大型公共建筑集成飾面模塊化安裝技術

李 佳

上海市建筑裝飾工程集團有限公司 上海 200072

1 研究背景

大型公共建筑裝飾建造近年來呈現大跨度空間、多曲面飾面、異形層次變體等特點。隨著城市更新的不斷發展和深入，我國建筑裝飾建造發展迅速，集成化和精細化的要求越來越高，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、人工作業多、勞動力成本高等常見問題亟待解決。隨著大型復雜飾面建造工藝不斷多樣發展，超大尺寸飾面和特殊材料在裝飾工程應用更加廣泛，將模塊化技術應用到公共裝飾建造中可以有效提高施工質量和施工效率，更好地促進我國建筑裝飾行業發展[1-10]。

2 工程概況

研究依托上海中心城區某歷史保留建筑綜合改造室內功能提升項目展開。該項目將原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。

依托于該項目，基于精細化和集成化的發展需求，針對大型公共建筑大跨度空間建造中異形飾面造型復雜、特殊材料超規格應用難等技術問題，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用可突顯空間的尺度優勢并表現設計效果，超大尺寸飾面在加工制作、板面變形控制、板塊安裝方面，相較常規尺寸飾面在難度上均呈幾何級數上升。背景工程中的大型空間均采用了超大尺寸飾面，通過高精度生產加工、飾面與骨架進行模塊化集成、集成飾面模塊化安裝實現超大尺寸飾面的精致建造、精準安裝。

3.1 隱框式發光吊頂單元模塊化加工與模塊化安裝工藝

公共建筑中發光吊頂風格的衍生產品具有多層次、多樣化、多風格的發展趨勢。項目迎賓廳吊頂設計采用江南菱花造型，強調空間體驗感。為確保設計效果落地，通過前期市場調研并與國內頂尖供應商溝通探討，考慮到頂面的六邊形模塊數量過多，采用集成模塊化的思維方式，研發了一種六邊形發光單元及其組合（圖1），六邊形發光單元之間可以組裝形成不同形狀，安裝方便，定位準確。將發光板安裝在燈筒內部，以達到所需的燈光效果；在多邊形大框架上設有安裝槽，燈筒直接插入安裝槽內便可完成拼裝；組裝完成后加強支撐水平，以便實現一體化安裝。如此，該套工序可在工廠加工組裝后運至現場直接安裝，可以根據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行模塊化安裝。

圖1 六邊形發光單元

圖2 迎賓廳吊頂現場效果

3.2 內凹式曲面金屬天花板單元模塊加工及安裝工藝

3.2.1 三維內凹式六邊形單元板塊高精度生產加工工藝

項目主會場天花板吊頂設計以星空為主題，從整體造型到單個構件包含了大量不規則的曲面造型，大空間不規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、多領域的調查、研究，并進行多輪樣板比對，最終選擇了一種三維內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

為實現單元板塊工廠化加工，采用參數化建模結合數控機床加工，使單元板塊經切割、折彎、點焊成形，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；成形產品經檢測、彎弧、焊接、打磨、拋光、三維掃描檢驗、噴涂、包裝制作完成。采用國內少見的室內三維曲面鋁板墻頂一體化金屬板加工工藝進行產品制作，呈現出星空璀璨、渾然一體的設計效果。

3.2.2 弧形曲面區基層骨架構造

產品制作的問題解決后，如何達到安裝精度同時保證弧度造型也需進一步考究。通過1∶1實體樣板安裝發現，由吊頂引至墻面的弧形曲面區域隨著高度的下降，每個六邊形內凹單元的弧度都不盡相同，常規的龍骨安裝靠單元板塊上4個點與龍骨進行固定，無法控制六邊形內凹單元的弧度。為保證弧度造型并控制安裝精度，根據鋁板飾面造型線對曲面變形區域定制彎曲型材背架龍骨（圖4），整套骨架系統通過焊接的方式進行連接。骨架搭設完成后，進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，星空金屬造型總面積2 330 m2，共43道模塊，需要吊裝86次，吊頂系統結構組裝主要在工廠完成，有利于快速組織材料。運至現場后，六邊形內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，六邊形內凹單元兩側的掛鉤掛在兩側的滑槽內，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，將六邊形內凹單元依次安裝完成。單元化、模塊化的安裝工藝可復制性強，可以大大提升生產安裝效率，并具有較好的視覺效果。

