傅科摆原理（傅科摆的实验原理）
孙湛
用建筑空间语言如何表达天文学概念？
极不规则的造型如何通过现代建造技术实现？
三个“天体”中隐藏着哪些奥秘？
……
2021年7月13日，澎湃新闻记者孙湛走进全球最大天文馆——上海天文馆，带你一一解开这些疑问。
上海天文馆的主体建筑由两个椭圆形相互交叠错开而成。除署名外，本文图片均为澎湃新闻记者 孙湛 图
上海天文馆位于上海浦东新区临港新城，由华建集团上海建筑设计研究院等联合设计，包含主体展馆、大众天文台、魔力太阳塔、青少年观测基地等建筑单体。作为全球最大天文馆，上海天文馆是“上海设计”在文化建筑领域的又一重大突破，复杂的“三体”结构，全生命周期BIM技术运用，使得上海天文馆极具时尚感和未来感。
建筑中无处不在的天文现象
上海天文馆已成为临港新城的标志性建筑，为这片自贸区沃土打造了一张耀眼的文化名片。
上海天文馆的设计出发点是以建筑语言来表达天文学概念，运用轨迹、球体、曲线、悬浮等手法，创造出独特的建筑形态和空间，让人漫步建筑中，处处可以体验到天文现象。设计团队通过独一无二的与天文学密切相关的构思、全新建筑语境的表达、全过程高完成度的诠释，向人们展现了这个建筑的学术使命和社会使命。
设计遵循的天文学原理的构思蕴含在总体的布局、参观者流线、室外场地活动、主建筑的三个“天体”中。从临港新城上空鸟瞰上海天文馆，整个建筑群通过弧形轨迹的路径，像星空一样分布在大地上，独立而有机，构成了这些建筑与场地的关系、与城市总体规划的关系。设计团队巧妙地调整天文馆球体与滴水湖的比例，正好映射了“太阳”和“地球”的关系，意味着，天文现象无时无刻不存在于城市空间中。这些轨道的动态能量也激发了整个建筑的活力。
建筑本身就是一台“天文仪器”
从空中俯瞰上海天文馆的“圆洞天窗”“倒转穹顶”“悬浮球幕”。人民视觉 图
上海天文馆的主体建筑由两个椭圆形相互交叠错开而成，这类形体极为不规则的建筑，无论是设计上，还是建设中，都给结构工程师们带来了极大的挑战。从空中俯瞰建筑，其中有三个明显的圆形部分，就是此馆最为复杂的建筑结构，即“圆洞天窗”、“倒转穹顶”、“悬浮球幕”。这样的 “三体”结构让建筑成为一台精密的“天文仪器”。
上海天文馆的结构设计存在很多难点，大悬挑跨度大、体系复杂、形状特殊等都带来极大挑战。通过设计师不懈努力，最终实现震撼的建筑效果。在这里，建筑挑战了技术，技术成就了建筑。
圆洞天窗——日晷
圆洞天窗
一入馆内，抬头便是“三体”之一：圆洞天窗。这是目前全国最大悬挑之一，倒转穹顶又采用网壳结构，悬浮球幕运用BIM进行模拟。
悬浮的“圆洞”见证了时间、空间的互动。圆洞的倾斜角度与太阳的高度角相对应，穿过“圆洞”的日光在下方广场上形成光斑，随着时光流逝，光斑在广场和倒影池中移动，让参观者感受到时间变幻的光影。实际上，圆洞天窗配合特殊的地面铺装形成了一个简易的日晷，实现了建筑本身成为天文观测装置的设计初衷。
圆洞天窗 上海建筑设计研究院 供图
带有圆洞天窗的悬挑结构是主体展馆的二层展厅，在悬挑距离超过40米、跨度超过60米、相当于4个标准的篮球场的范围内，没有一根柱子或其它支撑结构。
倒转穹顶
倒转穹顶
进入主体建筑，首先映入眼帘的是中庭顶端的倒穹顶——直径约45米的铝合金单层网壳结构。阳光透过倒穹顶顶部的天窗洒向中庭，证明地球自转的经典科学装置傅科摆从倒穹顶底部悬吊下来，一个形似天体轨道的螺旋坡道在中庭内环绕傅科摆盘旋上升。
上海天文馆中处处可以体验到天文现象。
