復(fù)雜幕墻的設(shè)計

董彪

【摘要】本文介紹一些層次復(fù)雜、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、構(gòu)造復(fù)雜的幕墻，提出了解決復(fù)雜幕墻設(shè)計問題的思維方式;結(jié)合都江堰萬達文化展示中心、天府新區(qū)省級文化中心兩個造型復(fù)雜工程的幕墻設(shè)計，詳細介紹了幕墻的設(shè)計方法。同時指出幕墻設(shè)計需處理好業(yè)主、建筑師、結(jié)構(gòu)師三個關(guān)鍵關(guān)系，及起到兩個平衡的作用，并提出了解決復(fù)雜問題的思路、方法及建議。

【關(guān)鍵詞】復(fù)雜造型;幕墻設(shè)計;設(shè)計思維

1.復(fù)雜幕墻

所謂的復(fù)雜建筑就是為實現(xiàn)建筑語言，從造型、構(gòu)造、層次、結(jié)構(gòu)等方面采取一些非常規(guī)設(shè)計形式的建筑。建筑師的設(shè)計思維及部分業(yè)主的需求是多元化的，常常力求新穎，力求標(biāo)志性，力求視覺沖擊力。特別是在博覽建筑、體育建筑、文化建筑及一些特殊功能建筑上表現(xiàn)尤為突出。因為有了建筑師的大膽創(chuàng)意，作為建筑的外衣，復(fù)雜幕墻也就出現(xiàn)了。復(fù)雜幕墻同樣體現(xiàn)在四個方面——造型復(fù)雜、層次復(fù)雜、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和構(gòu)造復(fù)雜。要很好達到建筑效果及業(yè)主的需求，對復(fù)雜幕墻的設(shè)計需要幕墻設(shè)計師的細致思考、大膽創(chuàng)新及善于把應(yīng)用新工藝、新材料用到幕墻設(shè)計中。

1.1層次復(fù)雜幕墻

北京電力科技館（圖1），位于北京菜市口大街，它的層次復(fù)雜主要體現(xiàn)在：除了傳統(tǒng)內(nèi)層玻璃幕墻的基礎(chǔ)上，還在外面加了一層鏤空的石材外網(wǎng)和超大板塊外掛玻璃板。石材最厚達到了50mm，還要兼顧室內(nèi)效果。最大的超大玻璃板塊達到了3mx11m。

1.2結(jié)構(gòu)復(fù)雜幕墻

成都春熙路地鐵站（圖3），用單索完成一個采光頂。每根單索的長度都不同，且兩側(cè)斜拉的索是往平面外斜拉了近30度，每根索的受力會影響別的索，因此受力比較復(fù)雜。設(shè)計對索預(yù)拉力、各種工況的索拉力變化都需精確的分析和計算，并且施工過程中張拉和檢測同時進行，才能保證施工精度和柔性結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

1.3構(gòu)造復(fù)雜

某地下室的樓梯出口（圖5），完全用玻璃結(jié)構(gòu)建成的一個房子。結(jié)構(gòu)分析中力學(xué)模型的假設(shè)、玻璃與玻璃之間連接的處理等難點，是對設(shè)計師能力的考驗。設(shè)計構(gòu)造還要確保玻璃這種脆性材料在破損狀況下結(jié)構(gòu)整體的安全性能。該項目的復(fù)雜性就主要體現(xiàn)在脆性材料在復(fù)雜受力結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的構(gòu)造設(shè)計上。

1.4復(fù)雜幕墻的設(shè)計思維

復(fù)雜幕墻的設(shè)計實現(xiàn)需要思維模式的改變和創(chuàng)新，設(shè)計過程概括起來可以分為四步：了解復(fù)雜問題、簡單的進行思考、小心的進行求證、最后予以落實。從復(fù)雜到簡單、從簡單到復(fù)雜。通過這種思維的分析及細致的工作，一些復(fù)雜幕墻問題通過簡單的技術(shù)手段的結(jié)合，大多都能解決。

