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摘要:重點(diǎn)闡述玻璃幕墻、雙曲面鏤空鋁板的設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)方法，介紹了如何運(yùn)用BIM技術(shù)解決在設(shè)計(jì)與施工中遇到的難題
關(guān)鍵詞：玻璃幕墻 雙曲面鏤空鋁板 BIM
一、工程概況
福州市冠城大通廣場(chǎng)位于風(fēng)景秀麗的閩江沿岸，海峽國(guó)際會(huì)展中心正對(duì)面。是由福建冠城匯泰發(fā)展有限公司投資開(kāi)發(fā)的高端游艇俱樂(lè)部，集配套辦公、配套公寓式酒店于一體的大型綜合項(xiàng)目。
該項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)是恩蒂埃NDA建筑設(shè)計(jì)咨詢(上海)有限公司，其具有豐富水岸和碼頭開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)。建筑設(shè)計(jì)是福州市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，幕墻施工單位是北京磊鑫建筑工程有限公司。銳建工程咨詢有限公司做為幕墻專業(yè)顧問(wèn)全程參與了項(xiàng)目深化設(shè)計(jì)與施工。
項(xiàng)目由兩幢左右對(duì)峙的單體建筑組成，方案設(shè)計(jì)結(jié)合了明朝從福州啟航的鄭和寶船、福建特色土樓等設(shè)計(jì)元素，表達(dá)了勇于創(chuàng)新，百折不撓的精神。整體橢圓形的造型，借鑒了土樓的空間運(yùn)用，外立面通過(guò)鋁合金百葉構(gòu)件映射寶船龍骨的造型，高低錯(cuò)落的百葉在提供遮陽(yáng)的同時(shí)豐富了立面的層次。外立面從遠(yuǎn)處看建筑象正在建造的寶船，又象盤(pán)臥在岸邊的巨鯤，隨時(shí)準(zhǔn)備回歸大海(圖1、2、3)。
本工程立面主要由外側(cè)弧形玻璃幕墻、外挑豎向鋁合金弧形百葉線條、雙曲面鋁合金格柵組成(圖4)。玻璃幕墻為外層裝飾結(jié)構(gòu)，沒(méi)有保溫節(jié)能要求，采用單層鋼化玻璃及夾膠玻璃(用于外傾部位)。在合同要求時(shí)間內(nèi)，合理設(shè)計(jì)幕墻節(jié)點(diǎn)、施工方案，充份利用BIM技術(shù)提前下料、精確定位，順利完成了該工程。
二、玻璃幕墻的設(shè)計(jì)難點(diǎn)與BIM應(yīng)用
本工程的玻璃幕墻完成面是一個(gè)螺旋漸變的曲面結(jié)構(gòu)(圖5)，在頂部和中間轉(zhuǎn)折處圓板過(guò)渡位置的玻璃均為雙曲玻璃，其余的為平板玻璃。經(jīng)統(tǒng)計(jì)共有2000多種規(guī)格尺寸。在設(shè)計(jì)方案時(shí)需要考慮以下幾點(diǎn)：1)如何結(jié)合豎向鋁合金通長(zhǎng)百葉進(jìn)行玻璃幕墻系統(tǒng)設(shè)計(jì);2)豎向通長(zhǎng)的鋁合金百葉如何實(shí)現(xiàn)制作和安裝;3)如何實(shí)現(xiàn)更快的安裝速度。
本項(xiàng)目鋁合金百葉外挑較大達(dá)到620mm，如果是按通常的做法采用鋁合金型材設(shè)計(jì)，成本較高而且強(qiáng)度較低，抗側(cè)向風(fēng)載能力低、變形（詞條“變形”由行業(yè)大百科提供）較大。所以在設(shè)計(jì)時(shí)按立柱外裝的方法，將外側(cè)的鋁合金百葉的主龍骨同時(shí)做為玻璃幕墻的立柱，龍骨采用鋼桁架進(jìn)行設(shè)計(jì)，外包3mm厚鋁單板，大幅降低了玻璃幕墻和百葉的造價(jià)。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)如(圖6)所示。
鋁合金百葉高度較大，如果分段安裝一是安裝工藝復(fù)雜，二是安裝速度慢，三是平直度較差。因此，現(xiàn)場(chǎng)采用了鋼桁架在工廠分段加工，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)在工裝臺(tái)上組裝鋼桁架并安裝鋁單板，最后整體吊裝的方案(圖7)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果很好，速度快達(dá)到預(yù)期目的。
