鋁板在異形曲面建筑外表皮的應用思考

侯欽超 天津市西青區商業局房地產開發公司

1 前言

“曲面建筑”起源于什么時間？目前沒有人記得具體時間，但是根據相關史料記載起源時間最早的曲面建筑是中國，發生在中國人類歷史的中原人口大南遷（中國歷史上人口最多的集中大南遷發生在唐朝后期），那時候這類建筑能夠抵御山林野獸及強盜的入侵，比如“土樓”建筑至今還是有不少民族居住在這里（圖1），從節能的角度分析由于泥土本身的熱惰性造成這類型的建筑冬暖夏涼。

圖1 土樓（世界文化遺產建筑）

那個年代雖然還沒有“建筑師”這個名詞，但已經具備了手繪畫圖的能力。

隨著地域不斷擴大、人口不斷增加，開始有了聚集人群生活區——“城鎮的初期”，開始了人類的城鎮區域規劃。

大清康熙年間，數學技術傳入中國并不斷得到學習應用，開始出現了相對復雜的建筑設計，但仍然處于手繪畫圖設計階段。

隨著PC計算機的推廣應用及相關設計軟件的引入（R14），開始了計算機輔助設計的二維時代。

進入21世紀以后，智能計算機系統代替了PC計算機系統，二維設計軟件逐步被三維（甚至多維）計算機軟件所取代，逐步出現了更加復雜的曲面建筑及異形曲面建筑。AUTOCAD的二維逐步被Autodesk三維取代，還有Sketchup、Solidwork、3Dmax、Rhino、Grasshopper、revit、dynamo 等等三維軟件，這些軟件均采取線性代數原理利用計算機專用語言編輯而成，隨著線性代數向多維空間的進一步深入未來建筑會逐步實現多維設計。

2 異形曲面建筑實例

三維計算機輔助設計軟件的應用給社會提供了許多異形曲面的建筑，被廣泛應用到商業及辦公建筑、大型文化建筑上，同時基本上建筑外圍護所采用的材料均是玻璃和金屬鋁板較多（圖2～圖7）。

圖2 文旅性建筑

說明：這是一種新型建筑，采用發泡類材料直接模具成型，這類技術板塊之間密封性能不是太好，材料老化會給壽命帶來影響。

圖3 某機場建筑玻璃及金屬鋁板的應用

圖4

說明：該項目外立面的每一塊石材均是雙曲面，頂部有雙曲面玻璃和多塊金屬鋁板組成多曲面單塊鋁板。雙曲面玻璃的底部是直徑136m的環形中央大堂，多曲面金屬鋁板的內部是多功能休息茶廳，晚上打開燈光從金屬板的月牙洞口可照射出各個角度的燈光，同時為了保證茶廳的天然綠植生長允許雨水滲漏。

圖5 某海邊文旅商業建筑（玻璃和金屬鋁板）

圖6 某商業建筑（金屬鋁板）

圖7 某展覽館建筑（金屬鋁板）

類似這種異形曲面建筑還有許多，在這里就不一一舉例了，這些異形曲面建筑從使用功能和使用質量角度具體如何呢？首先從外觀效果來說遠視幾乎沒有毛病，但是經不起走近細看，當你走近細看就會發現類似（圖8～圖14）這種問題出現在你的眼前。如果你是一位負責任的建設單位、企業家、建筑師、設計師、施工員等等，我相信你會默默去想千萬別某一天出了問題。

圖8 內部受力固定龍骨加工難度大，安裝偏差較大，角碼無法固定

當然了對于建設單位、建筑師會有更深遠的影響，特別是大型公用性質的建筑，哪一家建設單位投資建設的、哪一位建筑師設計的項目方案設計，在施工設計的時候都會歡喜，因為他們也建設了一項與眾不同的大型體量建筑物，而且建筑藝術美感特別具有一定的代表性，利用各種BIM軟件實現各部位多方位體現，然而并沒有去調研某一種建筑材料的生產工藝做出的產品如何？

圖9 龍骨定位難度大造成鋁板折邊必須切掉固定

圖10 由于前道工序偏差大，收口處鋁板整條折邊必須切掉單邊固定

圖11 鋁板焊接上去的折邊沒有等到安裝就開始開裂

通過（圖8～圖14）實際項目所發現的問題，可以給建筑師、設計師、企業家帶來一定的思考，任何一個項目在進行建筑設計的初期階段就應該多調研、多實地考察，在選擇建筑效果用材料的時候就要多想想，如果所選擇的外觀效果特別好，但沒有考慮當前的材料制造工藝的可行性、制造質量的安全性就有可能還會發生類似的質量安全問題。

圖12 鋁板折邊沒有等到安裝就開始開裂

圖13 即使最簡單的曲面鋁板折邊也需要焊接才能完成

圖14 曲面鋁板折邊焊接質量

也許有人會提出疑義：“不會吧”？那么多小汽車的外殼（圖15）不都是金屬板制造出來的嗎？而且曲線比建筑用得更多?

其實回答這個問題非常簡單，一輛小汽車多少錢，雖然汽車降價但是由于汽車外殼金屬板都是標準化模具一次性沖壓制造出來的，而且早就實現了標準化量產，即使這樣按照平米計算也比建筑金屬鋁板單價貴不少。

金屬鋁板雖然現在制造工藝技術比以往先進許多，能夠采取拉彎、壓彎等技術把金屬鋁板制造出曲面效果，但是固定所需要的錨固折邊目前還不能一次性整板制造出來，仍然再采用焊接工藝與曲面大板錨固，而且還不能整條縫隙滿焊錨固，因為滿焊材料變形較大會改變本來制造好的曲面效果。

圖15 小汽車外殼的曲線美

因此不同的制造工藝可滿足不同的制造質量，在目前制造工藝沒有改善的前提下建議還是少設計金屬鋁板用于異形曲面建筑外墻。

3 總結

21世紀的建筑不可逆的朝著參數化發展，但是很多人把參數化誤解成奇特外形，或者曲面建筑。參數化的正確理解應該是把建筑的功能需求和潛在影響等概念通過信息在現有科技（比如電腦配置）的范疇下盡可能地降解到可以用數學和邏輯來表達的數據。

脫離了強有力的目的性、邏輯性和當前技術可行性，漫無目的的曲面，無論怎么曲，無論多少種變化，在建筑業發展中的宏觀層面上，都是沒有太大意義的。通過計算和多角度綜合分析，需要曲面的時候曲面（或者其他任何形態）才合理，建筑整體也會更加合理，否則就是把錢浪費在奇奇怪怪不實用的形態上。