異型鈦金板幕墻應用實踐—首屆進口博覽會國家會議中心幕墻設計與施工概述

　　在板塊劃分過程中，需要綜合考慮以下因素：

　　2.2.1. 盡可能減少分縫(建筑師要求)

　　過多的分縫會削弱建筑造型的整體性。

　　2.2.2. 滿足鈦金板鍍鈦尺寸的限制要求。

　　長三角地區常規鍍鈦爐為圓柱形(如圖2.7)，尺寸為1.5米(直徑)*4.5米(長度)，考慮到板塊固定所需要的構造空間，板塊需要滿足外包圓柱輪廓尺寸小于1.2米(直徑)*4米(長度)。

　　本項目板塊類型眾多，很多版塊為組合板塊，很難簡單判斷板塊尺寸是否滿足上述要求，只能通過grasshopper軟件對板塊進行分析(如圖2.8)，對于超規格的板塊重新進行分格的劃分。

　　2.2.3. 為了保證轉角輪廓線的挺拔，分縫要避開轉折線。

　　轉角輪廓線為雙曲線，如果在轉折線兩側做兩塊板，考慮到加工誤差和安裝誤差，現場很難完全拼接到一起，所以最終轉角部位全部采用轉角一體板設計。

　　根據板塊所在位置不同，轉角一體板由兩塊板或三塊板組成(如圖2.9)。

　　轉角一體板為一個雙曲面和兩個單曲面的拼接，對加工精度的要求很高，最終完工效果線條流暢，挺拔(如圖2.10)。

　　2.2.4. 分縫要美觀，要與整體雙曲異形的造型契合。

　　經過多輪建筑分格方案的比選，淘汰(如圖2.11)，逐步摸索形成初步分格方案(如圖2.12)，經過對初步分格方案的進一步修正，形成最終的分格方案(如圖2.13)。最終選擇了水平方向平切，豎向適應形體變化，采用雙曲線劃分，特殊部位進行特殊處理，保證分格線的連續。

　　根據以上原則，運用BIM軟件對分格進行劃分，最終完成的分格方案滿足板塊加工要求，整體分格線條流暢，與建筑形體完美契合，最終分格圖如圖2.15所示：

　　分格劃分完成之后，鈦金板板塊有以下四種類型(如圖2.16)，不同類型的板塊對加工的要求是不同的，需要采用不同的板塊成型工藝。

　　平面 單曲面 雙曲面 轉角一體板

　　其中轉角一體板的加工和安裝是本項目的難點。

　　3.效果的實現

　　要實現建筑效果，需要進行以下因素的確定：

　　材質及表面處理（詞條“表面處理”由行業大百科提供）的選擇

　　顏色及拉絲方向

　　穿孔樣式選擇

　　板塊接縫設計

　　3.1. 材質及表面處理的選擇

　　建筑效果是金屬感很強的香檳色，針對該效果的可能實現方式，我們通過不同材質和不同表面處理的樣品來對實現的效果進行論證。

　　3.1.1鋁板氟碳噴涂

　　經過鋁板氟碳噴涂（詞條“噴涂”由行業大百科提供）樣品的制作，發現氟碳噴涂金屬感弱，不滿足要求(如圖3.1)。

　　3.1.2鋁板鍍鈦處理

　　經過實際鋁板樣品的鍍鈦，發現整體金屬感比氟碳好一些，但仍然達不到建筑要求，且因為材料基層處理的問題，鋁板鍍鈦膜厚不均勻，在轉折等特殊部位存在工藝缺陷(如圖3.2)。

　　3.1.3不銹鋼板鍍鈦處理

　　不銹鋼鍍鈦工藝是目前最成熟的鍍鈦工藝，經過實際鍍鈦樣板，滿足建筑要求。(如圖3.3)