圖5 紅色支撐軌道滑槽

3.3 藝術發光玻璃吊頂模塊化制作及安裝工藝

隨著內裝行業的發展，室內裝飾吊頂也不再滿足于傳統的石膏板或金屬板吊頂形式，藝術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，頂面采用藝術玻璃呈現出無質量的形態及開闊的空間。現有的藝術玻璃吊頂安裝結構需要木基層打底，無法滿足國家消防規范規定的A級防火需求。

研究采用了一種模塊化藝術玻璃吊頂結構，以解決現有技術中玻璃吊頂安裝中存在的無法達到國家消防規范等級要求、安裝效率低、可靠性差的技術問題。首次在現場采用鋼制方管按照設計造型制作單元模塊框架，矩形鋁板底部設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至轉換層，利用螺栓或焊接的方式連接加固。待框架整體安裝結束后放置玻璃，再將銅片飾面用螺釘固定于鋼骨架上，完成模塊化藝術發光玻璃吊頂模塊化制作及安裝。

4 特殊復合材料墻飾面集成制作與模塊化安裝

藝術品級材料如蘇繡、高檔天然石材、琉璃等具有極高的藝術表現力，但在裝飾工程中（尤其是大空間裝飾工程中）面臨超規格產品加工制作、安裝及后期產品保護等全過程的技術難題。背景工程中存在大量藝術品級材料作為最終裝飾面的飾面，采用材料復合工藝將藝術品級飾面與襯底材料進行有機融合，通過特殊復合加工工藝對藝術品級材料進行保護與加強，有效保障了各類特殊材料的效果呈現。對整體飾面把墻面板塊和背后鋼架作為整體，實現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，板塊高度達到12 m，雕刻面積更是超過60%，此類超大型板塊的加工、運輸、安裝是項目需要解決的重要問題。為減輕超大尺寸板塊的質量，也方便后期的安裝，采用木皮金屬復合的方式制作飾面。木皮金屬復合裝飾板表面蝕刻木紋效果還原設計效果，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。為了避免傳統工藝木皮金屬膠接處易出現開裂、離層等問題，采用環保樹脂膠粘貼木質表皮工藝進行加工，確保了木質表皮不起泡、不開裂、附著力好。將木皮與金屬復合后，采用三維流線型建模結合頂級CNC雕刻機床實現三維雕刻，板材背后附加弧形龍骨，將超大板塊雕刻木皮金屬復合飾面折成自然弧形，整個過程體現了當代加工工藝的極致。

在飾面安裝階段，為保證超大尺寸飾面的平整度，采用焊接或螺栓穩固的方式搭建金屬支架作為木皮金屬復合裝飾板的背附骨架。木皮金屬復合飾面板的背附骨架上根據鋼架干掛件的位置配套設置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，并可進行上下左右調節，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行安裝，實現超大板塊雕刻木皮金屬復合飾面的模塊化安裝。

4.2 超高石材-金屬復合模塊制作與可拆卸式安裝工藝

4.2.1 石材-金屬復合輕量化飾面結構制作工藝

峰會廳墻面藝術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）實現超大面積藝術墻設計效果。整墻石材會消耗大量的材料，對承重結構要求較高且成本不菲。因此，采用石材-金屬復合造型的輕量化飾面結構墻體，運用先進的數控設備對荒料進行水刀成形切割，然后依據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，可適于批量化生產加工。

