应用更淋漓尽致。在设计膜结构时, 怀着远大的中国梦, 希望能把我们的家园建设得更美好, 更现代。