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摘要：深圳湾文化广场作为文化地标建筑，是深圳城市发展“新十大文化设施”之一，承载着非常重要的文化属性：自然、艺术、科技创新，赋予了深圳新的城市名片。项目共有八个随机分布的石头，组成极具特色的石群建筑。石群建筑的整体呈双曲造型，幕墙形式主要为石材幕墙，石材面板分为50mm、80mm和100mm三种不同宽度的石条。石条长度无规律、错缝密拼，密拼缝仅4mm，通过石条的随机布置，以呈现出自然、顺滑的建筑曲面。据统计，本项目石条约34万条，每个石条的尺寸和外形均不相同，又因石条布置无规律可循，对设计和施工均带来了巨大的挑战。
关键词：石群建筑;石条;错缝密拼;双曲;调节;更换;BIM;Rhino+GH参数化;
1 工程概况
深圳湾文化广场项目占地面积约5万㎡，总建筑面积约18.8万㎡，主要功能为展览陈列区、藏品库区、公共教育及综合服务区、辅助用房及停车库。项目位于深圳市南山区后海中心区，分为南北两馆，建筑最大高度52.3m。南馆：A座浮水石馆(19.3m)、B座望云石馆(31.3m)、B座悬云石馆(26.3m)、流纹石馆(12.3m)四部分组成，其中流纹石馆非幕墙范围。北馆：C座倚虹石馆(25.3m)、C座摄云石馆(52.3m)、D座衔海石馆(15.4m)、珍珠石馆(10.3m)四部分组成，其中珍珠石馆非幕墙范围。各石头分布如(图1)所示，典型效果如(图2)所示。
2 主要幕墙系统和重难点
本工程主要幕墙系统包括：石材幕墙、采光顶幕墙、外倾玻璃幕墙、裙房（词条“裙房”由行业大百科提供）幕墙、百叶幕墙、玻璃栏板（词条“栏板”由行业大百科提供）、出屋面电梯玻璃房幕墙等。石材幕墙作为本工程的主要幕墙系统，共有约34万条错缝密拼石材，且石条走向无规律，存在横向、斜向、竖向等各种角度的石材(图3)，设计和施工均存在较大的难度。鉴于本工程石材幕墙的特殊性，仅对石材幕墙系统进行分析和论证，主要难点体现在：
(1) 石材幕墙系统可调节设计
(2) 石材防坠落设计
(3) BIM应用
针对以上问题，对如何实现立面效果、如何保证安全以及减少设计和施工难度分别进行论证和阐述。
3 石材幕墙系统的可调节设计
3.1 系统介绍
如(图4)所示，本工程石材为4mm密拼缝，50mm、80mm、100mm三种不同宽度的石材随机组合，采用钢支座+钢立柱+铝横梁三层骨架设计，多层转接以吸收误差，铝横梁分为三种规格，分别对应不同宽度的石材，以便于石材的定位和安装。
由于石材系统调节难度大，石材和铝横梁仅靠不同厚度的垫片进行调节，安装精度难以保证。在前期制作工程样板时，出现了石材表面凹凸不平、石材缝隙宽窄不一以及石材安装完成后出现松动等情况，如(图5)所示。
3.2 深化设计
鉴于石材曲面造型复杂且无序，定位难度大，安装难度大，石材系统应具备调节能力以适应误差，满足安装要求。对此进行如下深化：①钢骨架单元化设计，支座可调;②铝横梁散装，间隙可调;③石材挂件系统设计为水平方向，便于调节;④石材挂件三维可调，深化设计节点图如(图6)所示。
3.3 安装步骤和调节示意
①安装钢支座(图7)：为了吸收主体结构误差，钢环梁前后可调±25mm，铝合金支座铝支座可旋转调节角度±9°，以满足曲面造型变化的需求(图8);
②安装钢骨架(图9)：钢骨架设计成单元化，提高施工效率，同时将骨架支座设计成三维可调，调节量为±25mm(图10)，以便于吸收各方向的误差;
③安装铝横梁(图11)：铝合金横梁开设腰孔，使铝横梁间隙可调±5mm，同时铝横梁旋转角度可微调约±1°(图12);
④安装铝挂座(图13)：为了便于调节，铝合金挂座设计成水平支座，铝挂座前后可调±5mm(图14);
⑤安装石材(图15)：为了满足石材面板的调节，石材挂件设计为左右可调节±5mm，上下可调±2mm，同时石材挂件也设计为水平方向，便于调节(图16);
