大型公共建筑集成飾面模塊化安裝技術(shù)

李 佳

上海市建筑裝飾工程集團(tuán)有限公司 上海 200072

1 研究背景

大型公共建筑裝飾建造近年來呈現(xiàn)大跨度空間、多曲面飾面、異形層次變體等特點(diǎn)。隨著城市更新的不斷發(fā)展和深入，我國建筑裝飾建造發(fā)展迅速，集成化和精細(xì)化的要求越來越高，大型公共建筑裝飾建造面臨的體量大、工期緊、裝配化程度較低、人工作業(yè)多、勞動力成本高等常見問題亟待解決。隨著大型復(fù)雜飾面建造工藝不斷多樣發(fā)展，超大尺寸飾面和特殊材料在裝飾工程應(yīng)用更加廣泛，將模塊化技術(shù)應(yīng)用到公共裝飾建造中可以有效提高施工質(zhì)量和施工效率，更好地促進(jìn)我國建筑裝飾行業(yè)發(fā)展[1-10]。

2 工程概況

研究依托上海中心城區(qū)某歷史保留建筑綜合改造室內(nèi)功能提升項(xiàng)目展開。該項(xiàng)目將原1、2、3號倉庫改造成新的集會議、展覽、休閑于一體的綜合類建筑。室內(nèi)裝飾總建筑面積為51 070 m2，其中：1號樓21 164 m2，功能樓層4層；2號樓14 773 m2，功能樓層3層；3號樓15 133 m2，功能樓層3層。項(xiàng)目主要涉及到的重要空間有主會場、宴會廳、多功能廳、迎賓廳、會見廳以及峰會廳等。

依托于該項(xiàng)目，基于精細(xì)化和集成化的發(fā)展需求，針對大型公共建筑大跨度空間建造中異形飾面造型復(fù)雜、特殊材料超規(guī)格應(yīng)用難等技術(shù)問題，研究了超大尺寸天花板集成制作與模塊化安裝工藝，以及特殊復(fù)合材料墻飾面集成制作與模塊化安裝工藝。

3 超大尺寸天花板集成制作與模塊化安裝

大空間中超大尺寸飾面的應(yīng)用可突顯空間的尺度優(yōu)勢并表現(xiàn)設(shè)計效果，超大尺寸飾面在加工制作、板面變形控制、板塊安裝方面，相較常規(guī)尺寸飾面在難度上均呈幾何級數(shù)上升。背景工程中的大型空間均采用了超大尺寸飾面，通過高精度生產(chǎn)加工、飾面與骨架進(jìn)行模塊化集成、集成飾面模塊化安裝實(shí)現(xiàn)超大尺寸飾面的精致建造、精準(zhǔn)安裝。

3.1 隱框式發(fā)光吊頂單元模塊化加工與模塊化安裝工藝

公共建筑中發(fā)光吊頂風(fēng)格的衍生產(chǎn)品具有多層次、多樣化、多風(fēng)格的發(fā)展趨勢。項(xiàng)目迎賓廳吊頂設(shè)計采用江南菱花造型，強(qiáng)調(diào)空間體驗(yàn)感。為確保設(shè)計效果落地，通過前期市場調(diào)研并與國內(nèi)頂尖供應(yīng)商溝通探討，考慮到頂面的六邊形模塊數(shù)量過多，采用集成模塊化的思維方式，研發(fā)了一種六邊形發(fā)光單元及其組合（圖1），六邊形發(fā)光單元之間可以組裝形成不同形狀，安裝方便，定位準(zhǔn)確。將發(fā)光板安裝在燈筒內(nèi)部，以達(dá)到所需的燈光效果；在多邊形大框架上設(shè)有安裝槽，燈筒直接插入安裝槽內(nèi)便可完成拼裝；組裝完成后加強(qiáng)支撐水平，以便實(shí)現(xiàn)一體化安裝。如此，該套工序可在工廠加工組裝后運(yùn)至現(xiàn)場直接安裝，可以根據(jù)需要組合成多種形式（圖2），滿足不同場景、不同人群需求；組裝完成后可直接進(jìn)行模塊化安裝。

