本文摘自：《建筑幕墻創(chuàng)新與發(fā)展》未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載
一、概述
上海中心裙樓作為整個(gè)上海中心項(xiàng)目的基石，集商業(yè)休閑、會(huì)議辦公、酒店大堂等多種功能于一體，為上海中心項(xiàng)目的主要門（詞條“門”由行業(yè)大百科提供）戶通道，也是人們?cè)谏虾Ｖ行倪@座超高層建筑（詞條“超高層建筑”由行業(yè)大百科提供）工作、觀光、旅游時(shí)的近距離觀察點(diǎn)。上海中心裙樓高七層，建筑高度37米，建筑面積61500m2。幕墻材料有玻璃、石材、金屬板等，各種材料所在立面均為非線性曲面，不同材料間交接口繁多，交接處均為相貫異型空間曲線。
圖1 上海中心裙樓幕墻效果圖
二、幕墻系統(tǒng)及特點(diǎn)
上海中心裙樓建筑立面幕墻細(xì)分為十三套系統(tǒng)：位于東立面商業(yè)入口的PG1類型單層索網(wǎng)玻璃幕墻系統(tǒng);位于北面商業(yè)區(qū)域的PG2類型大跨度薄板桁架點(diǎn)支式玻璃幕墻;位于西立面會(huì)議廳部位的PG3-2類型大跨度鋼鋁結(jié)合點(diǎn)支式玻璃幕墻;位于西立面宴會(huì)廳部位的PG3-1類型大跨度單層索網(wǎng)玻璃幕墻系統(tǒng);位于北面及東西水墻部位的PS類型整體單元掛接式開(kāi)敞背栓石材幕墻;位于屋面的PR類型金色肌理玻璃幕墻，內(nèi)部直立鎖邊鋁鎂錳板（詞條“鋁鎂錳板”由行業(yè)大百科提供）屋面防水體系、位于墻面及吊頂部位的PR類型金色肌理玻璃幕墻，內(nèi)部黑色PVDF鋁板防水體系;位于西側(cè)五層觀光休閑平臺(tái)處的VIP廳(酒吧)玻璃肋點(diǎn)支式玻璃幕墻系統(tǒng);位于西側(cè)會(huì)議廳內(nèi)部的B10類型鋼鋁結(jié)合隱框玻璃幕墻體系;位于南側(cè)首層的隱框框架式玻璃及開(kāi)敞背栓式石材基座幕墻;位于南側(cè)室內(nèi)的J類型大跨度索管組合桁架玻璃幕墻;位于南側(cè)及北側(cè)的玻璃(不銹鋼（詞條“不銹鋼”由行業(yè)大百科提供）)雨棚體系;位于東、西下沉式廣場(chǎng)的隱框玻璃、開(kāi)敞式石材幕墻及大量的玻璃欄板體系。
圖2 裙樓幕墻體系主要分布圖
這些系統(tǒng)均以雙曲面、無(wú)規(guī)律扭曲面分布于裙樓各個(gè)立面上。
圖3 裙樓幕墻幾何造型輪廓圖
圖4 裙樓PS石材幕墻表皮幾何參數(shù)
圖5 裙樓PG2幕墻表皮幾何參數(shù)
圖6 裙樓PR幕墻表皮幾何參數(shù)
圖7 裙樓PS水墻表皮造型幾何參數(shù)
圖8 裙樓南雨棚表皮幾何參數(shù)
圖9裙樓基座幕墻表皮幾何參數(shù)
從上圖的造型幾何參數(shù)來(lái)看，上海中心裙樓幕墻的表皮是非常復(fù)雜的，不僅涉及到普通單曲面，雙曲面，更有無(wú)規(guī)則的空間扭曲面，每套幕墻系統(tǒng)都有各自不同的空間幾何造型。特別是PR幕墻，幾何表皮更是一種無(wú)法簡(jiǎn)單地用數(shù)學(xué)函數(shù)去表達(dá)其幾何信息的非線性曲面。利用傳統(tǒng)的繪圖軟件是無(wú)法準(zhǔn)確表達(dá)幕墻分格、構(gòu)造及與主體結(jié)構(gòu)的相對(duì)關(guān)系。再加上裙樓幕墻系統(tǒng)繁多，十三套幕墻系統(tǒng)相互或多套交接，導(dǎo)致系統(tǒng)交接口眾多，大部分交接口均為不同幾何空間造型的異形面。因此如何完美實(shí)現(xiàn)建筑師的設(shè)計(jì)意圖，保證建筑外形的精確呈現(xiàn)，精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)幕墻系統(tǒng)的交接，是需要解決的難點(diǎn)及重點(diǎn)所在。
三、BIM三維數(shù)字化技術(shù)的探索和應(yīng)用
3.1表皮分格及實(shí)體建模
3.1.1表皮分格
上海中心裙樓幕墻工程多個(gè)系統(tǒng)均為曲面，其中以PS石材幕墻及PR金色玻璃幕墻幾何邏輯最為復(fù)雜。PS石材幕墻造型邏輯簡(jiǎn)單地可認(rèn)為是大小兩圓相切后以固定半徑旋轉(zhuǎn)形成的非標(biāo)準(zhǔn)圓胎面;PR金色肌理玻璃幕墻造型邏輯簡(jiǎn)單地可認(rèn)為是多個(gè)半徑不同的弧線組合成封閉曲線，然后此封閉曲線再以無(wú)規(guī)律空間曲線拉伸擠出形成非標(biāo)準(zhǔn)柱面。