而現(xiàn)代建筑幕墻中造型復(fù)雜的情況比較常見，下面以兩個工程項目的幕墻設(shè)計案例來分析復(fù)雜造型幕墻設(shè)計的一些手段和方法。

2.都江堰萬達文化展示中心

2.1項目概況

都江宴的萬達城項目是萬達集團投資在都江堰建了一個集文化、旅游、商業(yè)、酒店等多種業(yè)態(tài)，涵蓋電影、演藝、主題樂園等各類游樂元素的巨型航母。都江堰萬達文化展示中心是該項目集群中最先開工，最先開放的建筑單體。圖6、圖7所示為都江堰萬達文化展示中心的效果圖。

方案是以成都的市花芙蓉花為建筑構(gòu)思。以花重錦城的概念，力求體現(xiàn)出芙蓉花綻放時的“柔、皺、透”的特點。夜間配合燈光表達蜀錦的華麗風(fēng)采。整個建筑的外立面通過三個層次的粉紅色的曲面造型來表現(xiàn)花瓣的形狀，同時用一條條發(fā)散的豎向桿件表達花瓣的紋路，用曲線的弧度變化及高度變化來表現(xiàn)花瓣的柔美及靈動。

2. 2溝通了解需求

這種復(fù)雜造型幕墻的設(shè)計是具備一定的難度的，需要找到一個比較理想的契合點或一條規(guī)律才能從根本上解決問題。與業(yè)主、建筑師的溝通尤為重要。只有通過溝通，才能深入了解業(yè)主及建筑師的想法，才能找到解題思路。

了解及溝通后，各方形成以下幾點共識：

2.2.1該方案最關(guān)鍵的就是這個幕墻的實現(xiàn)，項目的成敗就在幕墻。保證建筑效果是第一位的，絕對不能出現(xiàn)完工后與效果圖出入較大的情況。

2.2.2方案設(shè)計方及業(yè)主對該幕墻的實現(xiàn)沒有太多的思路，從材料的選擇到具體的實現(xiàn)都需要幕墻設(shè)計盡快提出方案。

2.2.3項目夜景也是控制點，豎向的肋要能發(fā)光。

2.2.4建筑內(nèi)層還有一層幕墻來保證使用功能，外層幕墻就是裝飾和造型的需要。

2.2.5工期非常緊，沒有詳細研討的時間，幕墻設(shè)計方提出來的方案必須是切實可行的，同時還要考慮材料加工及現(xiàn)場安裝施工的便捷、迅速。

2.2.6原建筑方案的傾斜角度和曲率一直在變化，規(guī)律性不強。在不影響整體效果的前提下，外形可適當(dāng)進行調(diào)整。幕墻設(shè)計與建筑方案設(shè)計共同工作，提出調(diào)整意見，由業(yè)主確定。

2. 3設(shè)計思路及原則

了解了需求，就有了解決辦法。首先就需要確定設(shè)計思路及原則。經(jīng)過分析，溝通，在現(xiàn)場就確定以下設(shè)計原則：

2.3.1主要材料：鋼結(jié)構(gòu)及玻璃。立面為漸變的粉紅色數(shù)碼彩釉玻璃，肋為白色彩釉玻璃。

2.3.2構(gòu)造方式：為便于造型及施工，主要幕墻形式為點式幕墻，

2.3.3肋與面板的關(guān)系：分開，獨立連接在鋼結(jié)構(gòu)上，便于施工組織。

2.3.4為實現(xiàn)立面曲線具有一定的規(guī)律性，對現(xiàn)有模型及分格進行優(yōu)化。

2.3.5面板采用平板玻璃、局部采用單曲玻璃。肋玻璃進行弧線切割，以保證圓滑曲線。

2. 4工作的方式方法

在確定了設(shè)計原則的基礎(chǔ)上，開始進行詳細的設(shè)計組織。

2.4.1首先畫出基本節(jié)點、討論、定型（圖8）。

從節(jié)點可以看出，采用鋼龍骨支承，面板用兩個獨立的點式爪件固定。玻璃肋用獨立的夾具錯位固定在鋼龍骨上。為保證玻璃肋的穩(wěn)定及直線度，同時達到用面板玻璃抵抗肋玻璃的側(cè)向風(fēng)荷載的作用，在肋與兩側(cè)面板玻璃之間用透明的結(jié)構(gòu)膠進行二次固定。由于曲面的原因，兩面板玻璃安裝會出現(xiàn)階差，但采用了白色彩釉的肋玻璃的設(shè)計，兩邊的面板玻璃安裝出現(xiàn)階差也不會影響外觀效果。

