鋁板在異形曲面建筑外表皮的應(yīng)用思考

侯欽超 天津市西青區(qū)商業(yè)局房地產(chǎn)開發(fā)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(jù)相關(guān)史料記載起源時間最早的曲面建筑是中國，發(fā)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(fā)生在唐朝后期），那時候這類建筑能夠抵御山林野獸及強(qiáng)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(jié)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(chǎn)建筑）

那個年代雖然還沒有“建筑師”這個名詞，但已經(jīng)具備了手繪畫圖的能力。

隨著地域不斷擴(kuò)大、人口不斷增加，開始有了聚集人群生活區(qū)——“城鎮(zhèn)的初期”，開始了人類的城鎮(zhèn)區(qū)域規(guī)劃。

大清康熙年間，數(shù)學(xué)技術(shù)傳入中國并不斷得到學(xué)習(xí)應(yīng)用，開始出現(xiàn)了相對復(fù)雜的建筑設(shè)計，但仍然處于手繪畫圖設(shè)計階段。

隨著PC計算機(jī)的推廣應(yīng)用及相關(guān)設(shè)計軟件的引入（R14），開始了計算機(jī)輔助設(shè)計的二維時代。

進(jìn)入21世紀(jì)以后，智能計算機(jī)系統(tǒng)代替了PC計算機(jī)系統(tǒng)，二維設(shè)計軟件逐步被三維（甚至多維）計算機(jī)軟件所取代，逐步出現(xiàn)了更加復(fù)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(shù)原理利用計算機(jī)專用語言編輯而成，隨著線性代數(shù)向多維空間的進(jìn)一步深入未來建筑會逐步實現(xiàn)多維設(shè)計。

2 異形曲面建筑實例

三維計算機(jī)輔助設(shè)計軟件的應(yīng)用給社會提供了許多異形曲面的建筑，被廣泛應(yīng)用到商業(yè)及辦公建筑、大型文化建筑上，同時基本上建筑外圍護(hù)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(fā)泡類材料直接模具成型，這類技術(shù)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(jī)場建筑玻璃及金屬鋁板的應(yīng)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(huán)形中央大堂，多曲面金屬鋁板的內(nèi)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(yè)建筑（玻璃和金屬鋁板）

圖6 某商業(yè)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(zhì)量角度具體如何呢？首先從外觀效果來說遠(yuǎn)視幾乎沒有毛病，但是經(jīng)不起走近細(xì)看，當(dāng)你走近細(xì)看就會發(fā)現(xiàn)類似（圖8～圖14）這種問題出現(xiàn)在你的眼前。如果你是一位負(fù)責(zé)任的建設(shè)單位、企業(yè)家、建筑師、設(shè)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(nèi)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(dāng)然了對于建設(shè)單位、建筑師會有更深遠(yuǎn)的影響，特別是大型公用性質(zhì)的建筑，哪一家建設(shè)單位投資建設(shè)的、哪一位建筑師設(shè)計的項目方案設(shè)計，在施工設(shè)計的時候都會歡喜，因為他們也建設(shè)了一項與眾不同的大型體量建筑物，而且建筑藝術(shù)美感特別具有一定的代表性，利用各種BIM軟件實現(xiàn)各部位多方位體現(xiàn)，然而并沒有去調(diào)研某一種建筑材料的生產(chǎn)工藝做出的產(chǎn)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(fā)現(xiàn)的問題，可以給建筑師、設(shè)計師、企業(yè)家?guī)硪欢ǖ乃伎?，任何一個項目在進(jìn)行建筑設(shè)計的初期階段就應(yīng)該多調(diào)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(dāng)前的材料制造工藝的可行性、制造質(zhì)量的安全性就有可能還會發(fā)生類似的質(zhì)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(zhì)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(biāo)準(zhǔn)化模具一次性沖壓制造出來的，而且早就實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化量產(chǎn)，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(xiàn)在制造工藝技術(shù)比以往先進(jìn)許多，能夠采取拉彎、壓彎等技術(shù)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(zhì)量，在目前制造工藝沒有改善的前提下建議還是少設(shè)計金屬鋁板用于異形曲面建筑外墻。

3 總結(jié)

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

脫離了強(qiáng)有力的目的性、邏輯性和當(dāng)前技術(shù)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(yè)發(fā)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(tài)）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(tài)上。