上海浦東足球場外立面雙曲單元幕墻的設計和施工工藝

金俞槐 王 群 彭成荃

1.上海市機械施工集團有限公司 上海 200072；

2.上海久事體育產業發展（集團）有限公司 上海 200082

為提高全民身體健康素質，助力體育強國建設，多地興起了體育基礎設施的建設。位于上海浦東新區金橋鎮的上海浦東足球場，是一個滿足國際足聯A級比賽要求的專業足球場，作為上海三大專業足球場之一，它也為市民的健身、休閑和娛樂等活動提供了一個重要的場所[1-3]。

上海浦東足球場的造型設計靈感來源于中國傳統的白瓷碗，整體造型猶如一個潔白無瑕的瓷碗坐落于高樓大廈之間（圖1），彰顯了上海在追逐時尚之美的同時，傳承中華傳統文化之美，體現了上海作為長三角地區改革開放橋頭堡的創新引領作用和傳承優秀傳統文化的責任擔當。

圖1 建筑效果圖

1 工程概況

上海浦東足球場外立面幕墻工程面積約4萬 m2，主要分為雙曲單元式復合板系統、肌理板系統、玻璃欄桿系統、明框玻璃系統、百葉系統、開平門系統、無機水泥板系統等。

深化設計通過裝配式幕墻的設計理念，采用單元式幕墻體系，應用BIM技術對幕墻系統進行整體建模。通過BIM應用，解決了雙曲幕墻的造型設計、專業間的碰撞問題；應用BIM進行優化設計，極大地提升了工作效率，減少了構件加工難度和工作量；通過施工動畫模擬指導現場施工，提升了工程管理水平和施工質量，進而提升了企業的經濟效益。

2 雙曲單元幕墻系統概況

足球場外立面整體效果呈碗狀，其分格橫向水平、縱向垂直于檐口邊緣，使外立面幕墻板塊呈現單曲與雙曲交錯分布。為嚴格把控工程的安全性、工藝性、功能性、施工及可維護性，雙曲立面采用單元式幕墻系統設計，工廠加工組裝，易于檢查，提升了建筑工業化程度，有利于保證多元化整體質量。

雙曲單元板立柱及橫梁采用鋁合金材質，直面的板塊需拉彎豎向立柱，和直線橫梁組裝成品。轉角面的板塊則拉彎立柱與橫梁等組裝的所有鋁合金型材，保證立面曲率。標準單元板長寬尺寸為2 600 mm×4 500 mm，寬度為板塊的長方向，采用上、下橫梁作為主受力構件，根據結構受力計算分析，在2根主橫梁之間增加6～7根鋁合金豎向方通增加整個框架的剛度。加強的鋁合金豎向方通與面板之間填充結構膠固定，與橫梁立柱四邊采用機制螺栓固定，增強整體性，保證各單元件的質量，從而保證了工程質量（圖2）。

圖2 單元節點

3 雙曲單元幕墻參數化設計

3.1 外立面主框架系統參數化建模

外立面幕墻主框架系統為基于原主鋼結構做的二次結構。在72榀主體鋼結構桁架之間，根據幕墻高度劃分區域，橫向增設2～3根主受力環梁，連接節點采用活動受力構造，在規范誤差內滿足建筑的變形要求。根據BIM模型提供的信息，在主體鋼結構加工時布置用于幕墻連接的耳板。采用Rhino＋Grasshopper（以下簡稱“GH”）建模方式，輸入相應的定位、龍骨截面數據及一定數量的邏輯條件，可快速生成幕墻骨架（圖3）。

圖3 外立面主框架系統

3.2 外立面復合板單元龍骨系統參數化建模

幕墻單元龍骨根據立面分格，在外立面主框架之間連續布置，上下口連接在主體鋼結構提前增設的耳板上。龍骨系統結構整體高度呈現連續變化，標高在22.5～24.5 m之間，在GH中寫出相應的程序，根據幕墻的外表皮與豎向分格，快速生成龍骨系統，如圖4所示，并且可以動態調節。根據算法自動布置龍骨，提取龍骨的長度及數量，并輔助下料。

圖4 外立面復合板單元龍骨系統

3.3 外立面復合板單元系統參數化建模

單元板系統立柱及橫梁采用鋁合金材質，直面的板塊拉彎豎向立柱，和直線橫梁組裝成榀；轉角面的板塊則拉彎立柱與橫梁等組裝的所有鋁合金型材，保證立面曲率；2根主立柱之間增加6～7根鋁合金方通，與橫梁連接；加強的鋁合金方通與幻彩復合板之間填充結構膠，橫梁立柱四邊采用機制螺栓固定，增強整體性，保證各單元件的質量。

檐口處單元板跟隨標高線連續漸變，使用GH建立自適應模板，快速生成單元板骨架（圖5），編寫算法橫向自動布置單元板支座。

圖5 外立面復合板單元系統

應用GH批量標注龍骨孔位定位圖（圖6），大大提高出圖效率及出圖準確性。輔以CAD提供給工廠加工，完成單元板塊組裝。

圖6 應用GH批量標注龍骨孔位

3.4 外立面復合板參數化建模

應用GH自編程序，從模型中提取面板尺寸，統計長、寬，按原材料歸類下料尺寸，提高下料效率；批量化出面板工藝圖，提升出圖效率及數據準確性。

3.5 復合板刨槽加工精度處理

配合金雕軟件和雕刻機，實現雙曲折邊，邊部折痕筆直且光滑（圖7），既節約大量時間，又保證了工程質量。

圖7 復合板刨槽加工

4 應用模型指導現場施工

立面呈現碗口狀態，曲率連續變化，所有幕墻構件采用三維控制定位安裝，從模型中導出控制點用于現場定位（圖8），保證施工質量。

圖8 結合模型提取控制點為現場定位

5 碰撞檢測

將各專業模型分類匯總、整合到Navisworks，將幕墻模型與其他專業模型進行碰撞檢測（圖9），檢測出幕墻與其他專業的碰撞沖突，輸出可視化檢測報告，提前解決問題，避免材料浪費及延誤工期。

圖9 各專業碰撞檢測

5.1 施工模擬

在工廠進行模擬安裝（圖10），復核單元板加工精度，達到合格要求之后，再運送至工程現場；制作施工安裝工序流程動畫，使溝通更加直觀、簡潔、清晰，減少工序誤解。

圖10 工廠施工模擬安裝

5.2 檢驗校對

在施工周期內提供了大量數據輔導施工，需要現場實際數據與模型保持一致，保證施工質量（圖11）。

圖11 BIM模型與現場數據同步處理

6 結語

上海浦東足球場作為上海打造的足球文化新地標，不管是在造型結構方面還是在功能設置方面都具有獨特的創新性，是上海將技術創新、理念創新與傳承文化相融合的一次完美實踐。同時，該項目的創新性也為幕墻設計了帶來了難題。為此，項目施工過程中應用了新穎的設計理念和技術應用方法，使上海浦東足球場的設計理念淋漓盡致地展現出來。

在不久的將來，上海浦東足球場這個“白瓷碗”將成為上海又一璀璨的“明珠”，為中國的足球文化護航，助力我國體育強國的建設。