2.4.2與建筑師一起用犀牛優(yōu)化模型及分格，最后確定每一段花瓣的立剖面是同一條曲線旋轉(zhuǎn)而成，簡化玻璃及鋼結(jié)構(gòu)。最終的造型基本實現(xiàn)了建筑師對造型要求及便于設(shè)計施工的意圖（圖9、圖10、圖11）。

可以看出每一層的平面都是由規(guī)則的圓弧及直線組成的。用直線來實現(xiàn)不同圓弧之間的交接。三個圓弧的圓心組成了一個等邊三角形，三個圓弧的半徑是不同的，同時在高度方向上的每個位置的平剖面半徑也是不同的。5條基本的元素曲線圍繞圓心旋轉(zhuǎn)，依靠這幾個曲線旋轉(zhuǎn)，相交，復(fù)雜曲面表皮的就出現(xiàn)了。但這個復(fù)雜曲面表皮是有規(guī)律的，相對規(guī)則的。幕墻設(shè)計的實現(xiàn)就簡單了很多。

2.4.3在節(jié)點、曲面數(shù)據(jù)全部確定后，對各層花瓣的鋼結(jié)構(gòu)進行計算分析，保證支承結(jié)構(gòu)安全。

2.4.4以上述工作為基礎(chǔ)，開始詳圖設(shè)計過程。為便于現(xiàn)場加工、放線定位，利用犀牛軟件將鋼結(jié)構(gòu)空間定位、玻璃定位及關(guān)鍵標(biāo)高定位全部體現(xiàn)在圖紙中。并進一步對各關(guān)鍵部件的構(gòu)件精細分析和計算，從外算到內(nèi)，確保每個部件的安全可靠，不留安全隱患。

可以看出該復(fù)雜項目的最終實施是找到了正確的簡化過程，并通過溝通、分析、優(yōu)化、細化等工作，把一個復(fù)雜的問題最終簡單的進行處理，一開始就從設(shè)計思維上保障了項目的完成度，為項目最終實施設(shè)計、加工、安裝的順利奠定了基礎(chǔ)。

2.5項目完成情況

3. 四川天府新區(qū)省級文化中心

3.1項目概況

整個建筑分為三個單體，創(chuàng)意來源于蜀中文化，同時也象征著天府新區(qū)的日新月異及不斷發(fā)展，這個建筑群看起來像絲帶在緩緩展開，充滿了靈動的氣質(zhì)，代表著文化持續(xù)發(fā)展的理念。立面上不同大小的切口，如雕刻一樣，體現(xiàn)建筑內(nèi)涵（圖17）。

3.2設(shè)計思路

該建筑表皮經(jīng)多次討論及分析后，決定采用金屬鋁板作為面材。

由于是絲帶展開的效果，所以外立面就不能是標(biāo)準(zhǔn)圓弧這種較規(guī)則的曲面，他的曲線隨著立面的展開是一直在變化的，有內(nèi)傾、有外傾，這就造成了曲面上四點不共面的情況。如果用平行四邊形平面去模擬，就會有很多階差。因此經(jīng)與建筑師協(xié)商，最終用三角形來模擬整個外立面。然而建筑要求每個板塊分格很大，在5.1m高層間只分成兩個分格。根據(jù)建筑師的設(shè)定進行表皮劃分后，每個三角形的底邊長度達到了5.6m，高度達到了2.55m，有個別位置還更大，用一張鋁板實現(xiàn)是不現(xiàn)實的，即使能實現(xiàn)造價也會比較高。因此幕墻設(shè)計對立面又進行了一次細分（圖18、圖19）。

利用有些板塊內(nèi)部鑲嵌玻璃的特點來細分三角形面板。鑲嵌玻璃會有一個鋁板邊框，把鋁板邊框的尺寸進行統(tǒng)一，使中間三角形的高度在控制在1.9mm左右。如果中間是玻璃，就鑲嵌在鋁板組成的框里，中間是鋁板就與外表面一平。即使玻璃洞口小一些，用鋁板補充的部分依然保留這個分格縫。這就解決了由于鋁板的原板尺寸限制而不宜實現(xiàn)的問題。設(shè)計時將每個三角形板塊（包括其中玻璃）做成了一個單元構(gòu)件，每個三角形板塊均要求在工廠內(nèi)組裝完成，現(xiàn)場只需一整塊掛裝，既提高加工質(zhì)量及精度，也提高現(xiàn)場的施工效率。

