鋼渣山上種出“森林” 工程科技打造城市“綠色奇跡”！

黃浦江畔，秋風(fēng)送爽。站在初展雄姿的上海大歌劇院“中國扇”穹頂上極目遠(yuǎn)眺，綠意盎然的雙子山與波光粼粼的上海溫室花園交相輝映，共同勾勒出上海中心城區(qū)沿江最大公園綠地——上海世博文化公園的動人畫卷。然而，誰曾想到這里曾是鋼鐵廠的鋼渣堆積場？

中國科協(xié)之聲編輯部跟隨城市更新工作坊的步伐，走進(jìn)上海世博文化公園，探尋這片曾機(jī)器轟鳴的工業(yè)遺址，如何以創(chuàng)新實踐打造城市更新的“綠色奇跡”，為全球城市的可持續(xù)發(fā)展提供可借鑒的中國方案。一起來看→

上海世博文化公園

上海大歌劇院：藝術(shù)與工程的極致融合

在世博文化公園片區(qū)，一座以“中國扇”為形態(tài)的世界級歌劇院即將驚艷亮相。從空中俯瞰，上海大歌劇院就像一把徐徐展開的白色中式折扇，延伸至天空，與黃浦江景及世博文化公園的自然景觀融為一體。

上海大歌劇院項目的工程師趙宇超，從2019年12月項目舉行開工儀式當(dāng)天就開始扎根現(xiàn)場，當(dāng)時他即將從同濟(jì)大學(xué)博士畢業(yè)。

工程師趙宇超介紹上海大歌劇院

回憶初次接觸上海大歌劇院的設(shè)計藍(lán)圖時，趙宇超仍難掩激動：“極度夸張的造型、流暢的曲面與線條，尤其是將中國扇這一元素巧妙融入建筑藝術(shù)，讓我深感震撼。”

然而，作為一名工程師，他首先想到的是工程實現(xiàn)的難度：“這樣的設(shè)計，真的能建出來嗎？”

面對挑戰(zhàn)，建設(shè)團(tuán)隊沒有退縮。為了實現(xiàn)“中國扇”造型的極致輕盈與懸挑效果，項目團(tuán)隊不斷挑戰(zhàn)建筑結(jié)構(gòu)的極限。其中，中心扇軸處雙螺旋樓梯的輕薄無支撐結(jié)構(gòu)，成為了工程技術(shù)的最大考驗。

“最外層的懸挑部分極薄，傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)無法滿足需求，且此前并無類似設(shè)計。”趙宇超介紹道。為了克服這一難題，團(tuán)隊聯(lián)合華東建筑設(shè)計研究院的設(shè)計團(tuán)隊攻克了超高性能混凝土的設(shè)計理論和施工工藝。超高性能混凝土這種新材料的強(qiáng)度是普通混凝土的3至5倍，極大地減小了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸，降低了建筑自重，使得最大懸挑15米而截面厚度僅725毫米的“史無前例”結(jié)構(gòu)成為可能。

更大的挑戰(zhàn)來自雙螺旋自由曲面混凝土厚殼的建造。“這個雙曲面結(jié)構(gòu)不僅是美觀的造型，更是核心承重結(jié)構(gòu)。”趙宇超解釋道，“它自重極大，精度要求極高，施工難度非常大。我在讀博期間專門研究曲面結(jié)構(gòu)，沒想到剛工作就碰到了。”

為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，團(tuán)隊采用了數(shù)字建造技術(shù)，結(jié)合參數(shù)化方法，為項目量身定制了一套施工工藝。從曲面優(yōu)化到現(xiàn)場曲面參數(shù)化，再到施工圖紙的自動生成和數(shù)字精度控制，成功打造了這個雙曲面混凝土結(jié)構(gòu)。這項技術(shù)不僅解決了復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)的施工難題，還節(jié)約了大量時間和經(jīng)濟(jì)成本。

“我們針對性研發(fā)的施工技術(shù)幾乎顛覆傳統(tǒng)施工工藝。”趙宇超介紹，為了確保安全，團(tuán)隊進(jìn)行了大量實驗，不僅在施工前，建成后也進(jìn)行了多次測試，確保結(jié)構(gòu)安全和工作性能良好。

最終，那盤旋而上的雙螺旋樓梯成功建成，它不僅連接著歌劇院的不同空間，更被賦予了“連接天與地”的哲學(xué)意蘊(yùn)，建筑與自然在此渾然一體。

除了建筑結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，上海大歌劇院在舞臺技術(shù)方面也達(dá)到了世界級水準(zhǔn)。“我們正在打造國內(nèi)唯一的六宮格舞臺，可以實現(xiàn)四部劇目場景的快速切換。”趙宇超介紹。

在技術(shù)攻關(guān)過程中，團(tuán)隊形成了寶貴的工作理念。“我們一直秉持大膽創(chuàng)新、小心論證的原則。”趙宇超說，“尤其是在涉及安全性問題時，我們寧愿過于謹(jǐn)慎。”

