景觀鋁合金云巢結構施工技術

馬 娟

上海園林綠化建設有限公司 上海 200333

現代景觀建筑物造型日趨復雜奇特，異形建筑物常選用金屬結構[1]。金屬結構具有造型輕盈、金屬用量小、投影面積大、結構體系復雜等特點。傳統金屬結構建造技術采用現場拼接安裝，存在措施費用高、建造過程復雜、施工周期長等問題，亟待改進。

本文以2019年北京世園會上海展園鋁合金云巢為背景，針對性地介紹了鋁合金云巢結構的高精度拼裝快速施工技術，旨在研究和總結一套金屬結構高精度快速拼裝建造工藝，為今后大型綠地金屬景觀建筑物施工提供拼裝技術范本，也為行業沉淀和固化技術作出一定的貢獻。

1 工程概況

2019年北京世界園藝博覽會園區位于北京市延慶區媯水河沿岸，總面積960 hm2，上海展園位于圍欄區南側，靠近南部入口處的中華園藝展示區華東組團C30地塊，總面積為2 850 m2。

上海展園以“祥云園”為主題，通過景觀園藝的手段表達“祥云獻瑞，雨潤萬物”的愿景。上海園的東側一角設置1座鋁合金景觀建筑物云巢，占地面積大約270 m2，長約22 m、寬約21 m、高約8.6 m，整個云巢由弧形的鋼結構作為骨架，內部形成一個無柱的大型空間，構架表皮采用六邊形輕質鋁合金構件覆蓋。由于表皮構件的疏密疊加，從園中不同視角望去，展現出如天上流云一般的變幻效果，形成云的意象（圖1）。

圖1 2019年北京世園會上海園實景

2 工程重、難點分析

2.1 節點、桿件數量巨大，安裝工作量巨大

計算模型節點數10 206個，桿件數量20 016根，屋面板數量394塊。本項目預埋件209個，網殼結構節點板1 016塊，其連接錨栓超過48 768個，六邊形和立柱鋁合金連接件13 564個，不銹鋼連接件2 502個，連接螺栓182 784個。編碼和安裝過程將耗費技術人員大量精力，且需調整時易發生錯誤。

2.2 桿件截面短而小，安裝空間極其狹小

殼體桿件大部分長度在1 m左右，小的只有30 cm左右，六邊形網格邊長為500 mm，高度為666 mm。高空作業，安裝受限。

2.3 多專業協同配合施工

本工程是多專業協同配合的綜合性工程，除與土建結構施工配合外，與燈光安裝、室內景觀等配合時，均要求有合理科學的技術措施加以保證。

3 鋁合金云巢結構的設計

3.1 設計精度保證

本工程針對造型復雜的景觀建筑物設計精度低的難題，創新研發了運用Rhino與Grasshopper計算機軟件平臺：首先，通過平面六邊形網格定位確定各個頂點與形心點，根據實際使用功能高度確定造型整體框架；其次，在多層六邊形網格體現中，根據漂浮之云的概念，在模型空間限定云的基本邊界輪廓；最后，通過設定六邊形空間框架與云邊界的結合關系，運用遺傳算法，由軟件核算出最佳外輪廓形狀。

3.2 利用參數化設計編碼

參數化設計是將工程本身編寫為函數的過程，通過修改初始條件并經計算機計算得到工程結果的設計過程，實現設計過程的自動化。本工程的每個零件和每個結構弧度都不一樣，由國內技術先進的廠家按照編碼定位進行預制后，進場精準裝配，用在景觀園林上還屬創新嘗試。為保證十余萬零部件連接可靠性，采用先進快速的錨固手段——Huck氣壓拉鉚螺栓。

3.3 選材時減輕景觀建筑物質量

本工程針對框架結構的穩定性和質量重的技術難題，采用鋁合金材料作為建筑物的框架，利用鋁合金材料質輕且柔軟、強度好、耐蝕性能好、加工性能好、可回收利用等優點，確保云巢的景觀性能，且符合本次世園會的可持續發展要求。

3.4 云巢結構特點

云巢上部結構采用全鋁合金結構，其中橢球面部分采用單層網殼結構，桿件采用工字型鋼截面150 mm×100 mm×8 mm×10 mm，其余各層結構采用鋁合金六邊形網格梁加立柱結構體系，網格梁截面尺寸為B30 m×80 mm×6 mm，立柱截面為邊長80 mm等邊三角形，上部各層結構的大部分區域支撐于下部橢球面單層網殼結構之上，其余部分支撐于下部混凝土基礎結構上，支座均采用鉸接支座。橢球面網殼結構下部支撐于混凝土基礎頂面，支座采用剛接連接。橢球面結構頂部區域布置屋面板，其余結構均為鏤空構架，無覆蓋材料（圖2）。

圖2 云巢單層殼體結構和六邊形及立柱結構

4 施工技術要點

4.1 精確加工

本工程設計的穹頂網殼結構及其節點，其結構的曲線變化處理均在節點板上考慮，同時多層六邊形結構桿件、節點數量眾多，節點構造復雜，因此節點的加工精度應嚴格控制，這也是本工程質量控制的難點。整個構件加工可分割為五個步驟。為確保加工精度和提高生產能力，選用精度高的數控車床和立式多軸加工中心，并配備質量過關的進口刀具。