圖1 六邊形發(fā)光單元

圖2 迎賓廳吊頂現(xiàn)場效果

3.2 內(nèi)凹式曲面金屬天花板單元模塊加工及安裝工藝

3.2.1 三維內(nèi)凹式六邊形單元板塊高精度生產(chǎn)加工工藝

項(xiàng)目主會場天花板吊頂設(shè)計以星空為主題，從整體造型到單個構(gòu)件包含了大量不規(guī)則的曲面造型，大空間不規(guī)則曲面造型對飾面板加工制作、板面變形控制、板塊安裝等方面也提出較高要求。通過多方面、多渠道、多領(lǐng)域的調(diào)查、研究，并進(jìn)行多輪樣板比對，最終選擇了一種三維內(nèi)凹式六邊形曲面鋁板造型單元，通過六邊形單元組成矩陣擬合成一個拱形的穹頂空間，每個六邊形單元沿著法線方向凹進(jìn)布置一個小六邊形用于安裝燈具，拼接組裝考慮整體造型的漸變性（圖3）。

圖3 主會場完工效果

為實(shí)現(xiàn)單元板塊工廠化加工，采用參數(shù)化建模結(jié)合數(shù)控機(jī)床加工，使單元板塊經(jīng)切割、折彎、點(diǎn)焊成形，整個六邊體僅由兩部分拼接而成，從而控制了板面變形問題；成形產(chǎn)品經(jīng)檢測、彎弧、焊接、打磨、拋光、三維掃描檢驗(yàn)、噴涂、包裝制作完成。采用國內(nèi)少見的室內(nèi)三維曲面鋁板墻頂一體化金屬板加工工藝進(jìn)行產(chǎn)品制作，呈現(xiàn)出星空璀璨、渾然一體的設(shè)計效果。

3.2.2 弧形曲面區(qū)基層骨架構(gòu)造

產(chǎn)品制作的問題解決后，如何達(dá)到安裝精度同時保證弧度造型也需進(jìn)一步考究。通過1∶1實(shí)體樣板安裝發(fā)現(xiàn)，由吊頂引至墻面的弧形曲面區(qū)域隨著高度的下降，每個六邊形內(nèi)凹單元的弧度都不盡相同，常規(guī)的龍骨安裝靠單元板塊上4個點(diǎn)與龍骨進(jìn)行固定，無法控制六邊形內(nèi)凹單元的弧度。為保證弧度造型并控制安裝精度，根據(jù)鋁板飾面造型線對曲面變形區(qū)域定制彎曲型材背架龍骨（圖4），整套骨架系統(tǒng)通過焊接的方式進(jìn)行連接。骨架搭設(shè)完成后，進(jìn)行拱形支撐軌道的安裝，在支撐軌道的上方形成滑槽，沿滑槽移動安裝較為省力且提高了安裝效率。

圖4 龍骨骨架三維示意

3.2.3 三維鋁板單元模塊化安裝工藝

主會場天花板以弧形飾面＋鋼基層組成異形鋁板吊頂系統(tǒng)，星空金屬造型總面積2 330 m2，共43道模塊，需要吊裝86次，吊頂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組裝主要在工廠完成，有利于快速組織材料。運(yùn)至現(xiàn)場后，六邊形內(nèi)凹單元從紅色支撐軌道（圖5）下方送至相鄰的2個支撐軌道之間，六邊形內(nèi)凹單元兩側(cè)的掛鉤掛在兩側(cè)的滑槽內(nèi)，沿滑槽移動至安裝位置，然后通過螺栓將掛鉤與支撐軌道連接固定，依照此方法，將六邊形內(nèi)凹單元依次安裝完成。單元化、模塊化的安裝工藝可復(fù)制性強(qiáng)，可以大大提升生產(chǎn)安裝效率，并具有較好的視覺效果。

圖5 紅色支撐軌道滑槽

3.3 藝術(shù)發(fā)光玻璃吊頂模塊化制作及安裝工藝

隨著內(nèi)裝行業(yè)的發(fā)展，室內(nèi)裝飾吊頂也不再滿足于傳統(tǒng)的石膏板或金屬板吊頂形式，藝術(shù)玻璃吊頂開始頻繁使用。背景工程門廳作為向公眾展示歷史建筑文化和公共交流的重要空間，頂面采用藝術(shù)玻璃呈現(xiàn)出無質(zhì)量的形態(tài)及開闊的空間?，F(xiàn)有的藝術(shù)玻璃吊頂安裝結(jié)構(gòu)需要木基層打底，無法滿足國家消防規(guī)范規(guī)定的A級防火需求。