由于曲面的不規(guī)則性，因此每個三角形的尺寸是略有不同的，同時6個三角形的交點各個方向的角度也是有變化的。因此就需要設(shè)計一個可以適應(yīng)任何角度的六頭連接件，使三角形板塊的連接在一個節(jié)點上全部解決完。本工程幕墻設(shè)計師就設(shè)計出了這么一個不銹鋼六連桿的可調(diào)節(jié)連接接頭，來完成該功能。它既可以平面內(nèi)調(diào)節(jié)，也可以平面外調(diào)節(jié)，一個標(biāo)準(zhǔn)件解決所有問題（圖20）。

3.3設(shè)計手段

4.幕墻設(shè)計中的協(xié)調(diào)問題

幕墻設(shè)計作為建筑工程設(shè)計的一個專業(yè)，方方面面有很多需要協(xié)調(diào)整合的關(guān)系。最關(guān)鍵的就是要處理好與三個方面的關(guān)系：業(yè)主、建筑師和結(jié)構(gòu)師。還要起到兩個平衡的作用：業(yè)主與建筑師之間的平衡、建筑師與結(jié)構(gòu)師之間的平衡。

4.1處理好三個關(guān)系

4.1.1業(yè)主：做設(shè)計的人總是希望回歸純粹的技術(shù)，但項目的實際情況往往不那么簡單。面對各個環(huán)節(jié)的不斷修改和調(diào)整，幕墻設(shè)計師要保持平和的心態(tài)。有一句俗話叫：做事不由東，累死也無功。因此與我們設(shè)計師的第一大東主——業(yè)主的關(guān)系是必須要處理好的。

4.1.2建筑師：從宏觀的、建筑全局的角度來講，幕墻設(shè)計是不具備原創(chuàng)性的。幕墻設(shè)計是根據(jù)建筑師的設(shè)想，在建筑、結(jié)構(gòu)規(guī)定的原則下，發(fā)揮幕墻專業(yè)的特長，來分析、細化和完善，并進行有針對性的系統(tǒng)設(shè)計和細節(jié)設(shè)計。沒有建筑創(chuàng)意這個前提，幕墻設(shè)計也就無從做起。但從微觀的、建筑細節(jié)實現(xiàn)的角度來看，幕墻為了適應(yīng)建筑的創(chuàng)意，經(jīng)常要打破常規(guī)，創(chuàng)新設(shè)計來實現(xiàn)建筑效果和功能。因此幕墻本身的原創(chuàng)性又是必須的能力，是促進建筑幕墻行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和動力。處理好與建筑師的關(guān)系，也是我們幕墻設(shè)計作品順利實施的關(guān)鍵。

4.1.3結(jié)構(gòu)師：結(jié)構(gòu)是所有幕墻構(gòu)件賴以存在的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)就會直接影響幕墻設(shè)計的形式及構(gòu)造。因此與結(jié)構(gòu)師之間的互動是實現(xiàn)幕墻構(gòu)造連接形式，保證結(jié)構(gòu)安全的最主要的一環(huán)。

4.2起到兩個平衡的作用

處理好三個關(guān)系的同時，幕墻設(shè)計師又是平衡業(yè)主與建筑師、建筑師與結(jié)構(gòu)師關(guān)系重要一環(huán)。對一個建筑，僅就外裝飾部分而言，幕墻設(shè)計師是可以有一定的話語權(quán)的。那么，怎么讓各方尊重并聽從你的意見呢？