4.2.2 超高石材單元板塊可拆卸式安裝節點

傳統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拆卸，遇到石材破損、脫落等問題，難以進行單塊維修，不符合綠色環保要求。研發一種可拆卸式單元板塊構造，實現了超高石材的現場便捷安裝。將石材與金屬板復合后，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，表面藝術鍍銀或做舊處理，該金屬格柵框架可在工廠內進行模塊化加工，依據現場實際尺寸按相同模數進行分割，在現場固定安裝兩側金屬立柱后，將金屬格柵運至現場直接焊接拼裝完成，隨后將金屬復合石材插入格柵上的U形槽與金屬框架固定即可，且飾面復合石材可以反復使用、拆卸自如。

進一步通過樣板段施工對這種可拆卸式安裝構造節點進行了優化。樣板段施工時發現，由于石材自重大，墻面邊角安裝半塊石材的區域出現整體傾斜現象。優化后在復合金屬石材背后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，達到可拆卸式的安裝標準。這樣既保證了石材飾面的平整性，防止石材因自重產生傾斜的問題，又滿足了可拆卸式的構造節點要求。

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，以人工刺繡方式實現藝術品與飾面材料的有機融合，具有極高的藝術表現力。現有的常規織物軟包張緊裝置一般對軟包材料進行一次性張緊固定，使用一段時間后由于軟包材料發生延展可能導致軟包墻面出現松弛、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方式，通過彈性連接件裝置（圖6）和特殊復合工藝巧妙實現對超大尺寸蘇繡的保護加強，形成一體化飾面，利于現場安裝。首先，從軟包的構造特性考慮，通過設置彈性連接件實現軟包的自動張緊，將彈性連接件固定在滑塊上，并設置一個導向槽以便為后續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現軟包材料的自動張緊，后續即使軟包材料自身發生延展，也可以保持軟包材料的張緊狀態。同時，為保證軟包結構的吸聲效果，可在底板一側安裝吸聲棉等吸聲材料。

圖6 蘇繡彈性連接裝置安裝節點

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，并可循環利用，實現超高效率的模塊化安裝，且拆卸方便，便于后期維護。

4.4 超大尺寸曲面金屬板塊飾面制作與安裝工藝

4.4.1 超大型復合鋁板整體沖壓成形工藝

為呼應主會場上空璀璨星空，共鑄輝煌的設計理念，主會場墻面采用三維異形鋁瓦楞復合板。考慮到傳統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，現場測量放線確認尺寸后，工廠制作雙曲面磨具，對超大型復合鋁板進行整體沖壓成形。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構，在飾面金屬板的前端沿其長度方向設置內凹夾角以達到漸變的效果，整個支撐龍骨結構不僅保證了曲面金屬板的穩固性，通過夾角的調整打造漸變效果，還能為后面安裝所用掛件提供固定點。

現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品研發的目的之一是通過掛件等方式進行模塊化安裝，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利用，采用定制掛件的安裝方式，調節鋼板設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橡膠墊，減少振動摩擦，飾面的微調通過鋼板上的條形孔進行（圖7）。

圖7 曲面金屬鋁板安裝節點

4.4.3 超大尺寸飾面板機械化安裝技術

超大尺寸飾面板的安裝若采用常規的吊裝方式，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，研發了一種夾持移送機構，借用機械輔助的手段完成精準安裝。

將曲面金屬面板放置在胎架上，人工將胎架整體橫向翻轉90°，利用夾持移送機構夾持，再將曲面金屬面板縱向旋轉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，夾持移送機構與曲面金屬面板脫離，完成安裝，整個過程通過操縱夾持機構實現機械化安裝，大大降低勞動量，提升效率。

5 結語

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品級材料復合飾面，通過高精度生產加工、飾面與骨架進行模塊化集成、超大尺寸飾面模塊化工業化安裝，實現超大尺寸飾面的精致建造、精準安裝，通過復合特殊工藝巧妙實現對藝術品級材料的保護加強，有效保障了各類特殊材料的效果呈現。研究成果可以有效提高施工質量和施工效果，有利于模塊化建造在公共裝飾領域的進一步推廣，促進我國建筑裝飾向集成化和精細化發展。