以“構建面向生活的未來社會” 為主題的 2025 年大阪世博會，將重點呈現坂茂（Shigeru Ban）設計的 “藍海穹頂”（Blue Ocean Dome）。這一三聯穹頂建筑將 “輕盈感” 與非常規再生材料相結合，倡導兼具人文關懷與環保屬性的建筑理念。其中，系列中的第二座穹頂 ——B 穹頂，大膽挑戰采用碳纖維增強復合材料（CFRP）建造。

此次世博會定位為“生活實驗室”，舉辦地位于日本的人工填埋島 —— 夢洲島（Yumeshima Island）。世博會旨在展示并融合全球前沿技術與理念，以解決各類全球性問題。然而，這座填海造陸形成的島嶼存在一項重大結構限制：土壤承載力較弱，導致開挖深度不得超過 2.5 米，這使得深樁基礎的使用變得復雜，甚至無法實現。

“藍海穹頂” 項目既是對場地結構限制的明確且有力的回應，也充分體現了世博會的主題。該建筑以極致輕盈為設計核心，從而無需使用深樁基礎。通過采用碳纖維復合材料等前沿材料，建筑重量大幅降低。因此，這座展館不僅踐行了 2025 年世博會對可持續發展的承諾，更以切實可行的方式在技術層面進行了示范。該項目將工程限制轉化為創新機遇，體現了 “生活實驗室” 的愿景 —— 在真實場景中實時研發并測試新型建筑技術（見圖 1）。

圖1

藍海穹頂：海洋保護的愿景

“藍海穹頂” 展館（見圖 2）由日本非營利組織 “零排放研究與倡議”（Zero Emissions Research and Initiatives，簡稱 ZERI）牽頭，與莎羅雅株式會社（Saraya Co, Ltd.）合作打造。該項目旨在 “煥活海洋生機”，提升公眾對海洋環境所面臨挑戰的認知。它是對 “大阪藍海愿景”（Osaka Blue Ocean Vision）的建筑化回應 ——“大阪藍海愿景” 是 2019 年二十國集團（G20）峰會期間提出的一項承諾，致力于減少海洋塑料污染。

圖2

坂茂的展館設計體現了 ZERI 的目標。他選用竹子、再生紙以及碳纖維增強復合材料（CFRP）等材料，這些材料均具備可持續屬性，且符合循環利用理念，充分彰顯了循環經濟的理想。這一愿景的核心要素之一，便是展館本身的重復利用。

世博會閉幕后，該展館將被拆解并遷移至馬爾代夫，作為當地海洋綜合開發項目的建筑結構使用。這種“二次生命” 直接影響了設計與工程流程，例如通過熱模擬確保碳纖維增強復合材料穹頂能夠承受馬爾代夫高溫高濕的氣候條件。最終，建筑結構本身成為了該非營利組織（NGO）理念的象征，證明創新與循環理念能夠創造超越 6 個月世博會周期的、具有持久意義的建筑遺產。

基于循環設計的“結構 - 材料” 三重奏

“藍海穹頂” 展館是由 3 個相互連接的穹頂組成的建筑綜合體（見圖 3），每個穹頂均采用獨特的結構材料建造：竹子、碳纖維增強復合材料（CFRP）與再生紙。設計遵循模塊化建造、低環境影響及最大化可重復利用的原則。通過這種設計，它打破了展覽場館通常的 “宿命”—— 多數場館在展會結束后即被拆除，產生大量廢棄物。相反，該項目通過為建筑預設 “生命周期終點”（即可用且可持續的后續用途），為大型臨時建筑設立了新標桿。而將展館設計為可遷移至馬爾代夫的模式，也為循環經濟在建筑行業的應用提供了切實可見的范例。

圖3

位于展館入口處的 A 穹頂，跨度為 20 米，由多層層壓竹材建造而成。位于中央的 B 穹頂跨度達 40 米，是該項目最具創新性的部分 —— 它是首個以碳纖維增強復合材料管材作為主要承重框架的大型建筑結構，同時也是日本首個將碳纖維增強復合材料用于抗震結構的建筑。

作為出口與信息咨詢點的C穹頂，則采用100%再生紙管建造，再生紙管也是坂茂標志性的設計材料。

B 穹頂：采用碳纖維增強復合材料的前沿結構

對于“藍海穹頂” 而言，碳纖維增強復合材料（CFRP）在結構與物流兩方面均具備優勢。這種材料的抗拉強度是鋼材的 5 倍，剛度為鋼材的 2 倍，而質量僅為鋼材的一小部分。

這種極致的輕盈特性，解決了夢洲島場地面臨的核心挑戰：B 穹頂的總重量甚至低于為建造其基礎而開挖出的土壤重量。這種輕量化工程設計，使得在這片填海土地上完全無需使用混凝土基樁成為可能。省去復雜的基礎工程帶來了雙重益處：一方面降低了材料與人工成本，另一方面大幅縮短了施工周期。這意味著，重量不再僅僅是一種物理屬性，更成為影響工程技術、經濟性與工期的戰略性設計參數。

然而，使用碳纖維增強復合材料這類創新材料也面臨挑戰。該材料對溫度變化較為敏感，因此需要精細的工程設計，尤其是考慮到它后續將被遷移至馬爾代夫的高溫高濕環境中。為確保其承重能力與韌性，團隊進行了熱模擬分析。這一過程表明，現代工程設計不能僅局限于靜載荷計算，還必須將環境因素視為關鍵參數。

B 穹頂的結構還展現了多材料工程設計的思路。盡管主要管材采用碳纖維增強復合材料，但外層支撐膜結構的框架使用鋼材，內層則采用碳纖維增強復合材料管材。這種混合設計表明，復合材料并非要取代傳統材料，而是可以與傳統材料互補，構建性能更優的結構體系。通過對每種材料組件獨特屬性的優化，可實現更高的結構效率與韌性（見圖4）。

圖4

從理念到日常應用：讓創新更易普及

坂茂設計的“藍海穹頂” 展館是當代建筑領域的一座里程碑。它通過證明復合材料在技術上的可行性及其與環境的關聯性，為復合材料在建筑行業的更廣泛應用起到了推動作用。碳纖維增強復合材料穹頂的成功，有望鼓勵建筑師與工程師將這類材料應用于更多常規場景，例如橋梁、大跨度建筑，或是地質條件復雜場地的建設項目。

借助碳纖維增強復合材料大幅降低結構重量的能力，為建筑設計與施工開辟了新機遇—— 尤其是在預制裝配與模塊化建造領域，而這兩大領域正是塑造未來建筑行業的關鍵趨勢。

歸根結底，該項目表明，輕量化建筑不僅是一個美學問題，更是一套涵蓋場地選擇、基礎工程、運輸物流與施工進度規劃的綜合性解決方案。“藍海穹頂” 作為一個公開示范項目，驗證了這些材料的潛力，降低了未來項目采用這些材料的感知風險，為建筑行業從精英式實驗向工業化標準化轉型鋪平了道路。

參考資料：JEC COMPOSITES