復(fù)雜幕墻的設(shè)計(jì)

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(jì)問題的思維方式;結(jié)合都江堰萬達(dá)文化展示中心、天府新區(qū)省級(jí)文化中心兩個(gè)造型復(fù)雜工程的幕墻設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了幕墻的設(shè)計(jì)方法。同時(shí)指出幕墻設(shè)計(jì)需處理好業(yè)主、建筑師、結(jié)構(gòu)師三個(gè)關(guān)鍵關(guān)系，及起到兩個(gè)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(jì);設(shè)計(jì)思維

1.復(fù)雜幕墻

所謂的復(fù)雜建筑就是為實(shí)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(jì)形式的建筑。建筑師的設(shè)計(jì)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?yàn)橛辛私ㄖ煹拇竽憚?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(gè)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(dá)到建筑效果及業(yè)主的需求，對(duì)復(fù)雜幕墻的設(shè)計(jì)需要幕墻設(shè)計(jì)師的細(xì)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(jì)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(dá)到了50mm，還要兼顧室內(nèi)效果。最大的超大玻璃板塊達(dá)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(gè)采光頂。每根單索的長(zhǎng)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(huì)影響別的索，因此受力比較復(fù)雜。設(shè)計(jì)對(duì)索預(yù)拉力、各種工況的索拉力變化都需精確的分析和計(jì)算，并且施工過程中張拉和檢測(cè)同時(shí)進(jìn)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(gè)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(diǎn)，是對(duì)設(shè)計(jì)師能力的考驗(yàn)。設(shè)計(jì)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(xiàng)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(jì)上。

1.4復(fù)雜幕墻的設(shè)計(jì)思維

復(fù)雜幕墻的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)需要思維模式的改變和創(chuàng)新，設(shè)計(jì)過程概括起來可以分為四步：了解復(fù)雜問題、簡(jiǎn)單的進(jìn)行思考、小心的進(jìn)行求證、最后予以落實(shí)。從復(fù)雜到簡(jiǎn)單、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜。通過這種思維的分析及細(xì)致的工作，一些復(fù)雜幕墻問題通過簡(jiǎn)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(gè)工程項(xiàng)目的幕墻設(shè)計(jì)案例來分析復(fù)雜造型幕墻設(shè)計(jì)的一些手段和方法。

2.都江堰萬達(dá)文化展示中心

2.1項(xiàng)目概況

都江宴的萬達(dá)城項(xiàng)目是萬達(dá)集團(tuán)投資在都江堰建了一個(gè)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(dá)文化展示中心是該項(xiàng)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(dá)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(shí)的“柔、皺、透”的特點(diǎn)。夜間配合燈光表達(dá)蜀錦的華麗風(fēng)采。整個(gè)建筑的外立面通過三個(gè)層次的粉紅色的曲面造型來表現(xiàn)花瓣的形狀，同時(shí)用一條條發(fā)散的豎向桿件表達(dá)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(dòng)。

2. 2溝通了解需求

這種復(fù)雜造型幕墻的設(shè)計(jì)是具備一定的難度的，需要找到一個(gè)比較理想的契合點(diǎn)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(diǎn)共識(shí)：

2.2.1該方案最關(guān)鍵的就是這個(gè)幕墻的實(shí)現(xiàn)，項(xiàng)目的成敗就在幕墻。保證建筑效果是第一位的，絕對(duì)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(jì)方及業(yè)主對(duì)該幕墻的實(shí)現(xiàn)沒有太多的思路，從材料的選擇到具體的實(shí)現(xiàn)都需要幕墻設(shè)計(jì)盡快提出方案。

2.2.3項(xiàng)目夜景也是控制點(diǎn)，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(xì)研討的時(shí)間，幕墻設(shè)計(jì)方提出來的方案必須是切實(shí)可行的，同時(shí)還要考慮材料加工及現(xiàn)場(chǎng)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(qiáng)。在不影響整體效果的前提下，外形可適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。幕墻設(shè)計(jì)與建筑方案設(shè)計(jì)共同工作，提出調(diào)整意見，由業(yè)主確定。

2. 3設(shè)計(jì)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(jì)思路及原則。經(jīng)過分析，溝通，在現(xiàn)場(chǎng)就確定以下設(shè)計(jì)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(diǎn)式幕墻，

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

2.3.4為實(shí)現(xiàn)立面曲線具有一定的規(guī)律性，對(duì)現(xiàn)有模型及分格進(jìn)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(jìn)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(jì)原則的基礎(chǔ)上，開始進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)組織。