⑥安装完成(图17)：通过多层调节，尽可能满足安装要求和精度控制;
4 石材防坠落设计
由于石材存在一定的坠落风险，且本工程石条数量巨大，为防止石条坠落造成人员和财产的损失，设计阶段应全面考虑防坠措施，尤其应着重考虑吊顶（词条“吊顶”由行业大百科提供）区域的石材防坠。
4.1 石材挂件的防坠设计
由于石材通过M6不锈钢（词条“不锈钢”由行业大百科提供）空心铆钉进行连接，为了满足安装要求，石材实际的工艺孔存在正公差，从而产生晃动，长期晃动会造成石材的损坏，发生坠落，因此石材挂件和石材之间应涂抹结构胶(图18)。吊顶区域的石材采用通长挂件，即便石材局部断裂，通长挂件依然可以通过槽口将石材勾住，防止发生坠落。
4.2 石材的辅助防坠措施
由于天然石材属于脆性面板，有发生断裂的风险，比如在受到撞击或者安装不合理造成的应力集中，甚至连接不合理造成石材脱落，均可能造成石材的坠落。在石材挂件设计合理的前提下，增加辅助防坠措施，如增加防坠网和防坠绳(图19)，可有效避免石材的坠落，同时防坠网建议五面防护，对石材进行全面保护。
5 BIM应用
本工程石群建筑整体呈双曲造型，34万条石材均不相同，对深化设计、加工制造、施工管理以及后期维护等均带来了巨大挑战，传统的设计方式已很难适用于造型复杂的项目，因此BIM全过程应用可大大降低项目的风险。
5.1 曲面优化
本工程石材数量巨大，为了简化曲面加工难度，减少双曲板，通过BIM的参数化设计(图20)对石材面板进行优化和分类，以便于进一步优化工作。
为了保证立面效果，优化后将石材阶差控制在2mm以内，以翘曲值以及拱高2mm为限值，进行曲面优化(图21)。优化内容：①翘曲值>2mm，采用双曲板，不优化;②翘曲值≤2mm且拱高>2mm，优化为单曲板;③翘曲值≤2mm且拱高≤ 2mm，优化为平板;
a)翘曲值分析 b)拱高分析 c)阶差控制
通过优化，大大减少了曲面石材，以望云和悬云石为例，优化对比如下(图22)。
5.2 石材精细化管理
为了便于施工管理，通过BIM依次对各石头进行编号、对各石头进行分区、对各分区的石条进行详细编号(图23)，以便于指导石材加工和现场施工，提高施工效率。
5.3 维护和更换
在后期维护过程，当石材破损需要更换时，利用3D扫描设备（词条“设备”由行业大百科提供）对破损区域进行扫描，再与BIM模型进行对比，找到破损石条，并提取该石条的加工信息(图24)。同时，本工程将预留部分大板石材备品，便于供应更换石材。
石材更换步骤(图25)：①在石材后侧开孔;②安装铝合金挂件和锚栓;③石材孔内注胶;④安装石材并塞入限位垫片;⑤待结构胶硬化（词条“硬化”由行业大百科提供）后，取出限位垫片，完成更换。
6 结语
近年来，随着建筑行业的发展，建筑师的设计理念也随之创新，很多极具特色的建筑应运而生。深圳湾文化广场作为文化场馆类建筑，附有一定的文化属性：石群与城市、现代与自然的碰撞，充满了艺术气息。
本文对深圳湾文化广场石群幕墙的系统方案，进行了简要阐述，特别针对石材系统的调节、防坠和BIM应用等方面进行了分析和研究，旨在提供一些关于错缝密拼石材的设计思路。除此之外，本工程依然存在很多难题需要解决，比如石材的加工效率和精度控制、型材拉弯的精度控制、施工过程中的管理等，都需要更进一步的深入研究和实践，才能保证工程顺利完成和完美呈现。
参考文献
[1] GB/T 21086—2007《建筑幕墙》.中国标准出版社，2007.
[2] JGJ133—2001《金属与石材幕墙工程技术规范》.中国建筑工业出版社，2001.
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[5] JC830.1-2005《干挂饰面石材及其金属挂件 第 1 部分：干挂饰面石材》.中国建材工业出版社，2005.
[6] JC830.2-2005《干挂饰面石材及其金属挂件 第 2 部分：金属挂件》. 中国建材工业出版社，2005.
作者单位：深圳市方大建科集团有限公司