歷經(jīng)6年建設(shè)，上海大歌劇院即將于今年底完工。趙宇超也完成了從博士生到項目工程師的蛻變：“我們不僅要讓建筑‘好看’，更要讓建筑‘好用’。通過技術(shù)創(chuàng)新，我們實現(xiàn)了‘結(jié)構(gòu)與美學(xué)’的統(tǒng)一，讓中國元素與綠色建筑完美融合。”

雙子山：從“工業(yè)銹帶”到“城市綠肺”

城市更新的核心，不僅是物理空間的再造，更是生態(tài)功能與城市記憶的修復(fù)與融合。世博文化公園內(nèi)的雙子山，正是這一理念的生動體現(xiàn)。

雙子山的前身是上海上鋼三廠的工業(yè)遺址，曾堆積起70米高的鋼渣山。如今這里，郁郁蔥蔥的“雙子山”巍然屹立，主峰與次峰相映成趣。

雙子山

站在雙子山前，該項目工程師郭曉君介紹：“最高的山峰有48米，次峰35米，項目總用地面積約30萬平方米。”

令人驚嘆的是，這座山體并非簡單的土石堆積，而是國內(nèi)首座高度超40米的空腔人工仿自然山體。通俗地說，雙子山內(nèi)部是建筑空間，表層則是通過自然山林種植方式形成的大型人工仿自然山體。

在軟土地基上堆山造景絕非易事。雙子山體緊鄰盧浦大橋，江邊松軟的地基難以承受巨大荷載；地下更密布著污水南干線、打浦路隧道等城市生命線。面對這些挑戰(zhàn)，工程師們創(chuàng)新采用了新型PEC組合結(jié)構(gòu)作為山體主框架核心。

“PEC結(jié)構(gòu)就像是為山體搭建的‘鋼鐵骨架’，它兼具混凝土和鋼的強(qiáng)度優(yōu)勢，能讓山體穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)立上100年。”郭曉君解釋。

施工挑戰(zhàn)接踵而至。由于山體規(guī)模巨大，團(tuán)隊將吊裝工作劃分為6個區(qū)域，采用流水線作業(yè)。“我們一邊做地基，一邊進(jìn)行PEC結(jié)構(gòu)的吊裝，這樣極大地提前了工期，也符合低碳綠色的環(huán)保理念。”郭曉君介紹。

在山體造型的關(guān)鍵階段，團(tuán)隊運(yùn)用無人機(jī)傾斜攝影與三維建模技術(shù)，實時監(jiān)控覆土過程的高程誤差，確保山體輪廓的完美呈現(xiàn)。

最精妙的生態(tài)設(shè)計藏在雙子山的兩處細(xì)節(jié)里。山體表面一塊塊擋土墻，把山體分割成密密麻麻的“田”字格。將樹種進(jìn)格子里，能加固水土，防止滑坡；格子下鋪設(shè)防水層及濾水層，擋土墻上面設(shè)置了樹木加固設(shè)施。

郭曉君打了個比方：“山頂沿著山體做了表皮結(jié)構(gòu)，就像一個個‘倉’，可以覆土，植物的根能長到里面。這種結(jié)構(gòu)解決了人工山體植被種植與根系生長的難題，確保了這片人工山林能夠像自然山體一樣涵養(yǎng)水土。”

“建造雙子山是市民給市長、給政府提的建議，”郭曉君透露。這一細(xì)節(jié)折射出中國城市發(fā)展理念的躍升，從追求經(jīng)濟(jì)效益到關(guān)注民生需求與生態(tài)福祉。

如今的雙子山，成為多功能復(fù)合的城市空間。山體內(nèi)部設(shè)計別具匠心：第二層是停車場，第三至五層是展廳，平時用于會展，戰(zhàn)時可作為人防設(shè)施，實現(xiàn)了綠色生態(tài)、城市功能與安全防護(hù)的完美融合。

上海溫室花園：會呼吸的智慧綠洲

與依靠結(jié)構(gòu)創(chuàng)新重塑地貌的雙子山不同，不遠(yuǎn)處的上海溫室花園，則通過智能科技，為生命營造了一個精密的“伊甸園”。

上海溫室花園是目前亞洲最大的溫室花園，通過溫室幕墻和結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計的無柱大跨空間，屋面采用空間張弦異形平面網(wǎng)格鋁合金結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)建筑的輕盈飄逸。自去年9月底開園至今，這個匯聚了全球1500種、近19萬株植物的“生態(tài)綠洲”，已成為市民爭相參觀的熱門地標(biāo)。

上海溫室花園俯瞰圖

確保這一龐大生態(tài)系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的，是一個高度智能的“智慧大腦”。上海溫室花園項目安裝工程師朱敏介紹：“通過搭建智能環(huán)控系統(tǒng)，我們的溫室環(huán)境實現(xiàn)了可見、可控、可優(yōu)化，這是溫室的一大特色。”

