天馬行空的概念/千蒼百孔的設計—悉尼歌劇院









天馬行空的概念


上星期介紹了英國重要的表演場地,本週便介紹澳洲最著名的劇院—悉尼歌劇院。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人左右的戲劇院,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—Jørn Oberg Utzon。Jørn 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,除了悉尼歌劇院之外就沒有一座建築物是建成的。


當澳洲政府宣布Jørn 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。


千蒼百孔的設計


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。

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。


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,圓拱形的天花則會制造多種的回音,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。


在原先悉尼歌劇院的設計,就完全不能達到演奏廳和劇院的要求,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,便胡亂批準劇場的興建,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,他們借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。


結構


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。因此便可以用預制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系,是不可以在柱和樑來承擔屋頂的重量。

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摺合式的混凝土結構牆,情況就好像一個彎曲了的屏風一樣,利用摺合多層的結構來支撐屋頂,每一層的摺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,工程師都未必知道摺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。



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