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摘要:重点阐述玻璃幕墙、双曲面镂空铝板的设计思路及实现方法，介绍了如何运用BIM技术解决在设计与施工中遇到的难题
关键词：玻璃幕墙 双曲面镂空铝板 BIM
一、工程概况
福州市冠城大通广场位于风景秀丽的闽江沿岸，海峡国际会展中心正对面。是由福建冠城汇泰发展有限公司投资开发的高端游艇俱乐部，集配套办公、配套公寓式酒店于一体的大型综合项目。
该项目的方案设计是恩蒂埃NDA建筑设计咨询(上海)有限公司，其具有丰富水岸和码头开发经验。建筑设计是福州市规划设计研究院，幕墙施工单位是北京磊鑫建筑工程有限公司。锐建工程咨询有限公司做为幕墙专业顾问全程参与了项目深化设计与施工。
项目由两幢左右对峙的单体建筑组成，方案设计结合了明朝从福州启航的郑和宝船、福建特色土楼等设计元素，表达了勇于创新，百折不挠的精神。整体椭圆形的造型，借鉴了土楼的空间运用，外立面通过铝合金百叶构件映射宝船龙骨的造型，高低错落的百叶在提供遮阳的同时丰富了立面的层次。外立面从远处看建筑象正在建造的宝船，又象盘卧在岸边的巨鲲，随时准备回归大海(图1、2、3)。
本工程立面主要由外侧弧形玻璃幕墙、外挑竖向铝合金弧形百叶线条、双曲面铝合金格栅组成(图4)。玻璃幕墙为外层装饰结构，没有保温节能要求，采用单层钢化玻璃及夹胶玻璃(用于外倾部位)。在合同要求时间内，合理设计幕墙节点、施工方案，充份利用BIM技术提前下料、精确定位，顺利完成了该工程。
二、玻璃幕墙的设计难点与BIM应用
本工程的玻璃幕墙完成面是一个螺旋渐变的曲面结构(图5)，在顶部和中间转折处圆板过渡位置的玻璃均为双曲玻璃，其余的为平板玻璃。经统计共有2000多种规格尺寸。在设计方案时需要考虑以下几点：1)如何结合竖向铝合金通长百叶进行玻璃幕墙系统设计;2)竖向通长的铝合金百叶如何实现制作和安装;3)如何实现更快的安装速度。
本项目铝合金百叶外挑较大达到620mm，如果是按通常的做法采用铝合金型材设计，成本较高而且强度较低，抗侧向风载能力低、变形（词条“变形”由行业大百科提供）较大。所以在设计时按立柱外装的方法，将外侧的铝合金百叶的主龙骨同时做为玻璃幕墙的立柱，龙骨采用钢桁架进行设计，外包3mm厚铝单板，大幅降低了玻璃幕墙和百叶的造价。节点设计如(图6)所示。
铝合金百叶高度较大，如果分段安装一是安装工艺复杂，二是安装速度慢，三是平直度较差。因此，现场采用了钢桁架在工厂分段加工，运至现场在工装台上组装钢桁架并安装铝单板，最后整体吊装的方案(图7)，现场实施效果很好，速度快达到预期目的。
玻璃幕墙运用BIM主要是解决玻璃板块定位和施工进度问题，由于工期紧(从深化设计到基本完工仅6个月)，在深化设计之初就运用BIM技术，在设计方案公司确定的建筑表皮上，进行分格和定位，直接确定各个玻璃板块的大小和尺寸，和三维安装点(图8)。将玻璃料单下到玻璃加工厂生产，而不是通常现场量尺寸复核后再下料，因此节约了大量的时间。
玻璃提前下料对施工精度要求较高，虽然在施工过程中也采用全站仪进行打点放样，但仍然会存在精度误差。因此，在对玻璃幕墙节点设计时，着重考虑了对施工误差的消化。本项目玻璃幕墙的形式是竖明横隐，由于竖向是大线条明框，因此天然存在水平方向入槽深度较大的优点，误差消化比较有利，采用大压盖就能较好的吸收误差。但横向隐框胶缝要求较窄，要求横梁安装精度较高。设计中考虑到由于竖向大线条的分隔，横梁不通视，水平高度相差一些也察觉不到，因此将横梁设计成后装形式，即先安装玻璃后安装横梁，根据玻璃的实际拼缝位置来安装横梁，如下图(图9)所示。
三、双曲面镂空铝板的设计难点与BIM应用
双曲面镂空铝板位于建筑的端部，内侧为主体钢结构（词条“钢结构”由行业大百科提供）。本项目曲面镂空铝板的设计和实施难点有：1)钢结构与镂空铝板不是同一家公司设计和施工，钢结构的实际位置需要测量后，返回到模型中与镂空铝板BIM模型合模进行碰撞检验。对碰撞的地方或距离较小处要调整镂空铝板完成面的位置，并征得业主及方案公司的同意。对结构距离较远处需要增加相应的传力构件;2)方案公司要求镂空铝板必需有一定的厚度(60mm厚，如图10所示)，镂空铝板截面为矩形，由于双曲面的特性，镂空铝板每个面的曲率都是不同的，无法采用铝管直接冷弯成型的办法实现;3)方案公司要求镂空铝板尽量通透，即除了层间位置可以有背衬骨架外，其余位置不允许镂空铝板背后出现明显的骨架影子。
铝合金镂空铝板截面较厚，截面刚度也较大，采用点连接的方式固定在楼层处钢梁上，即每片镂空铝板为一个楼层高，采用4点连接在钢梁上。经计算铝板的壁厚6mm可以满足要求。连接处设计了三向调节支座，可满足三向位移要求保证安装精度，如下图(图11)所示。支座处的铝管受力较大，为了保证节点受力满足要求，在铝管内部安放了一段钢矩管做为主要受力骨架，如下图(图12)所示。
经过反复比选，最终采用了组成镂空铝板的4片铝板单独加工，铝板的双向弯曲弧度在BIM中提取，分别加工后再组装焊接打磨成型，最后表面氟碳喷涂烤漆后运到现场。
由于每片镂空铝板都是不同的，规格及尺寸均不一致，没有互换性。借助BIM技术，通过对每片铝板进行排序编号，使加工和安装均能轻松找到相应的材料及位置。镂空铝板的安装支座同样按模型导出相关数据，在现场采用全站仪定点，通过支座的三维调整保证了镂空铝板完成面的平滑过渡，如下图(图13)所示。
四、结语
福州冠城大通方场项目通过各项创新设计，结合BIM技术不但完美实现了方案公司的设计，还节省了大量的时间，在较短的工期内就将项目落地。获得业主对设计和施工实力认可，为同类型的幕墙设计施工提供了借鉴意义。最后也鸣谢北京磊鑫建筑工程有限公司戴圣平、王宏胜两位工程师提供的现场资料及施工过程中的大力协作!
作者单位：锐建工程咨询有限公司