2.4.1首先畫出基本節(jié)點(diǎn)、討論、定型（圖8）。

從節(jié)點(diǎn)可以看出，采用鋼龍骨支承，面板用兩個(gè)獨(dú)立的點(diǎn)式爪件固定。玻璃肋用獨(dú)立的夾具錯(cuò)位固定在鋼龍骨上。為保證玻璃肋的穩(wěn)定及直線度，同時(shí)達(dá)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(jìn)行二次固定。由于曲面的原因，兩面板玻璃安裝會(huì)出現(xiàn)階差，但采用了白色彩釉的肋玻璃的設(shè)計(jì)，兩邊的面板玻璃安裝出現(xiàn)階差也不會(huì)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(jiǎn)化玻璃及鋼結(jié)構(gòu)。最終的造型基本實(shí)現(xiàn)了建筑師對(duì)造型要求及便于設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)不同圓弧之間的交接。三個(gè)圓弧的圓心組成了一個(gè)等邊三角形，三個(gè)圓弧的半徑是不同的，同時(shí)在高度方向上的每個(gè)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(gè)曲線旋轉(zhuǎn)，相交，復(fù)雜曲面表皮的就出現(xiàn)了。但這個(gè)復(fù)雜曲面表皮是有規(guī)律的，相對(duì)規(guī)則的。幕墻設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)就簡(jiǎn)單了很多。

2.4.3在節(jié)點(diǎn)、曲面數(shù)據(jù)全部確定后，對(duì)各層花瓣的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)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(jì)過程。為便于現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)一步對(duì)各關(guān)鍵部件的構(gòu)件精細(xì)分析和計(jì)算，從外算到內(nèi)，確保每個(gè)部件的安全可靠，不留安全隱患。

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

2.5項(xiàng)目完成情況

3. 四川天府新區(qū)省級(jí)文化中心

3.1項(xiàng)目概況

整個(gè)建筑分為三個(gè)單體，創(chuàng)意來源于蜀中文化，同時(shí)也象征著天府新區(qū)的日新月異及不斷發(fā)展，這個(gè)建筑群看起來像絲帶在緩緩展開，充滿了靈動(dòng)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(jì)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(diǎn)不共面的情況。如果用平行四邊形平面去模擬，就會(huì)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(gè)外立面。然而建筑要求每個(gè)板塊分格很大，在5.1m高層間只分成兩個(gè)分格。根據(jù)建筑師的設(shè)定進(jìn)行表皮劃分后，每個(gè)三角形的底邊長(zhǎng)度達(dá)到了5.6m，高度達(dá)到了2.55m，有個(gè)別位置還更大，用一張鋁板實(shí)現(xiàn)是不現(xiàn)實(shí)的，即使能實(shí)現(xiàn)造價(jià)也會(huì)比較高。因此幕墻設(shè)計(jì)對(duì)立面又進(jìn)行了一次細(xì)分（圖18、圖19）。

利用有些板塊內(nèi)部鑲嵌玻璃的特點(diǎn)來細(xì)分三角形面板。鑲嵌玻璃會(huì)有一個(gè)鋁板邊框，把鋁板邊框的尺寸進(jìn)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(bǔ)充的部分依然保留這個(gè)分格縫。這就解決了由于鋁板的原板尺寸限制而不宜實(shí)現(xiàn)的問題。設(shè)計(jì)時(shí)將每個(gè)三角形板塊（包括其中玻璃）做成了一個(gè)單元構(gòu)件，每個(gè)三角形板塊均要求在工廠內(nèi)組裝完成，現(xiàn)場(chǎng)只需一整塊掛裝，既提高加工質(zhì)量及精度，也提高現(xiàn)場(chǎng)的施工效率。

由于曲面的不規(guī)則性，因此每個(gè)三角形的尺寸是略有不同的，同時(shí)6個(gè)三角形的交點(diǎn)各個(gè)方向的角度也是有變化的。因此就需要設(shè)計(jì)一個(gè)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(gè)節(jié)點(diǎn)上全部解決完。本工程幕墻設(shè)計(jì)師就設(shè)計(jì)出了這么一個(gè)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)件解決所有問題（圖20）。

3.3設(shè)計(jì)手段

4.幕墻設(shè)計(jì)中的協(xié)調(diào)問題

幕墻設(shè)計(jì)作為建筑工程設(shè)計(jì)的一個(gè)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(gè)方面的關(guān)系：業(yè)主、建筑師和結(jié)構(gòu)師。還要起到兩個(gè)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(gè)關(guān)系

