復雜幕墻的設計

董彪

【摘要】本文介紹一些層次復雜、結構復雜、構造復雜的幕墻，提出了解決復雜幕墻設計問題的思維方式;結合都江堰萬達文化展示中心、天府新區省級文化中心兩個造型復雜工程的幕墻設計，詳細介紹了幕墻的設計方法。同時指出幕墻設計需處理好業主、建筑師、結構師三個關鍵關系，及起到兩個平衡的作用，并提出了解決復雜問題的思路、方法及建議。

【關鍵詞】復雜造型;幕墻設計;設計思維

1.復雜幕墻

所謂的復雜建筑就是為實現建筑語言，從造型、構造、層次、結構等方面采取一些非常規設計形式的建筑。建筑師的設計思維及部分業主的需求是多元化的，常常力求新穎，力求標志性，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尤為突出。因為有了建筑師的大膽創意，作為建筑的外衣，復雜幕墻也就出現了。復雜幕墻同樣體現在四個方面——造型復雜、層次復雜、結構復雜和構造復雜。要很好達到建筑效果及業主的需求，對復雜幕墻的設計需要幕墻設計師的細致思考、大膽創新及善于把應用新工藝、新材料用到幕墻設計中。

1.1層次復雜幕墻

北京電力科技館（圖1），位于北京菜市口大街，它的層次復雜主要體現在：除了傳統內層玻璃幕墻的基礎上，還在外面加了一層鏤空的石材外網和超大板塊外掛玻璃板。石材最厚達到了50mm，還要兼顧室內效果。最大的超大玻璃板塊達到了3mx11m。

1.2結構復雜幕墻

成都春熙路地鐵站（圖3），用單索完成一個采光頂。每根單索的長度都不同，且兩側斜拉的索是往平面外斜拉了近30度，每根索的受力會影響別的索，因此受力比較復雜。設計對索預拉力、各種工況的索拉力變化都需精確的分析和計算，并且施工過程中張拉和檢測同時進行，才能保證施工精度和柔性結構的穩定。

1.3構造復雜

某地下室的樓梯出口（圖5），完全用玻璃結構建成的一個房子。結構分析中力學模型的假設、玻璃與玻璃之間連接的處理等難點，是對設計師能力的考驗。設計構造還要確保玻璃這種脆性材料在破損狀況下結構整體的安全性能。該項目的復雜性就主要體現在脆性材料在復雜受力結構中應用的構造設計上。

1.4復雜幕墻的設計思維

復雜幕墻的設計實現需要思維模式的改變和創新，設計過程概括起來可以分為四步：了解復雜問題、簡單的進行思考、小心的進行求證、最后予以落實。從復雜到簡單、從簡單到復雜。通過這種思維的分析及細致的工作，一些復雜幕墻問題通過簡單的技術手段的結合，大多都能解決。

而現代建筑幕墻中造型復雜的情況比較常見，下面以兩個工程項目的幕墻設計案例來分析復雜造型幕墻設計的一些手段和方法。

2.都江堰萬達文化展示中心

2.1項目概況

都江宴的萬達城項目是萬達集團投資在都江堰建了一個集文化、旅游、商業、酒店等多種業態，涵蓋電影、演藝、主題樂園等各類游樂元素的巨型航母。都江堰萬達文化展示中心是該項目集群中最先開工，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思。以花重錦城的概念，力求體現出芙蓉花綻放時的“柔、皺、透”的特點。夜間配合燈光表達蜀錦的華麗風采。整個建筑的外立面通過三個層次的粉紅色的曲面造型來表現花瓣的形狀，同時用一條條發散的豎向桿件表達花瓣的紋路，用曲線的弧度變化及高度變化來表現花瓣的柔美及靈動。

2. 2溝通了解需求

這種復雜造型幕墻的設計是具備一定的難度的，需要找到一個比較理想的契合點或一條規律才能從根本上解決問題。與業主、建筑師的溝通尤為重要。只有通過溝通，才能深入了解業主及建筑師的想法，才能找到解題思路。

了解及溝通后，各方形成以下幾點共識：

2.2.1該方案最關鍵的就是這個幕墻的實現，項目的成敗就在幕墻。保證建筑效果是第一位的，絕對不能出現完工后與效果圖出入較大的情況。

2.2.2方案設計方及業主對該幕墻的實現沒有太多的思路，從材料的選擇到具體的實現都需要幕墻設計盡快提出方案。

2.2.3項目夜景也是控制點，豎向的肋要能發光。

2.2.4建筑內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，沒有詳細研討的時間，幕墻設計方提出來的方案必須是切實可行的，同時還要考慮材料加工及現場安裝施工的便捷、迅速。

2.2.6原建筑方案的傾斜角度和曲率一直在變化，規律性不強。在不影響整體效果的前提下，外形可適當進行調整。幕墻設計與建筑方案設計共同工作，提出調整意見，由業主確定。