研究采用了一種模塊化藝術(shù)玻璃吊頂結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中玻璃吊頂安裝中存在的無法達(dá)到國家消防規(guī)范等級要求、安裝效率低、可靠性差的技術(shù)問題。首次在現(xiàn)場采用鋼制方管按照設(shè)計造型制作單元模塊框架，矩形鋁板底部設(shè)置翻邊用以固定玻璃。整體框架制作完成后，采用電動葫蘆配合人工吊運(yùn)至轉(zhuǎn)換層，利用螺栓或焊接的方式連接加固。待框架整體安裝結(jié)束后放置玻璃，再將銅片飾面用螺釘固定于鋼骨架上，完成模塊化藝術(shù)發(fā)光玻璃吊頂模塊化制作及安裝。

4 特殊復(fù)合材料墻飾面集成制作與模塊化安裝

藝術(shù)品級材料如蘇繡、高檔天然石材、琉璃等具有極高的藝術(shù)表現(xiàn)力，但在裝飾工程中（尤其是大空間裝飾工程中）面臨超規(guī)格產(chǎn)品加工制作、安裝及后期產(chǎn)品保護(hù)等全過程的技術(shù)難題。背景工程中存在大量藝術(shù)品級材料作為最終裝飾面的飾面，采用材料復(fù)合工藝將藝術(shù)品級飾面與襯底材料進(jìn)行有機(jī)融合，通過特殊復(fù)合加工工藝對藝術(shù)品級材料進(jìn)行保護(hù)與加強(qiáng)，有效保障了各類特殊材料的效果呈現(xiàn)。對整體飾面把墻面板塊和背后鋼架作為整體，實(shí)現(xiàn)超大板塊特殊墻面材料飾面的模塊化安裝。

4.1 超大板塊雕刻木皮-金屬復(fù)合飾面制作與模塊化安裝工藝

背景工程會見廳墻面為國內(nèi)首見的超大型山水畫浮雕木飾面，選用珍貴木材美國胡桃木，板塊高度達(dá)到12 m，雕刻面積更是超過60%，此類超大型板塊的加工、運(yùn)輸、安裝是項(xiàng)目需要解決的重要問題。為減輕超大尺寸板塊的質(zhì)量，也方便后期的安裝，采用木皮金屬復(fù)合的方式制作飾面。木皮金屬復(fù)合裝飾板表面蝕刻木紋效果還原設(shè)計效果，背面采用瓦楞鋁板也可有效起到加固、防水、防潮、防火的效果。為了避免傳統(tǒng)工藝木皮金屬膠接處易出現(xiàn)開裂、離層等問題，采用環(huán)保樹脂膠粘貼木質(zhì)表皮工藝進(jìn)行加工，確保了木質(zhì)表皮不起泡、不開裂、附著力好。將木皮與金屬復(fù)合后，采用三維流線型建模結(jié)合頂級CNC雕刻機(jī)床實(shí)現(xiàn)三維雕刻，板材背后附加弧形龍骨，將超大板塊雕刻木皮金屬復(fù)合飾面折成自然弧形，整個過程體現(xiàn)了當(dāng)代加工工藝的極致。

在飾面安裝階段，為保證超大尺寸飾面的平整度，采用焊接或螺栓穩(wěn)固的方式搭建金屬支架作為木皮金屬復(fù)合裝飾板的背附骨架。木皮金屬復(fù)合飾面板的背附骨架上根據(jù)鋼架干掛件的位置配套設(shè)置6個帶有下凹口的掛板，安裝時將飾面板直接掛裝于鋼骨架上，并可進(jìn)行上下左右調(diào)節(jié)，把墻面板塊和背后鋼架作為整體，通過掛桿式的連接方式進(jìn)行安裝，實(shí)現(xiàn)超大板塊雕刻木皮金屬復(fù)合飾面的模塊化安裝。