作為一位在中國石油大學(xué)獲得暖通專業(yè)碩士學(xué)位的女性工程師，朱敏已參與了項目開發(fā)與運(yùn)維近3年。她帶領(lǐng)我們走進(jìn)溫室，溫爽宜人的空氣撲面而來。“大家現(xiàn)在感覺比較舒適，這就是我們環(huán)控系統(tǒng)這個‘大腦’調(diào)控發(fā)揮的作用。”

溫室內(nèi)部環(huán)境復(fù)雜，要保證所有植物都有舒適的環(huán)境，對環(huán)境調(diào)控的要求很高。團(tuán)隊創(chuàng)新性地將每個館進(jìn)行了3-4個分區(qū)的分區(qū)管理，在設(shè)備布置上選擇了多層傳感器布置，確保館內(nèi)所有區(qū)域都能處于合適的溫濕度范圍內(nèi)。

上海溫室花園部分內(nèi)部場景

這個溫室的“智慧大腦”，是國內(nèi)首個展覽溫室專用環(huán)境控制系統(tǒng)。朱敏形象地解釋：“它就像一位細(xì)心的‘AI園丁’，能通過遍布全館的傳感器，實時感知溫度、濕度，甚至能預(yù)測環(huán)境變化，自動調(diào)節(jié)數(shù)千套設(shè)備運(yùn)行。”

在節(jié)能方面，環(huán)控系統(tǒng)會優(yōu)先采用自然方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。朱敏指著頂部的遮陽簾和通風(fēng)設(shè)施說：“比如，優(yōu)先通過開啟頂窗、側(cè)窗以及遮陽簾，盡可能降低冷熱源這種高能耗設(shè)備的運(yùn)行。”

“科技讓原本復(fù)雜的溫室環(huán)境變得可感知、會思考、能自主優(yōu)化，成為綠色的生命體。”朱敏深有感觸地說。

作為全程參與項目建設(shè)的工程師，朱敏感慨：“參與這個項目讓我在環(huán)境控制系統(tǒng)和數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用方面實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。我們不僅應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，還引入了人工智能的深度學(xué)習(xí)算法，實現(xiàn)了對溫室環(huán)境的精準(zhǔn)調(diào)控。這些技術(shù)的成功應(yīng)用，既為當(dāng)前項目提供了高效解決方案，也為未來推廣相關(guān)技術(shù)奠定了堅實基礎(chǔ)。我們希望能將這些創(chuàng)新成果推廣到全國乃至全球，推動溫室或者其他領(lǐng)域環(huán)境控制技術(shù)的發(fā)展。”

談及2025年世界工程組織聯(lián)合會全體大會，朱敏視為一個寶貴契機(jī)：“這是一個全球工程領(lǐng)域的頂級盛會。我們將通過最前沿的技術(shù)與國際同行深度交流，既汲取他們的先進(jìn)經(jīng)驗，也展示中國工程的最新成果與創(chuàng)新突破。”

編者手記：

綠色未來的實現(xiàn)，離不開前沿工程科技的支持。在上海世博文化公園中，每一項工程都堪稱“創(chuàng)新實驗室”，數(shù)字化與智能化技術(shù)成為它們共同推動綠色發(fā)展的“翅膀”。

從鋼鐵轟鳴的工業(yè)基地到萬國薈萃的世博會場，再到如今生機(jī)盎然的“城市綠肺”，上海世博文化公園的蛻變，讓“城市，讓生活更美好”的世博精神得以延續(xù)，并注入了新的時代內(nèi)涵。

在這里，中國工程師以綠色為筆、以創(chuàng)新為墨，為2025年世界工程組織聯(lián)合會全體大會的主題“工程塑造綠色未來”，提供了最具說服力的中國樣本。

當(dāng)2025年世界工程組織聯(lián)合會全體大會的嘉賓們漫步于上海世博文化公園，他們看到的將不僅是讓人驚艷的地標(biāo)建筑，更是一部用工程智慧書寫的、關(guān)于城市綠色的“未來之書”。

它向世界證明，綠色轉(zhuǎn)型并非經(jīng)濟(jì)發(fā)展的代價，而是提升城市品質(zhì)、創(chuàng)造美好生活的契機(jī)。當(dāng)工程的嚴(yán)謹(jǐn)與藝術(shù)的靈感相遇，當(dāng)科技的鋒芒與自然的脈動同頻，我們便能真正書寫出城市更新的未來。

在中國城市化的進(jìn)程中，無數(shù)工程師用“匠心”守護(hù)著“綠色未來”。在邁向更加包容、多元的工程未來的道路上，中國的工程師們正通過2025年世界工程組織聯(lián)合會全體大會等平臺，向世界展示工程技術(shù)與生態(tài)智慧融合的無限可能，并與全球同行分享經(jīng)驗、攜手共進(jìn)，共同構(gòu)建一個更綠色、更智慧、更美好的世界。

中國科協(xié)之聲編輯部陳盡美

責(zé)　　編：陳盡美

審　　核：張敬一

值班編委：宋玉榮