倒穹顶上部屋顶有一个观星平台，可同时容纳多人进行观测，设计团队利用倒穹顶的高差来消除外界的影响，重新创造了一个地平线，让天文爱好者能够不受周围任何建筑物的干扰来观察斗转星移。
观星平台 上海建筑设计研究院 供图
悬浮球幕
球幕影院
上海天文馆的球幕影院是一个悬浮在空中的巨大球体，几乎看不到这个球体与主体结构的连接，仿佛失去了重力。这个直径约30米的球体，仅靠6个侧向支撑点与下方的混凝土壳体相连，而球体与壳体之间的缝隙形成一道圆环天窗，日光穿过天窗洒向室内，在室内的地面上形成“日蚀”。随着太阳位置的变化，光影也随之改变，从一个完整的圆环变换到一个新月形。参观者可以在这里从光影变幻和空间体验中感受戏剧性和神秘感。
不规则建筑的设计施工归功于BIM技术
BIM技术在上海天文馆的设计和施工中发挥了不可或缺的作用。
上海天文馆几乎没有一面墙、一个屋顶是平直的，这样一个异形曲面的建筑的落地得益于BIM技术。所谓BIM，就是建筑信息模型，也就是在计算机里，通过设计软件，搭建好一个上海天文馆的模型，将建筑设计、结构设计、机电设计统统融入到一个模型中，综合解决问题。
而且，BIM技术是全生命周期的应用，不仅在设计中发挥了极大作用，而且在施工中，通过动画的形式，把施工流程手把手教给建筑工人，保证建筑的精准落地。建筑建成后，在BIM模型的基础上，可建立IBMS可视化系统平台，通过这个平台进行耗能管理，可以对公共照明、泛光照明进行控制，进行智能水电表远程监测，能源统计等，达到节省人工和成本的作用。
三大展区尽情探索浩瀚宇宙
《宇宙》展区内的日全食影像。“宇宙”展区，独特地采用了主题式设计，从“时空”“光”“元素”“引力”和“生命”五个视角来诠释宇宙。
上海天文馆主建筑主要由几大展区构成，分别是“家园”“宇宙”“征程”三大主题展区，及“中华问天”“好奇星球”“航向火星”等特色展区。不仅有大量的陨石馆藏，还有牛顿、开普勒、伽利略等天文大师的原版著作，8K超高清多功能球幕影院、望舒天文台、羲和太阳塔、星空探索营等高科技设备，更能全景展现宇宙浩瀚图景，打造多感官探索之旅。
“家园”展区将策展重点放置于银河系内。展厅内巨大的地球模型，外部直径20米的天象厅外层被投影成地球的形态，交替展现从太空中看地球的景象。
巨大的地球模型内还有一座光学天象厅供游客欣赏。
《宇宙》展区巨幕上放着银河系的介绍。
“宇宙”展区内上海唯一的目击陨石《长兴陨石》。
在“宇宙”展区开始前的一个过渡性长廊上安排的一处大型多媒体秀——“星际穿越”，它构建了一种神秘的流动性宇宙磁场的感觉。观众在向前走动时，身影在磁场中随之起舞，不经意间还将打开一个个小视频，惊奇之余，聪明的观众可以从这些视频的标题中窥探到即将进入的展区将蕴藏怎样的宇宙奥秘。
“宇宙”展区内的通道。这个通道设计灵感来源于2015年两个黑洞合并产生的引力波。
“征程”展区全景式展现人类探索宇宙奥秘的漫漫征途，从古人的思考到近代天文学革命，再到当今的天文科学成就和研究计划。“飞天”主题区，以1:1.5的比例，展现了嫦娥五号和玉兔号在月球上工作的动态场景。整个场地占地100平方米，也是目前中国科普馆中最大的模拟场景。
“征程”展区内1:1还原的“天和号核心舱”，近期的三名宇航员就是在此进行为期三个月的工作，而在模型内部，也播放着宇航员在太空舱内的工作与生活画面。
上海天文馆即将于2021年7月17日正式开馆，18日起对公众开放。
责任编辑：薛晶
校对：张艳