4.2 超高石材-金屬復(fù)合模塊制作與可拆卸式安裝工藝

4.2.1 石材-金屬復(fù)合輕量化飾面結(jié)構(gòu)制作工藝

峰會廳墻面藝術(shù)造型靈感來源于竹海，選取自然界中難得的最接近龍泉青瓷梅子青色彩的大理石——巴西皇家綠（玉石系）實(shí)現(xiàn)超大面積藝術(shù)墻設(shè)計效果。整墻石材會消耗大量的材料，對承重結(jié)構(gòu)要求較高且成本不菲。因此，采用石材-金屬復(fù)合造型的輕量化飾面結(jié)構(gòu)墻體，運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)控設(shè)備對荒料進(jìn)行水刀成形切割，然后依據(jù)石材造型加工金屬背板，采用螺栓及粘膠等多種方式將石材與金屬板固定牢固，這種石材和金屬相結(jié)合的方式形成立體式的飾面墻體更具有立體感和層次感，可適于批量化生產(chǎn)加工。

4.2.2 超高石材單元板塊可拆卸式安裝節(jié)點(diǎn)

傳統(tǒng)的石材飾面墻安裝工藝上較為煩瑣，一旦安裝完成就無法單獨(dú)拆卸，遇到石材破損、脫落等問題，難以進(jìn)行單塊維修，不符合綠色環(huán)保要求。研發(fā)一種可拆卸式單元板塊構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)了超高石材的現(xiàn)場便捷安裝。將石材與金屬板復(fù)合后，在金屬板背面固定安裝豎向U形連接件，而石材背附骨架采用金屬銅板格柵框架，設(shè)置有水平U形插槽，銅板飾面墻采用厚純銅板及銅管，表面藝術(shù)鍍銀或做舊處理，該金屬格柵框架可在工廠內(nèi)進(jìn)行模塊化加工，依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際尺寸按相同模數(shù)進(jìn)行分割，在現(xiàn)場固定安裝兩側(cè)金屬立柱后，將金屬格柵運(yùn)至現(xiàn)場直接焊接拼裝完成，隨后將金屬復(fù)合石材插入格柵上的U形槽與金屬框架固定即可，且飾面復(fù)合石材可以反復(fù)使用、拆卸自如。

進(jìn)一步通過樣板段施工對這種可拆卸式安裝構(gòu)造節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化。樣板段施工時發(fā)現(xiàn)，由于石材自重大，墻面邊角安裝半塊石材的區(qū)域出現(xiàn)整體傾斜現(xiàn)象。優(yōu)化后在復(fù)合金屬石材背后U形槽位置增加1個螺栓將石材完全固定，后期需要拆卸時再松開螺栓，達(dá)到可拆卸式的安裝標(biāo)準(zhǔn)。這樣既保證了石材飾面的平整性，防止石材因自重產(chǎn)生傾斜的問題，又滿足了可拆卸式的構(gòu)造節(jié)點(diǎn)要求。

4.3 超大尺寸手工刺繡軟包一體化飾面制作與安裝工藝

宴會廳兩側(cè)墻面局部選用蘇繡織物，蘇繡單屏門幅1.4 m，高11 m，共44幅，以人工刺繡方式實(shí)現(xiàn)藝術(shù)品與飾面材料的有機(jī)融合，具有極高的藝術(shù)表現(xiàn)力?，F(xiàn)有的常規(guī)織物軟包張緊裝置一般對軟包材料進(jìn)行一次性張緊固定，使用一段時間后由于軟包材料發(fā)生延展可能導(dǎo)致軟包墻面出現(xiàn)松弛、褶皺。為有效避免上述問題，宴會廳超大尺寸刺繡軟包的制作突破了常規(guī)方式，通過彈性連接件裝置（圖6）和特殊復(fù)合工藝巧妙實(shí)現(xiàn)對超大尺寸蘇繡的保護(hù)加強(qiáng)，形成一體化飾面，利于現(xiàn)場安裝。首先，從軟包的構(gòu)造特性考慮，通過設(shè)置彈性連接件實(shí)現(xiàn)軟包的自動張緊，將彈性連接件固定在滑塊上，并設(shè)置一個導(dǎo)向槽以便為后續(xù)彈性連接件拉動滑塊張緊軟包面層提供空間。借助該張緊裝置可以實(shí)現(xiàn)軟包材料的自動張緊，后續(xù)即使軟包材料自身發(fā)生延展，也可以保持軟包材料的張緊狀態(tài)。同時，為保證軟包結(jié)構(gòu)的吸聲效果，可在底板一側(cè)安裝吸聲棉等吸聲材料。

圖6 蘇繡彈性連接裝置安裝節(jié)點(diǎn)

在安裝方面，超大尺寸刺繡軟包制作后形成一體化飾面，通過專用配套掛件直接固定于墻體上，并可循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)超高效率的模塊化安裝，且拆卸方便，便于后期維護(hù)。