　　3.2. 顏色及拉絲方向

　　不銹鋼鈦金板是一種很特殊的材料，顏色在不同的角度和不同的光線條件下顏色會發生變化，同時拉絲方向也對鈦金板的顏色影響很大。

　　經過多次樣品制作(如圖3.4)，最終確定了鈦金板的顏色，為了產生不同的顏色，鈦金板以2米為界，2米以上為橫向拉絲，2米以下為豎向拉絲。

　　3.3. 穿孔樣式選擇

　　方案初期，對于穿孔樣式有多種方案考慮，主要考慮以下四種方式：

　　大小孔孔大小不一樣，下邊的孔小，上邊的孔大，均勻變化(如圖3.5)。

　　疏密孔孔徑相同，下邊的孔疏，上邊的孔密，均勻變化(如圖3.6)。

　　泡沫孔及異性孔(如圖3.7)

　　均勻孔相同的孔徑，2米以下孔距大，2米以上孔距小(如圖3.8)。

　　經過樣品的制作和BIM開孔的模擬，大小孔和疏密孔很難在20米高度的范圍內實現變化的效果，所以最終選擇了均勻孔的方案。

　　經過樣板的制作和到現場的實際比對，最終確定開孔方式如下：

　　孔徑15mm ，2米以下15%穿孔率，2米以上40%穿孔率。

　　3.4.板塊接縫設計

　　鈦金板拼縫效果關系到整體建筑的造型，在前提方案論證階段，有開縫(如圖3.9)、開縫+扣條(如圖3.10)、密拼縫(如圖3.11)、橫向6mm豎向3mm(如圖3.12)等四種方案，經過最終論證，突出橫向分縫且整體接近密拼效果的橫向6mm豎向3mm方案被最終采用。

　　最終完工效果如圖3.13所示：

　　4.鈦金板成型工藝分析

　　本項目鈦金板包括平板、單曲板、雙曲板、轉角一體板等四種類型，加工難度逐步提升，其中轉角一體板是將一個雙曲板與一個(或兩個)單曲板拼接形成的一體板，是本項目的難點。

　　一體板的加工組裝流程如下：

　　不銹鋼卷開平--開孔--校平--拉絲--單曲面、雙曲面成型--氬弧焊拼接--打磨修正--焊接定型方管--鍍鈦--成品保護

　　在整個流程過程中需要重點關注以下方面

　　4.1. 開平

　　不銹鋼卷開平的時候要將鋼卷首段有瑕疵的鋼板切除，避免有缺陷的鋼板用于工程。

　　4.2. 開孔

　　不銹鋼板開孔方式有沖孔和激光切孔兩種方式，沖孔是利用沖頭的力量在沖床上開孔，因為外力的作用，沖孔會引起鋼板不平整(如圖4.1)，需要后續通過校平來消除不平整。

　　激光切孔是通過激光切割機(如圖4.2)來成孔，相對沖孔來說速度會慢一些，但是產生的變形很小，建議在滿足工期要求的情況下選擇激光切孔。

　　4.3.拉絲工藝

　　不銹鋼拉絲有機械拉絲和手工拉絲兩種，機械拉絲根據拉絲機(如圖4.3)的型號不同而不同，目前長三角地區最大能夠實現2.6米寬度的拉絲。

　　超大板塊的拉絲只能手工通過沙袋拉絲，拉絲效果與機械拉絲存在差距。

　　本項目兩米以上區域為橫向拉絲，寬度為1米，可以機械拉絲。2米以下區域連廊部位為豎向拉絲，存在部分板塊超過2.6米，需采用手工拉絲。

　　4.4. 單曲面及雙曲面成型工藝

　　單曲面部分成形方法：(1)、模具成形;(2)、激光切割+多軸輥滾圓成形+數控折彎成形(如圖4.4)。

　　雙曲面部分成形方法：液壓拉伸成形+雙曲背筋拼焊

　　液壓拉伸成形下料工序可使用剪板機或激光切割機完成，下料前需完成模型分解(如圖4.5)、坯料展開(如圖4.6)等工作。模型分解是根據實際整體模型，將其切割（詞條“切割”由行業大百科提供）成相對均勻(統一)規格的單個零件并編號管理。坯料展開則利用三維分析軟件功能將單個零件模型展開為二維CAD圖形，并在四邊留有工藝余量。成形單元則使用離散模具通過液壓拉伸成形。成形后將滿足要求的零件轉移至檢測平臺，檢測合格的成形單元則使用切割機裁邊獲取最終零件。最后通過加強筋實現零部件型面加固。