2. 3設計思路及原則

了解了需求，就有了解決辦法。首先就需要確定設計思路及原則。經過分析，溝通，在現場就確定以下設計原則：

2.3.1主要材料：鋼結構及玻璃。立面為漸變的粉紅色數碼彩釉玻璃，肋為白色彩釉玻璃。

2.3.2構造方式：為便于造型及施工，主要幕墻形式為點式幕墻，

2.3.3肋與面板的關系：分開，獨立連接在鋼結構上，便于施工組織。

2.3.4為實現立面曲線具有一定的規律性，對現有模型及分格進行優化。

2.3.5面板采用平板玻璃、局部采用單曲玻璃。肋玻璃進行弧線切割，以保證圓滑曲線。

2. 4工作的方式方法

在確定了設計原則的基礎上，開始進行詳細的設計組織。

2.4.1首先畫出基本節點、討論、定型（圖8）。

從節點可以看出，采用鋼龍骨支承，面板用兩個獨立的點式爪件固定。玻璃肋用獨立的夾具錯位固定在鋼龍骨上。為保證玻璃肋的穩定及直線度，同時達到用面板玻璃抵抗肋玻璃的側向風荷載的作用，在肋與兩側面板玻璃之間用透明的結構膠進行二次固定。由于曲面的原因，兩面板玻璃安裝會出現階差，但采用了白色彩釉的肋玻璃的設計，兩邊的面板玻璃安裝出現階差也不會影響外觀效果。

2.4.2與建筑師一起用犀牛優化模型及分格，最后確定每一段花瓣的立剖面是同一條曲線旋轉而成，簡化玻璃及鋼結構。最終的造型基本實現了建筑師對造型要求及便于設計施工的意圖（圖9、圖10、圖11）。

可以看出每一層的平面都是由規則的圓弧及直線組成的。用直線來實現不同圓弧之間的交接。三個圓弧的圓心組成了一個等邊三角形，三個圓弧的半徑是不同的，同時在高度方向上的每個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，依靠這幾個曲線旋轉，相交，復雜曲面表皮的就出現了。但這個復雜曲面表皮是有規律的，相對規則的。幕墻設計的實現就簡單了很多。

2.4.3在節點、曲面數據全部確定后，對各層花瓣的鋼結構進行計算分析，保證支承結構安全。

2.4.4以上述工作為基礎，開始詳圖設計過程。為便于現場加工、放線定位，利用犀牛軟件將鋼結構空間定位、玻璃定位及關鍵標高定位全部體現在圖紙中。并進一步對各關鍵部件的構件精細分析和計算，從外算到內，確保每個部件的安全可靠，不留安全隱患。

可以看出該復雜項目的最終實施是找到了正確的簡化過程，并通過溝通、分析、優化、細化等工作，把一個復雜的問題最終簡單的進行處理，一開始就從設計思維上保障了項目的完成度，為項目最終實施設計、加工、安裝的順利奠定了基礎。

2.5項目完成情況

3. 四川天府新區省級文化中心

3.1項目概況

整個建筑分為三個單體，創意來源于蜀中文化，同時也象征著天府新區的日新月異及不斷發展，這個建筑群看起來像絲帶在緩緩展開，充滿了靈動的氣質，代表著文化持續發展的理念。立面上不同大小的切口，如雕刻一樣，體現建筑內涵（圖17）。

3.2設計思路

該建筑表皮經多次討論及分析后，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準圓弧這種較規則的曲面，他的曲線隨著立面的展開是一直在變化的，有內傾、有外傾，這就造成了曲面上四點不共面的情況。如果用平行四邊形平面去模擬，就會有很多階差。因此經與建筑師協商，最終用三角形來模擬整個外立面。然而建筑要求每個板塊分格很大，在5.1m高層間只分成兩個分格。根據建筑師的設定進行表皮劃分后，每個三角形的底邊長度達到了5.6m，高度達到了2.55m，有個別位置還更大，用一張鋁板實現是不現實的，即使能實現造價也會比較高。因此幕墻設計對立面又進行了一次細分（圖18、圖19）。

利用有些板塊內部鑲嵌玻璃的特點來細分三角形面板。鑲嵌玻璃會有一個鋁板邊框，把鋁板邊框的尺寸進行統一，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，用鋁板補充的部分依然保留這個分格縫。這就解決了由于鋁板的原板尺寸限制而不宜實現的問題。設計時將每個三角形板塊（包括其中玻璃）做成了一個單元構件，每個三角形板塊均要求在工廠內組裝完成，現場只需一整塊掛裝，既提高加工質量及精度，也提高現場的施工效率。

由于曲面的不規則性，因此每個三角形的尺寸是略有不同的，同時6個三角形的交點各個方向的角度也是有變化的。因此就需要設計一個可以適應任何角度的六頭連接件，使三角形板塊的連接在一個節點上全部解決完。本工程幕墻設計師就設計出了這么一個不銹鋼六連桿的可調節連接接頭，來完成該功能。它既可以平面內調節，也可以平面外調節，一個標準件解決所有問題（圖20）。

3.3設計手段

4.幕墻設計中的協調問題

幕墻設計作為建筑工程設計的一個專業，方方面面有很多需要協調整合的關系。最關鍵的就是要處理好與三個方面的關系：業主、建筑師和結構師。還要起到兩個平衡的作用：業主與建筑師之間的平衡、建筑師與結構師之間的平衡。