4.4 超大尺寸曲面金屬板塊飾面制作與安裝工藝

4.4.1 超大型復(fù)合鋁板整體沖壓成形工藝

為呼應(yīng)主會場上空璀璨星空，共鑄輝煌的設(shè)計理念，主會場墻面采用三維異形鋁瓦楞復(fù)合板。考慮到傳統(tǒng)的曲面金屬裝飾面板劃分小單元逐個拼接安裝的效率較低、周期較長，為減少曲面金屬單元板塊的拼接，現(xiàn)場測量放線確認(rèn)尺寸后，工廠制作雙曲面磨具，對超大型復(fù)合鋁板進(jìn)行整體沖壓成形。此外，為突出鋁板表面木紋肌理，鋁板表面白色蝕刻木紋紋理（橫紋）并在表面涂刷環(huán)氧樹脂。

4.4.2 曲面板與基層骨架模塊化集成工藝

為保證超大尺寸單元板塊飾面的整體性、可靠性及便于安裝，除了飾面金屬板，曲面金屬面板還包含支撐龍骨結(jié)構(gòu)，在飾面金屬板的前端沿其長度方向設(shè)置內(nèi)凹夾角以達(dá)到漸變的效果，整個支撐龍骨結(jié)構(gòu)不僅保證了曲面金屬板的穩(wěn)固性，通過夾角的調(diào)整打造漸變效果，還能為后面安裝所用掛件提供固定點(diǎn)。

現(xiàn)場各種飾面安裝多采用模塊化的集成方式，主會場墻面超大尺寸曲面金屬板產(chǎn)品研發(fā)的目的之一是通過掛件等方式進(jìn)行模塊化安裝，以在保證施工精度的同時大幅度減少工期。主會場整個墻面為同一造型，為方便龍骨和飾面板的拆卸重復(fù)利用，采用定制掛件的安裝方式，調(diào)節(jié)鋼板設(shè)置一個上凹形的凹口用于擱置掛桿，在曲面金屬鋁板骨架上同樣設(shè)置有下凹口的鋼板用于鋁板與掛桿的連接。掛桿與鋼板之間加設(shè)橡膠墊，減少振動摩擦，飾面的微調(diào)通過鋼板上的條形孔進(jìn)行（圖7）。

圖7 曲面金屬鋁板安裝節(jié)點(diǎn)

4.4.3 超大尺寸飾面板機(jī)械化安裝技術(shù)

超大尺寸飾面板的安裝若采用常規(guī)的吊裝方式，需要大量勞動力相互配合，安裝精確度難以控制，并存在一定的安全隱患，因此，研發(fā)了一種夾持移送機(jī)構(gòu)，借用機(jī)械輔助的手段完成精準(zhǔn)安裝。

將曲面金屬面板放置在胎架上，人工將胎架整體橫向翻轉(zhuǎn)90°，利用夾持移送機(jī)構(gòu)夾持，再將曲面金屬面板縱向旋轉(zhuǎn)90°并送至待安裝位置，待曲面金屬面板的平面龍骨與待安裝位置連接固定，夾持移送機(jī)構(gòu)與曲面金屬面板脫離，完成安裝，整個過程通過操縱夾持機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化安裝，大大降低勞動量，提升效率。

5 結(jié)語

課題研究形成超大尺寸天花板集成制作與模塊化安裝工藝，和特殊復(fù)合材料墻飾面集成制作與模塊化安裝工藝。背景工程大型空間裝飾建造采用了超大尺寸飾面和藝術(shù)品級材料復(fù)合飾面，通過高精度生產(chǎn)加工、飾面與骨架進(jìn)行模塊化集成、超大尺寸飾面模塊化工業(yè)化安裝，實(shí)現(xiàn)超大尺寸飾面的精致建造、精準(zhǔn)安裝，通過復(fù)合特殊工藝巧妙實(shí)現(xiàn)對藝術(shù)品級材料的保護(hù)加強(qiáng)，有效保障了各類特殊材料的效果呈現(xiàn)。研究成果可以有效提高施工質(zhì)量和施工效果，有利于模塊化建造在公共裝飾領(lǐng)域的進(jìn)一步推廣，促進(jìn)我國建筑裝飾向集成化和精細(xì)化發(fā)展。