玻璃幕墻運(yùn)用BIM主要是解決玻璃板塊定位和施工進(jìn)度問(wèn)題，由于工期緊(從深化設(shè)計(jì)到基本完工僅6個(gè)月)，在深化設(shè)計(jì)之初就運(yùn)用BIM技術(shù)，在設(shè)計(jì)方案公司確定的建筑表皮上，進(jìn)行分格和定位，直接確定各個(gè)玻璃板塊的大小和尺寸，和三維安裝點(diǎn)(圖8)。將玻璃料單下到玻璃加工廠生產(chǎn)，而不是通常現(xiàn)場(chǎng)量尺寸復(fù)核后再下料，因此節(jié)約了大量的時(shí)間。
玻璃提前下料對(duì)施工精度要求較高，雖然在施工過(guò)程中也采用全站儀進(jìn)行打點(diǎn)放樣，但仍然會(huì)存在精度誤差。因此，在對(duì)玻璃幕墻節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，著重考慮了對(duì)施工誤差的消化。本項(xiàng)目玻璃幕墻的形式是豎明橫隱，由于豎向是大線條明框，因此天然存在水平方向入槽深度較大的優(yōu)點(diǎn)，誤差消化比較有利，采用大壓蓋就能較好的吸收誤差。但橫向隱框膠縫要求較窄，要求橫梁安裝精度較高。設(shè)計(jì)中考慮到由于豎向大線條的分隔，橫梁不通視，水平高度相差一些也察覺(jué)不到，因此將橫梁設(shè)計(jì)成后裝形式，即先安裝玻璃后安裝橫梁，根據(jù)玻璃的實(shí)際拼縫位置來(lái)安裝橫梁，如下圖(圖9)所示。
三、雙曲面鏤空鋁板的設(shè)計(jì)難點(diǎn)與BIM應(yīng)用
雙曲面鏤空鋁板位于建筑的端部，內(nèi)側(cè)為主體鋼結(jié)構(gòu)（詞條“鋼結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供）。本項(xiàng)目曲面鏤空鋁板的設(shè)計(jì)和實(shí)施難點(diǎn)有：1)鋼結(jié)構(gòu)與鏤空鋁板不是同一家公司設(shè)計(jì)和施工，鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際位置需要測(cè)量后，返回到模型中與鏤空鋁板BIM模型合模進(jìn)行碰撞檢驗(yàn)。對(duì)碰撞的地方或距離較小處要調(diào)整鏤空鋁板完成面的位置，并征得業(yè)主及方案公司的同意。對(duì)結(jié)構(gòu)距離較遠(yuǎn)處需要增加相應(yīng)的傳力構(gòu)件;2)方案公司要求鏤空鋁板必需有一定的厚度(60mm厚，如圖10所示)，鏤空鋁板截面為矩形，由于雙曲面的特性，鏤空鋁板每個(gè)面的曲率都是不同的，無(wú)法采用鋁管直接冷彎成型的辦法實(shí)現(xiàn);3)方案公司要求鏤空鋁板盡量通透，即除了層間位置可以有背襯骨架外，其余位置不允許鏤空鋁板背后出現(xiàn)明顯的骨架影子。
鋁合金鏤空鋁板截面較厚，截面剛度也較大，采用點(diǎn)連接的方式固定在樓層處鋼梁上，即每片鏤空鋁板為一個(gè)樓層高，采用4點(diǎn)連接在鋼梁上。經(jīng)計(jì)算鋁板的壁厚6mm可以滿足要求。連接處設(shè)計(jì)了三向調(diào)節(jié)支座，可滿足三向位移要求保證安裝精度，如下圖(圖11)所示。支座處的鋁管受力較大，為了保證節(jié)點(diǎn)受力滿足要求，在鋁管內(nèi)部安放了一段鋼矩管做為主要受力骨架，如下圖(圖12)所示。
經(jīng)過(guò)反復(fù)比選，最終采用了組成鏤空鋁板的4片鋁板單獨(dú)加工，鋁板的雙向彎曲弧度在BIM中提取，分別加工后再組裝焊接打磨成型，最后表面氟碳噴涂烤漆后運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)。
由于每片鏤空鋁板都是不同的，規(guī)格及尺寸均不一致，沒(méi)有互換性。借助BIM技術(shù)，通過(guò)對(duì)每片鋁板進(jìn)行排序編號(hào)，使加工和安裝均能輕松找到相應(yīng)的材料及位置。鏤空鋁板的安裝支座同樣按模型導(dǎo)出相關(guān)數(shù)據(jù)，在現(xiàn)場(chǎng)采用全站儀定點(diǎn)，通過(guò)支座的三維調(diào)整保證了鏤空鋁板完成面的平滑過(guò)渡，如下圖(圖13)所示。
四、結(jié)語(yǔ)
福州冠城大通方場(chǎng)項(xiàng)目通過(guò)各項(xiàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，結(jié)合BIM技術(shù)不但完美實(shí)現(xiàn)了方案公司的設(shè)計(jì)，還節(jié)省了大量的時(shí)間，在較短的工期內(nèi)就將項(xiàng)目落地。獲得業(yè)主對(duì)設(shè)計(jì)和施工實(shí)力認(rèn)可，為同類型的幕墻設(shè)計(jì)施工提供了借鑒意義。最后也鳴謝北京磊鑫建筑工程有限公司戴圣平、王宏勝兩位工程師提供的現(xiàn)場(chǎng)資料及施工過(guò)程中的大力協(xié)作!
作者單位：銳建工程咨詢有限公司