圖10 PS石材/PR玻璃幕墻表皮效果
圖11 PS石材幕墻表皮模型
圖12 PR金色幕墻表皮模型
對(duì)于PS和PR幕墻這兩種復(fù)雜雙曲面幾何表皮造型，普通繪圖軟件無(wú)法進(jìn)行或很難進(jìn)行準(zhǔn)確的表皮分格工作，尤其是PR幕墻。我們先就PR幕墻表皮分格邏輯進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。
PR玻璃幕墻采用8+1.52SGP+8金色肌理夾膠平板玻璃（詞條“平板玻璃”由行業(yè)大百科提供），單塊玻璃分格為1800*300mm，標(biāo)準(zhǔn)縫寬16mm。由于其表皮為空間扭曲造型原因，玻璃橫向開(kāi)縫必定不對(duì)齊，并且建筑師同意縫寬變化范圍為±5mm。東西裙樓PR幕墻造型在9軸處出現(xiàn)變化，東裙(9軸以東)部位PR造型從正負(fù)零標(biāo)高開(kāi)始，西裙(9軸以西)部位PR造型從標(biāo)高4.2m處開(kāi)始并形成閉合扭曲面。
圖13 PR幕墻北立面玻璃布板基準(zhǔn)線設(shè)置
圖14 PR幕墻西立面玻璃布板基準(zhǔn)線設(shè)置
由于建筑師接受PR玻璃幕墻橫向開(kāi)縫不用對(duì)齊，因此東西裙樓處PR幕墻分別以正負(fù)零和標(biāo)高4.2m處做為玻璃板塊布板劃分基準(zhǔn)線。以基準(zhǔn)線為基礎(chǔ)，以300mm寬為模數(shù)進(jìn)行玻璃分格布板。
圖15 PR東裙立面玻璃布板示意圖
圖16 等距布置方式下PR幕墻玻璃布板TOP視圖
圖17 等距布置方式下PR幕墻玻璃布板西裙模型軸測(cè)圖
由于東裙PR幕墻造型截面并未形成封閉曲線，因此按等分300mm的布板邏輯是可行的。西裙PR幕墻造型截面形成封閉曲線，由于PR表皮為空間扭曲面的原因，以基準(zhǔn)線為基礎(chǔ)等分300mm的分板邏輯，就形成了如上圖紅線所示的“齒口”。這個(gè)“齒口”是無(wú)規(guī)律的，即齒口縫大大小小，無(wú)等寬現(xiàn)象發(fā)生。
因此必須采用第二種布板方式來(lái)解決此“齒口”問(wèn)題。我們以9軸為界，9軸以東仍采用等寬布板邏輯，9軸以西采用圓弧等分布板邏輯。
圖18 采用兩種布板邏輯PR幕墻玻璃布板西裙模型軸測(cè)圖
9軸以西采用圓弧等分分板邏輯，即以玻璃長(zhǎng)度1800mm做為弦長(zhǎng)，在橫向方向上將PR表皮劃分為若干個(gè)截面封閉的曲線，然后再將這些封閉的曲線以接近300mm的弦長(zhǎng)步距劃分為若干段，寬度變化為275~300mm，變化步長(zhǎng)為7mm。將相鄰的封閉曲線分段點(diǎn)進(jìn)行連接，即可形成空間四邊形，然后拍平擬合形成尺寸接近1800*300mm的平板玻璃。
圖19 圓弧等分布板邏輯PR幕墻玻璃布板西裙模型軸測(cè)圖
從上圖可以看出，按圓弧等分布板邏輯重新對(duì)PR西裙樓部位的玻璃排版進(jìn)行定義，可以避免交口部位“齒口”現(xiàn)象的發(fā)生。并且由于是相鄰曲線分段點(diǎn)的連接形成玻璃控制線，玻璃過(guò)渡較為自然，錯(cuò)縫也較為規(guī)律。
3.1.2實(shí)體建模
3.1.2.1協(xié)同設(shè)計(jì)院進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)和建筑表皮修正：①幕墻實(shí)體模型的建立，有助于核查出主體鋼結(jié)構(gòu)（詞條“鋼結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供）與幕墻表皮及龍骨的相對(duì)位置關(guān)系，可以直觀地反應(yīng)出幕墻結(jié)構(gòu)是否與主體鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生干涉，或安裝距離過(guò)近導(dǎo)致難以施工。以模型為基礎(chǔ)，對(duì)設(shè)計(jì)院主體鋼結(jié)構(gòu)的布置及形式提供有力地參考，減少后續(xù)施工過(guò)程中對(duì)主體結(jié)構(gòu)的改動(dòng);②實(shí)體模型的建立，可以讓設(shè)計(jì)院對(duì)外表皮有直觀的三維觀察，對(duì)于面材的選擇、幕墻表皮收口部位的效果有直觀的認(rèn)識(shí)�？梢詭椭O(shè)計(jì)院對(duì)建筑表皮進(jìn)行局部微觀調(diào)整。