　　4.5. 轉角板塊拼接成一體板

　　轉角一體板為空間異形，拼接過程中的精度控制很重要。

　　根據BIM模型，自動生成相應板塊的加工圖(如圖4.7)，加工圖中除了單個板塊的數據，還對拼接板塊之間的關系進行了注明，方便按照加工圖進行板塊的拼接。

　　拼接之前先通過工具進行預固定，確定構造關系準確后才通過氬弧焊進行拼接(如圖4.8)。

　　板塊拼接完成后，為了防止板塊在運輸中變形，對超大的板塊在轉角部位增加用不銹鋼管支撐龍骨(如圖4.9)。

　　4.5 板塊折邊、焊邊

　　為了控制折邊的R角，折邊部位采用兩種方式：

　　平板：刨槽折邊(如圖4.10)

　　曲面板（詞條“面板”由行業大百科提供）：焊邊(如圖4.11)

　　為了保證強度，刨槽折邊后也需要進行焊接，為了減少焊接變形，采用分段氬弧焊，同時在焊接的過程中進行溫度控制。

　　4.6.鍍鈦

　　目前鍍鈦工藝包括水鍍和電鍍，其中水鍍為較早的技術，鍍鈦層的耐久性（詞條“耐久性”由行業大百科提供）存在問題，而且存在污染，正在被行業逐步淘汰。

　　目前成熟的鍍鈦工藝為電鍍工藝，電鍍的鍍鈦爐通常為圓柱體(如圖4.12)。

　　鍍鈦控制流程如圖4.13所示：

　　鍍鈦的色差問題是需要重點關注的問題，不同的鍍鈦爐，相同的鍍鈦爐在不同的批次都會產生色差，在板塊鍍鈦過程中，通過合理安排產能，將相鄰板塊在同批次進行加工，可以減少色差。

　　5.構造節點的實現

　　本工程的難點在門頭部位，門頭是雙曲異形的造型，為了連接外側的雙曲裝飾板，老建筑外側新增了雙曲的鋼龍骨(如圖5.1)。

　　鋼龍骨整體為雙曲異形，圓管，考慮到主體結構（詞條“主體結構”由行業大百科提供）的偏差，普通的轉接件很難滿足構造連接的要求。

　　經過技術分析，主體鋼架安裝精度可以控制在2厘米之內，針對該誤差，轉接系統需要考慮誤差的吸收調節。同時考慮到工期和現場安全，需要盡量減少現場焊接。主體龍骨間距較大，人員可從內部進行安裝。綜合考慮以上因素，最終方案如圖5.2、5.3所示：

　　面板通過螺栓（詞條“螺栓”由行業大百科提供）固定到后側T性龍骨上，T性龍骨橫向通長，豎向分段，T型龍骨通過帶抱箍的轉接件連接到主龍骨上，轉接件設置長條孔，配合抱箍的角度調節，可以實現三維六向調節。