4.1處理好三個關系

4.1.1業主：做設計的人總是希望回歸純粹的技術，但項目的實際情況往往不那么簡單。面對各個環節的不斷修改和調整，幕墻設計師要保持平和的心態。有一句俗話叫：做事不由東，累死也無功。因此與我們設計師的第一大東主——業主的關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，幕墻設計是不具備原創性的。幕墻設計是根據建筑師的設想，在建筑、結構規定的原則下，發揮幕墻專業的特長，來分析、細化和完善，并進行有針對性的系統設計和細節設計。沒有建筑創意這個前提，幕墻設計也就無從做起。但從微觀的、建筑細節實現的角度來看，幕墻為了適應建筑的創意，經常要打破常規，創新設計來實現建筑效果和功能。因此幕墻本身的原創性又是必須的能力，是促進建筑幕墻行業發展的基礎和動力。處理好與建筑師的關系，也是我們幕墻設計作品順利實施的關鍵。

4.1.3結構師：結構是所有幕墻構件賴以存在的基礎，基礎就會直接影響幕墻設計的形式及構造。因此與結構師之間的互動是實現幕墻構造連接形式，保證結構安全的最主要的一環。

4.2起到兩個平衡的作用

處理好三個關系的同時，幕墻設計師又是平衡業主與建筑師、建筑師與結構師關系重要一環。對一個建筑，僅就外裝飾部分而言，幕墻設計師是可以有一定的話語權的。那么，怎么讓各方尊重并聽從你的意見呢？

首先幕墻設計師必須能夠靜下來傾聽各方的觀點和訴求。找到各方的關鍵利益及切入點。善于思考的同時，保持一顆公正的心，從有利于建筑的角度去闡述你的觀點，才能讓人信服。如果把做幕墻比作是做衣服。買衣服的人是業主，而衣服的樣式是建筑師設計的，做衣服的工具是結構師提供的，那么幕墻設計師要做的就是：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。幕墻設計師就是做衣服的人，全局意識及美學概念必不可少。好的幕墻設計師，決不是躺在前人故紙堆里悶頭畫圖的設計，而是做一個善于與各方溝通、善于發現亮點、善于創新、不拘一格又認真嚴謹的設計師。

5. 解決復雜問題的思路、方法及建議

5.1思路

有兩個概念——思維發散和做事專注，是解決復雜問題好的思路。

要解決一些復雜的、且沒有多少經驗的問題，首先思考時不能給自己設置條條框框，需充分發揮自己的想象力及知識儲備。在找到解決途徑和方法后就要仔細的求證，考慮問題要全面，分析和論證要詳細。這樣才能真正的解決問題，并保證扎實的落地。

5.2方法

怎么實現發散的思維最終匯集到一點，從而形成閃光，最終達到創新及落地的目的呢？這就需要我們的設計師具有扎實的基本功、豐富的實踐經驗及不可或缺的善于分析及總結的能力。人都是學而知之的。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秀。都是通過學習、觀察、思考、分析、總結、實踐的努力而實現的。

5.3建議

5.3.1與時俱進，不能在技術手段上落伍。復雜造型幕墻需要專業的設計工具作為輔助手段，以便快速、直觀的體現出不同思路帶來的不同效果。發現問題，解決問題，利于準確的判斷和選擇。

5.3.2吸收借鑒，兼容并蓄，整合資源，技術進步。要不拘泥傳統及技術本身，善于總結和技術結合，多吸取其它專業和行業的經驗，并恰當的利用到幕墻設計中。

5.3.3坐而思不如立而行，敢于提出問題，更要培養自己解決問題的能力。權威和專家是用來尊重的，不是用來迷信的。社會在發展，技術在進步，只要保持一顆進步、創新、閃光的心，注重日常的積累，就不擔心設計經驗、能力及水平的提升。

5.3.4不畏挑戰，思路開闊，大膽創新，務實分析，扎實工作。幕墻設計并不復雜，有時候想得過于困難，往往容易被束縛手腳。好的設計，有時就是把復雜的問題簡單化處理，從而找到解決問題的思路。但在設計落地的過程中，需要全面的考慮及分析問題，不吝復雜的去驗證。這是一個過程，也是好作品實現的技術保障。包括設計合理性、加工的方便性、安裝的可實施性、造價的可控性等等。膾不厭精，食不厭細，說的就是設計后期工作的方式。

6.結語

設計中的理性思維及創造學方法是解決問題的關鍵。世事沒有絕對，道路更不止一條，這就是設計的魅力所在。意識的提高及技術的進步，促使我們幕墻設計師們不斷總結、創新和提高，與業主、建筑師及建筑界同仁一起創造出一個個實用、安全、新穎、獨特、藝術、具有社會價值的建筑幕墻工程，為現代城市添加一份精彩。

（作者單位：中國建筑西南設計研究院有限公司）

【中圖分類號】TU227

【文獻標識碼】B

【文章編號】1671-3362（2019）05-0060-06