3.1.2.2給于幕墻設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)人員提供指導(dǎo)：①設(shè)計(jì)人員對(duì)照實(shí)體模型與二維施工方案圖，對(duì)不合理連接部進(jìn)行優(yōu)化;②實(shí)體模型可提供大量的曲面或異形玻璃、金屬板加工數(shù)據(jù)，為設(shè)計(jì)人員繪制加工圖及材料清單提供有力支撐;③實(shí)體模型可有效地摸擬出曲板與平板之間的差異，指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員分析之間的差異值是否在可接受范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)面材的“以平代曲，以折代曲”
中國(guó)幕墻網(wǎng)工程庫(kù)gck.alwindoor.com正式收錄上海中心大廈工程，敬請(qǐng)關(guān)注對(duì)該工程進(jìn)展、幕墻技術(shù)、材料應(yīng)用等相關(guān)資訊的動(dòng)態(tài)更新！
上海中心大廈
總高度632米，結(jié)構(gòu)高度580米，已建成項(xiàng)目中中國(guó)第一、世界第二高樓；地上樓層127層，觀光平臺(tái)在119層；建筑面積約57.6萬(wàn)平方米，占地面積約3萬(wàn)平方米。最大的非線性雙曲面自潔玻璃
3.1.2.3給于幕墻施工單位施工人員提供指導(dǎo)：①實(shí)體模型上附帶的大量坐標(biāo)定位信息，可以給現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量人員提供三維坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)，便于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量人員精準(zhǔn)放線，控制幕墻精度;②實(shí)體模型可以直觀地反應(yīng)出幕墻各構(gòu)件的關(guān)系，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)安裝施工工作，相比二維圖紙更為直觀(考慮到當(dāng)前施工隊(duì)伍仍主要以農(nóng)民工為主，普通施工藍(lán)圖或無(wú)法看懂，實(shí)體模型有助于其理解安裝過(guò)程)③便于施工單位進(jìn)行商務(wù)變更、工程量統(tǒng)計(jì)工作。
3.1.2.4給業(yè)主、監(jiān)理單位一定的參考作用。上海中心裙樓幕墻工程收口部位復(fù)雜，每個(gè)收口部位均涉及多個(gè)系統(tǒng)相交接，因此構(gòu)件布置繁瑣;并且收口部位均為空間弧面，如果安裝出現(xiàn)較大誤差，就會(huì)導(dǎo)致收口處各套系統(tǒng)無(wú)法匹配交圈，或者即使交圈也會(huì)出現(xiàn)收口處縫寬、搭接長(zhǎng)度等等大大小小，嚴(yán)重影響外觀效果。我們以PG1為例：
圖20 PG1實(shí)體模型圖
從上圖中可以看出，PG1收口部位涉及四種面材(體系)：PG1幕墻系統(tǒng)玻璃、PG1周圈格柵（詞條“格柵”由行業(yè)大百科提供）百葉、曲面鋁板及PR金色肌理玻璃。PG1周圈弧形為非標(biāo)準(zhǔn)弧線，為五種不同曲率的弧線組合而成的曲線(原建筑設(shè)計(jì)此部位為樣條曲線，無(wú)半徑。我司進(jìn)行高精度擬合后，為五段不同曲率曲線)。四種不同體系的材料、沿著五種半徑的曲線，非同一平面(這些平面都非垂直或平行于軸線的平面)交合在一起，施工難度可想而知。如果單純以二維施工藍(lán)圖來(lái)講，可能三五張節(jié)點(diǎn)就足以反映此部位構(gòu)造關(guān)系。但是施工人員在這些二維施工節(jié)點(diǎn)圖的指導(dǎo)下，是不可能完美地將這些幕墻系統(tǒng)精確地組合在一起的。這就需要一個(gè)詳細(xì)的實(shí)體模型，反應(yīng)出各構(gòu)件的布置關(guān)系、布置坐標(biāo)、轉(zhuǎn)接件與主體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接關(guān)系等等。
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