　　6.BIM全過程數字化參數化設計

　　本項目整體為雙曲異型穿孔板，工期緊張，采用普通出圖方式很難實現，只能借助BIM技術來實現，所以全程數字化、參數化設計是本項目的指導思想。

　　在本項目，BIM技術實現了從早期方案階段到后期安裝完成的全過程的運用。

　　6.1.方案階段

　　BIM模型深度達到LOD200深度。

　　6.1.1本項目為改造建筑，是在老的建筑外側增加一層新的表皮，方案階段需要通過BIM模型將新表皮與老建筑進行合模，根據干涉情況對表皮進行修正(如圖6.1)。

　　6.1.2通過BIM技術對表皮分格進行劃分，分格方案確認之后以分格方案為基礎，向內偏移并進行修正后，得到主體龍骨定位線。(如圖6.2)。

　　6.1.3根據龍骨定位線進行深化，得到最終的主體鋼龍骨。

　　6.1.4幕墻將最終深化完成的主體鋼龍骨與幕墻表皮進行合模，針對存在的問題對主體鋼龍骨進行修正(如圖6.3)。

　　6.1.5對板塊數據進行分析，確定平板、單曲板、雙曲板、轉角一體板的具體位置及數量，對特殊板塊確定外包輪廓尺寸，為板塊加工提供依據，提前發現超規格板塊并進行調整(如圖6.4)。

　　6.1.6 在滿足建筑效果的情況下進行三次BIM修模，減少加工難度

　　6.2. 施工圖階段

　　BIM模型深度達到LOD400深度(如圖6.5)。

　　6.2.1本項目為雙曲異形板塊，每個板塊均布相同，只能通過BIM技術對標準節點做法進行深化，將生根牛腿、橫向通長T型龍骨及豎向T型生根點的位置在模型中表達清楚，為以后的安裝提供定位依據(如圖6.6)。

　　6.2.2本項目為改造建筑，與門洞的收口、地面的收口、坡道的收口、山墻部位的收口等不能按照理論建模，要配合全站儀打點，對交接部位進行輪廓點定位，將定位點的空間坐標返到基于相同坐標基點的BIM模型中，對模型進行修正。

　　6.3. 加工圖階段

　　BIM模型深度達到LOD500深度。

　　6.3.1根據分格縫的劃分將板塊進行摳縫處理，為板塊加工圖提供依據。

　　6.3.2利用BIM插件按照錯位梅花孔布置原則在雙曲板上進行排孔(如圖6.7)，排孔原則如下：

　　保證孔的完整，避免孔出現在分格縫上。

　　盡可能減少孔到邊的距離

　　孔為錯位梅花孔

　　6.3.3根據BIM模型自動生成板塊加工圖、T型龍骨加工圖、轉接件加工圖

　　6.3.4雙曲板攤平

　　將帶穿孔的雙曲板通過軟件攤平為平板，方便根據平板進行沖孔、裁切等加工。

　　6.4. 施工階段

　　6.4.1 鋼結構定位及深化

　　本項目鋼結構錯綜復雜，鋼結構施工需要借助BIM來定位(如圖6.8)。

　　6.4.2為施工安裝提供定位數據

　　根據BIM模型，基于與施工測量相同基點的坐標系，提供相關生根坐標點(如圖6.9)。

　　主要提供以下數據：

　　①生根牛腿的定位點

　　②面板固定用T型鋼龍骨的定位點

　　③面板交點理論數據定位點

　　6.4.3收邊收口的處理

　　根據測量返尺，修正BIM模型，為理論下單提供依據(如圖6.10、6.11)。

　　6.4.4檢驗及驗收

　　對形體關鍵控制點提取坐標數據，通過全站儀對坐標數據進行校核，控制形體的偏差。

　　7.施工安裝

　　7.1 樣板先行

　　因為鈦金板為非常規材料，為了對鈦金板成型工藝及安裝工藝進行論證，在項目施工之前在工廠先進行多個工藝樣板的制作(如圖7.1)，工藝樣板滿足要求后再在現場進行現場視覺樣板的安裝(如圖7.2)，最后進行大面板材的安裝。

