创新｜双曲铝单板［三维调节］设计与应用

  本文介绍了珠海横琴新兴际华财富广场(即珠海融创财富中心)幕墙工程——横向变截面双曲铝单板装饰条的设计、加工、组装和安装等环节，提出了新颖独特的三维调节创新设计理念，打破传统的铝单板做为横向装饰线条的常规平面、或者二维的设计思路，完美呈现建筑师超乎想象的横向双曲铝单板装饰线条的视觉效果和建筑美学。

  关键词：横向变截面;双曲铝单板;开放式设计;三维调节;单元化加工;现场单元式挂装

  铝单板，做为建筑幕墙外立面必不可少的一种美学装饰材料，慢慢的变多的为建筑大师们所运作，其采购、加工、安装及效果都为幕墙界有所公认。但其常规用法不外乎为平板标准立面、收边收口、包梁包柱、层间梁位平板、竖向及横向平板线条。将其设计为超乎常规二维状态，转换为三维空间造型，则更能体现铝单板的独特应用，但在放样、加工和安装等环节的难度也相应加大。为适应双曲面铝单板的三维调节，在其加工和安装环节，势必会带来一些技术上的难题，为此幕墙深化设计单位，为节省本金、提高效率则要进行创新式设计，努力实现建筑师及业主想要达到的外观效果。

  其中横向变截面双曲铝单板装饰线#塔楼的层间梁位置，铝单板为空间折线变截面，板块分格较多，尺寸变化较大。合理的设计的具体方案将直接决定此横向变截面铝单板线条的加工、组装及安装等环节。怎么样才能做到即节材又省时，还能有效的控制铝单板变形、又能保证铝单板外观的建筑效果，则是幕墙实施工程单位需重点考虑的工作内容。项目整体效果图如图1、图2所示：

  珠海新兴际华财富广场项目横向变截面铝单板装饰线条位置分布于二栋塔楼层间梁位置，为开放式铝单板幕墙系统，内衬2mm的表面粉末喷涂铝单板，外侧为3mm的表面氟碳喷涂铝单板。横向变截面双曲铝单板装饰线条自结构面悬挑最远距离为固定值600mm，其线mm，原设计节点方案图如图3、图4所示：

  此原设计的具体方案中铝单板装饰线mm的铝方通，中间使用3mm铝合金角码，二者通过4-ST4.2X16不锈钢盘头自攻钉进行连接; 此设计的具体方案骨架的加工和安装较为繁琐，为适应其变截面造型，杆件尺寸及类别会比较多，则会导致加工、组装及安装等环节的工作量比较大，且精确度难以控制。

  针对此变截面尺寸的横向双曲铝单板装饰线条，重点解决变化尺寸杆件的加工、调节，以及灵活的连接方式，就可以实现集成化生产、组装、调节及现场安装。现选取三种变截面尺寸的节点图加以对比和分析，如图5、图6、图7所示：

  为保证杆件的根部高度为固定值900mm，在不改变原开放式铝单板幕墙设计系统的前提下，只要解决上、下二支倾斜杆件的尺寸变化规律，即可满足铝单板任意截面尺寸的变化，从而组装出不同变截面尺寸的横向变截面双曲铝单板装饰造型。

  为此，在继续保持原杆件选材(40*40*3mm的铝方通)的情况下，只需要对四个角部位置原设计的具体方案采用4-ST4.2X16不锈钢盘头自攻钉连接的方式加以优化，采用灵活多变的创新连接方式，即可满足上、下二支倾斜杆件任意尺寸调节的需要。使铝单板线条最前端沿垂直方向上下移动，就可以实现此变截面，仍旧能保持悬挑固定值为600mm不变。如图8所示：

  综合考虑到万向调节的需要，四个角部位置横向通长连接采用Φ45*3铝圆通，其外部采用抱箍套装的方式，当上、下二个倾斜杆件尺寸变化时，通过抱箍的转动从而获得变截面铝单板造型。此外，变截面双曲铝单板骨架部分的所有杆件尺寸，通过BIM建模，分析出在每一层每一部位的变化规律后，对每个杆件进行编号定位，就可以实现集成化加工。以上创新设计思路如图9、图10所示：

  第一步：采用(BIM)技术：利用犀牛+grasshopper参数化平台，同时结合三维曲面铝板上、下部的玻璃幕墙位置关系，对每个曲面板块的三维曲面值做多元化的分析，提取每个板块的技术化参数，生成工艺表;同时利用BIM技术检查玻璃幕墙与铝单板幕墙的碰撞关系，先通过理论分析来解决。如图11所示;

  第二步：模拟安装玻璃幕墙和双曲面铝单板：将平面的玻璃幕墙按照理论先行安装，再安装双曲面铝单板，同时检查是不是有问题，如有则继续通过修正CAD图纸和BIM放样来解决。图12所示：

  利用BIM模型，分类分层导出变截面铝单板杆件及铝单板的加工图，按照单元构件组装图，在专用操作台上进行分段部分钢架及铝单板的组装，如图13、图14所示：

  某一建筑立面，某一个建筑层的分段板块组装完毕后，在工厂内按面按层进行整体模拟拼装，检查变截面实现结果，契合设计要求后则进行连续编号。如图15所示：

  第一步：借助总包悬挑脚手架(或者自行搭设吊篮)先行安装玻璃幕墙的骨架，及变截面铝单板装饰线所示：

  第二步：先将玻璃幕墙面板安装好，隐蔽验收合格，待总包悬挑脚手架拆除后，幕墙实施工程单位再另行搭设吊篮，即可独立连续的安装已经在工厂组装成型的变截面铝单板线所示：

  从以上创新方法的设计与施工能够准确的看出，任何一个出自建筑师的、无论如何复杂的建筑幕墙项目，都能够最终靠理论联系实际的创新设计思路，将其完美呈现。在幕墙超级大国-中国，如今的超高层建筑在响应国家住建部政策的前提下，各大城市依然争先恐后，地标性建筑如雨后春笋般拔地而起，为城市上空建造了一道道亮丽的建筑群风景线。幕墙常用材料如：玻璃、铝板、石材、GRC、UHPC、铜板、搪瓷钢板、不锈钢板等等，在常规立面上的运用，各建筑师及幕墙设计师都早已经得心应手，然后如今的建筑造型均都趋于向独特化、奇异化等方向发展，常规的立面设计已经不能完全适应当今建筑幕墙形态的新局面。

  当建筑师将以上各种幕墙材料勾勒为折叠型、曲面型、扭曲型等复杂空间几何体时，做为幕墙设计则要考虑怎么利用各种幕墙材料，去实现这些独特的造型；同时，也要结合材料的特性，考虑其加工、运输和安装等环节的深化设计，并结合造价、进度、质量和安全等多维角度为一体，去实现这些造型而努力创新。

  诸如上述文章所讲的双曲铝单板的三维调节的创新设计和施工，就是解决了以上设计、采购、加工、运输和安装等各环节各项问题和困难，进而顺利贡献出一栋造型独特、立面新颖的建筑幕墙项目。