4.2 預埋件施工

在土建基礎及云巢結構施工前即引入結構預埋件的作業，保證預埋件及時準確的定位安裝，是后續整體工程順利施工的重點。精確的定位測量放線是本工程施工成功的前提保證。施工時采用全站儀、水準儀等進行測量。

現場要用全站儀嚴格控制埋件的設計精度。位置確定后采用固定支架把預埋件與基礎鋼筋固定牢固，確保基礎澆筑混凝土時預埋件不發生移位。為防止混凝土結構施工對埋件位置造成影響，對埋件進行臨時剛性支撐固定。

1）混凝土澆筑前再次復核埋件坐標，確保埋件位置的準確性（每個埋件在不同的施工階段將復測3～5次）。

2）澆搗混凝土時，埋件施工人員、測量人員不間斷地現場觀測，用紅外線全站儀直接對準埋件定位點進行復核，如出現問題立即采取相應措施進行調整。

4.3 殼體結構施工

1）按施工圖測量相應的預埋件，將工廠制作好的鋁合金桿件、節點從殼體結構的支座處開始安裝，同步搭設腳手架。

2）從殼體結構采光頂開始安裝，穹頂安裝合攏后固定采光頂支座，然后安裝采光板，再安裝云巢立桿連接件。腳手架根據云巢的搭設方向逐步后退，邊搭邊拆，腳手架總高度搭至9 m，基本負載以人員操作為主，無堆載。

3）殼體結構施工時在室內搭設盤扣式腳手架，桿件從支座開始逐步往上施工，主體施工完成后再施工3個通道處的殼體結構。網殼結構桿件之間采用盤式節點，安裝時應對照圖紙確認桿件、節點板的類型與規格準確無誤，確認鎖緊螺栓的類型和數量準確無誤，使用Huck氣壓拉鉚螺栓，檢查螺栓尾部是否全部脫落，確認鎖扣可靠（圖3）。

圖3 網殼結構桿件連接節點構造

4.4 立柱及六邊形網格梁施工

1）殼體結構主體封頂后開始施工立柱及六邊形網格梁，從中心點開始向各個方向往外推進。

2）具體步驟為：先放樣立柱位置，臨時固定立柱，然后安裝此立柱上所有各層節點板，最后逐層安裝六邊形網格梁。完成第一個六邊形結構后，先往外安裝一層六邊形網格梁，再插立柱并臨時固定，然后安裝剩余各層六邊形網格梁，以此類推完成整個結構的安裝。

3）三角形立柱與六邊形橫梁之間的連接是本項目節點設計的一大難點，設計時采用立柱貫通，橫梁與立柱之間采用鋁合金節點板連接，節點板之間在3個方向分別設置豎向鋁合金固定件，鋁合金固定件與立柱之間采用不銹鋼螺栓連接（圖4）。

圖4 立柱與六邊形橫梁之間連接構造

4）從縱軸線往兩側搭設，搭設時用全站儀加以監測，三角型材與埋件先作暫時固定，搭至6層后才能最終固定，確保有調節施工誤差的余地。總拼裝完成后，應該檢查網殼曲面形狀的安裝誤差，最大允許誤差應不大于直徑的1/3 500或±35 mm。確認安裝偏差符合要求之后，方可拆除安裝支架。

4.5 覆蓋材料、收邊施工

六邊形網格梁及立柱結構安裝完畢后，在橢球面結構頂部區域布置屋面板，屋面板數量394塊，其余結構均為鏤空構架，無覆蓋材料。屋面板采用厚8 mm的亞克力板作為覆蓋材料，并用硅酮密封膠和泡沫棒密封，最后門洞采用鋁合金板材收邊。

4.6 入口通道增加鋁板、內部滴灌栽培保綠

1）現場所有結構已經安裝完成，但為了提升云巢整體效果，在三個通道內表面增加三角鋁板，并在鋁板內做垂直綠化。

2）云巢的內部懸吊花球，運用滴管栽培的生物技術將科技與植物相融合，從而凸顯了植物風貌與科技融合的空間感。

3）云洞的投影范圍內有一處水面上的綠島，上面種植修竹穿云而出，形成相互穿插的形態，配合土建小品、燈光布置、音樂環繞和植物配置等，最終將云巢打造得像一座科創之城（圖5）。

圖5 云巢施工成品效果

5 結語

創新應用景觀鋁合金云巢結構進行現場拼裝施工，并在施工過程中解決了鋁合金云巢結構體系復雜、節點多的問題，施工便利、安全可靠、質量有保障，大大降低了深化人員和現場拼裝人員的工作量，縮短了施工工期。最終，上海園摘得AIPH大獎和組委會大獎，室內展區獲組委會特等獎。景觀鋁合金云巢施工技術，可為今后類似項目提供很好的借鑒價值。

[1] 陳穎.鋼結構景觀蘑菇樹整體施工技術[J].建筑施工,2021,43(2):198-200.