首先幕墻設(shè)計師必須能夠靜下來傾聽各方的觀點和訴求。找到各方的關(guān)鍵利益及切入點。善于思考的同時，保持一顆公正的心，從有利于建筑的角度去闡述你的觀點，才能讓人信服。如果把做幕墻比作是做衣服。買衣服的人是業(yè)主，而衣服的樣式是建筑師設(shè)計的，做衣服的工具是結(jié)構(gòu)師提供的，那么幕墻設(shè)計師要做的就是：利用好手中的工具，拿著樣式圖，來為客戶量身定做一套鐘意的、穿著舒服的、為此而愿意掏錢的作品。幕墻設(shè)計師就是做衣服的人，全局意識及美學(xué)概念必不可少。好的幕墻設(shè)計師，決不是躺在前人故紙堆里悶頭畫圖的設(shè)計，而是做一個善于與各方溝通、善于發(fā)現(xiàn)亮點、善于創(chuàng)新、不拘一格又認真嚴(yán)謹?shù)脑O(shè)計師。

5. 解決復(fù)雜問題的思路、方法及建議

5.1思路

有兩個概念——思維發(fā)散和做事專注，是解決復(fù)雜問題好的思路。

要解決一些復(fù)雜的、且沒有多少經(jīng)驗的問題，首先思考時不能給自己設(shè)置條條框框，需充分發(fā)揮自己的想象力及知識儲備。在找到解決途徑和方法后就要仔細的求證，考慮問題要全面，分析和論證要詳細。這樣才能真正的解決問題，并保證扎實的落地。

5.2方法

怎么實現(xiàn)發(fā)散的思維最終匯集到一點，從而形成閃光，最終達到創(chuàng)新及落地的目的呢？這就需要我們的設(shè)計師具有扎實的基本功、豐富的實踐經(jīng)驗及不可或缺的善于分析及總結(jié)的能力。人都是學(xué)而知之的。前輩及大師之所以能取得大的成就，不是他們天生有多么的優(yōu)秀。都是通過學(xué)習(xí)、觀察、思考、分析、總結(jié)、實踐的努力而實現(xiàn)的。

5.3建議

5.3.1與時俱進，不能在技術(shù)手段上落伍。復(fù)雜造型幕墻需要專業(yè)的設(shè)計工具作為輔助手段，以便快速、直觀的體現(xiàn)出不同思路帶來的不同效果。發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，利于準(zhǔn)確的判斷和選擇。

5.3.2吸收借鑒，兼容并蓄，整合資源，技術(shù)進步。要不拘泥傳統(tǒng)及技術(shù)本身，善于總結(jié)和技術(shù)結(jié)合，多吸取其它專業(yè)和行業(yè)的經(jīng)驗，并恰當(dāng)?shù)睦玫侥粔υO(shè)計中。

5.3.3坐而思不如立而行，敢于提出問題，更要培養(yǎng)自己解決問題的能力。權(quán)威和專家是用來尊重的，不是用來迷信的。社會在發(fā)展，技術(shù)在進步，只要保持一顆進步、創(chuàng)新、閃光的心，注重日常的積累，就不擔(dān)心設(shè)計經(jīng)驗、能力及水平的提升。

5.3.4不畏挑戰(zhàn)，思路開闊，大膽創(chuàng)新，務(wù)實分析，扎實工作。幕墻設(shè)計并不復(fù)雜，有時候想得過于困難，往往容易被束縛手腳。好的設(shè)計，有時就是把復(fù)雜的問題簡單化處理，從而找到解決問題的思路。但在設(shè)計落地的過程中，需要全面的考慮及分析問題，不吝復(fù)雜的去驗證。這是一個過程，也是好作品實現(xiàn)的技術(shù)保障。包括設(shè)計合理性、加工的方便性、安裝的可實施性、造價的可控性等等。膾不厭精，食不厭細，說的就是設(shè)計后期工作的方式。

6.結(jié)語

設(shè)計中的理性思維及創(chuàng)造學(xué)方法是解決問題的關(guān)鍵。世事沒有絕對，道路更不止一條，這就是設(shè)計的魅力所在。意識的提高及技術(shù)的進步，促使我們幕墻設(shè)計師們不斷總結(jié)、創(chuàng)新和提高，與業(yè)主、建筑師及建筑界同仁一起創(chuàng)造出一個個實用、安全、新穎、獨特、藝術(shù)、具有社會價值的建筑幕墻工程，為現(xiàn)代城市添加一份精彩。

（作者單位：中國建筑西南設(shè)計研究院有限公司）

【中圖分類號】TU227

【文獻標(biāo)識碼】B

【文章編號】1671-3362（2019）05-0060-06