4.1.1業(yè)主：做設(shè)計(jì)的人總是希望回歸純粹的技術(shù)，但項(xiàng)目的實(shí)際情況往往不那么簡(jiǎn)單。面對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的不斷修改和調(diào)整，幕墻設(shè)計(jì)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?cè)O(shè)計(jì)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(jì)是不具備原創(chuàng)性的。幕墻設(shè)計(jì)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(zhǎng)，來分析、細(xì)化和完善，并進(jìn)行有針對(duì)性的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。沒有建筑創(chuàng)意這個(gè)前提，幕墻設(shè)計(jì)也就無從做起。但從微觀的、建筑細(xì)節(jié)實(shí)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(jì)來實(shí)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(jìn)建筑幕墻行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和動(dòng)力。處理好與建筑師的關(guān)系，也是我們幕墻設(shè)計(jì)作品順利實(shí)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(huì)直接影響幕墻設(shè)計(jì)的形式及構(gòu)造。因此與結(jié)構(gòu)師之間的互動(dòng)是實(shí)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(gè)平衡的作用

處理好三個(gè)關(guān)系的同時(shí)，幕墻設(shè)計(jì)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(duì)一個(gè)建筑，僅就外裝飾部分而言，幕墻設(shè)計(jì)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(jì)師必須能夠靜下來傾聽各方的觀點(diǎn)和訴求。找到各方的關(guān)鍵利益及切入點(diǎn)。善于思考的同時(shí)，保持一顆公正的心，從有利于建筑的角度去闡述你的觀點(diǎn)，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(jì)的，做衣服的工具是結(jié)構(gòu)師提供的，那么幕墻設(shè)計(jì)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(jì)師就是做衣服的人，全局意識(shí)及美學(xué)概念必不可少。好的幕墻設(shè)計(jì)師，決不是躺在前人故紙堆里悶頭畫圖的設(shè)計(jì)，而是做一個(gè)善于與各方溝通、善于發(fā)現(xiàn)亮點(diǎn)、善于創(chuàng)新、不拘一格又認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)師。

5. 解決復(fù)雜問題的思路、方法及建議

5.1思路

有兩個(gè)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(yàn)的問題，首先思考時(shí)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(shí)儲(chǔ)備。在找到解決途徑和方法后就要仔細(xì)的求證，考慮問題要全面，分析和論證要詳細(xì)。這樣才能真正的解決問題，并保證扎實(shí)的落地。

5.2方法

怎么實(shí)現(xiàn)發(fā)散的思維最終匯集到一點(diǎn)，從而形成閃光，最終達(dá)到創(chuàng)新及落地的目的呢？這就需要我們的設(shè)計(jì)師具有扎實(shí)的基本功、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(shí)踐的努力而實(shí)現(xiàn)的。

5.3建議

5.3.1與時(shí)俱進(jìn)，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(jì)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(jìn)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(yàn)，并恰當(dāng)?shù)睦玫侥粔υO(shè)計(jì)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(huì)在發(fā)展，技術(shù)在進(jìn)步，只要保持一顆進(jìn)步、創(chuàng)新、閃光的心，注重日常的積累，就不擔(dān)心設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、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(shí)分析，扎實(shí)工作。幕墻設(shè)計(jì)并不復(fù)雜，有時(shí)候想得過于困難，往往容易被束縛手腳。好的設(shè)計(jì)，有時(shí)就是把復(fù)雜的問題簡(jiǎn)單化處理，從而找到解決問題的思路。但在設(shè)計(jì)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(yàn)證。這是一個(gè)過程，也是好作品實(shí)現(xiàn)的技術(shù)保障。包括設(shè)計(jì)合理性、加工的方便性、安裝的可實(shí)施性、造價(jià)的可控性等等。膾不厭精，食不厭細(xì)，說的就是設(shè)計(jì)后期工作的方式。

6.結(jié)語

設(shè)計(jì)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(duì)，道路更不止一條，這就是設(shè)計(jì)的魅力所在。意識(shí)的提高及技術(shù)的進(jìn)步，促使我們幕墻設(shè)計(jì)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(gè)個(gè)實(shí)用、安全、新穎、獨(dú)特、藝術(shù)、具有社會(huì)價(jià)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(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司）

【中圖分類號(hào)】TU227

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1671-3362（2019）05-0060-06