　　7.2 施工方案

　　本項目整體高度18.5米，屋檐向外懸挑，建筑造型無法通過吊籃進行安裝，經過施工方案排布，最終確定施工方案如下：

　　7.2.1前期因為需要進行全站儀測量打點，施工措施不能遮擋視線，最終選擇登高車進行施工(如圖7.3)。

　　7.2.2龍骨安裝完成且復合滿足精度要求后，進行面板的安裝。面板采用滿堂腳手架進行安裝(如圖7.4)。

　　7.3.安裝精度保證措施：

　　7.3.1安裝過程中對22000個點進行測量定位(如圖7.5)。

　　安裝過程中根據BIM提供的定位點對牛腿及龍骨的安裝進行定位，測量放線具體流程如下：

　　以總包單位給出的2個基準點（詞條“基準點”由行業大百科提供） → 在現場引出兩條基準軸線及基準標高線 → 正面及連廊均采用此基準線為測量主控線 → 從主控線測量定位外飾面板（詞條“飾面板”由行業大百科提供）連接件的關鍵控制點 → 從BIM模型上提取連接件外端坐標點 → 采用角鋼（詞條“角鋼”由行業大百科提供）(點焊到鋼結構上 )及橫向魚線定位外飾面板連接件的關鍵控制點 → 將加工廠制作成型的鋼龍骨點焊到主體鋼結構上 → 復核確認定位準確

　　7.3.2 安裝順序

　　采用先轉角后大面的安裝方式，先難后易，將收口部位設置在紅線示意的單曲部位(如圖7.6)。

　　門拱部位與玻璃幕墻存在交接，門拱的精度必須保證，措施如下：

　　①門拱部位先安裝與玻璃交接的板塊，確保與玻璃交接部位的精度。

　　②出廠之前在工廠對門拱部位板塊進行預拼裝(如圖7.7)，保證板塊的加工精度滿足要求。

　　7.3.3檢測措施

　　①就關鍵控制點對施工班組及施工員進行技術交底。

　　②利用曲面靠尺對曲面部位進行檢測(如圖7.8、7.9)

　　圖7.8靠尺與曲面板塊貼合，滿足要求 圖7.9靠尺與曲面板塊脫離，不滿足要求

　　③根據鈦金板的反光線對鈦金板的平整度進行檢查(如圖7.10、7.11)

　　8.美觀性能保證措施

　　8.1主體鋼龍骨及墻面進行涂黑處理(如圖8.1)

　　8.2擋光板

　　門頭轉折到連廊的部位及門頭轉折到門拱的部位，存在光線穿過兩道穿孔板透光的問題(如圖8.2)，通過在門頭四個轉折部位設置擋光用1mm涂黑鋁板進行擋光處理(如圖8.2、8.3)。

　　8.3門頭波浪鋁背板的美觀性能保證措施

　　波浪鋁背板位于入口玻璃幕墻后側，大波和小波交替出現，為了保證整體波浪造型的美觀，采用以下措施進行處理：

　　8.3.1 波浪鋁板通過鋁板廠開模進行加工，保證加工精度。

　　8.3.2 加工好的波浪板在工廠進行預拼裝(如圖8.5)，滿足要求后才進行噴涂。

　　8.3.3 為了減少這邊的R角，采用刨槽折邊，同時在內部增加結構膠加強用角片，避免刨槽對折邊強度的削弱。

　　8.3.4 波浪板在現場進行密拼安裝

　　8.3.5 拼縫部位抹相同顏色的密封膠

　　9.結語

　　作為雙曲異形密拼穿孔鈦金板工程，從方案確認到施工完成只用了三個月時間，是建筑史上又一個奇跡。sketchup、犀牛、Grasshopper等三維軟件的運用和雙曲面異形鈦金板新的成型工藝以及BIM測量定位與可調節安裝系統等新技術新工藝的配合，共同造就了國家會議中心鈦金板異形幕墻的完美收官。隨著社會的發展，會有更多的新材料運用到日益豐富變化的建筑造型中，只有不斷創新，才能適應社會的發展，取得更大的輝煌。