建筑幕墻設計優化與質量控制研究

劉 斌 丁 偉 劉 晨

幕墻作為建筑的“外衣”，其設計質量直接影響建筑的整體性能。但當前市場上存在部分設計不合理、質量不過關的幕墻產品，不僅影響了建筑的美觀性，還可能帶來安全隱患。因此，對建筑幕墻設計進行優化并加強質量控制，不僅有助于提升建筑的整體性能，還能為社會的安全和穩定作貢獻。

1 建筑幕墻設計優化與質量控制的重要性

幕墻作為建筑的外墻圍護，其設計和質量的重要性不容忽視。幕墻不僅是建筑的外在表現，更是功能、美學和安全的綜合體現，具體為：第1，從設計優化的角度來看，幕墻的設計直接關系到建筑的整體外觀和使用功能。優化設計不僅能提升建筑的審美價值，還能有效提升其功能性，如提高建筑的保溫性能、降低噪聲等，從而提供更舒適的室內環境。此外，合理的設計不僅可以降低建設成本，為業主和投資者節省資金，還能提高幕墻的安全性，為建筑提供更好的保護。第2，質量控制對于幕墻施工至關重要。高質量的幕墻能夠保證建筑的穩固性和安全性，避免因施工問題導致的安全隱患；高質量的施工可以確保材料連接緊密、防止雨水滲漏等問題，從而提高幕墻的使用壽命。同時，優質的施工質量能夠減少后期的維修和更換工作，降低維護成本[1]。優質的施工質量和完善的售后服務能提升企業的市場形象與聲譽，為企業贏得更多的客戶信任。

2 建筑幕墻設計優化

2.1 幕墻系統優化

我國鋁合金門窗、幕墻行業的發展始終伴隨著中國改革開放的進程，從1980 年代初開始發展到1990 年代進入高速發展期，該行業從無到有、從小到大、從弱到強，中國幕墻與中國的改革開放共同走過了四十多年的歷程。幕墻有技術標準，但沒有產品標準，每家幕墻公司、顧問公司、設計公司按自已的思路設計產品，特別是2000 年后，幕墻設計顧問公司遍地開花，但水平參差不齊，因此對幕墻招標圖要進行綜合分析，存優去弊，合理選用幕墻形式。有關幕墻的設計優化不是簡單的減小壁厚，而是要按等壓腔原理，合理布置腔體結構。

2.2 材料選擇優化

在建筑幕墻設計優化中，材料選擇的優化是至關重要的環節。材料的選擇直接影響到幕墻的性能、外觀、成本及可持續性。對于玻璃幕墻，可選擇低輻射玻璃或中空玻璃提高其隔熱性能，降低能耗。同時，為了增強安全性，可選擇鋼化玻璃或夾膠玻璃。這些玻璃品種具有更好的抗沖擊和抗爆裂能力。在外觀效果上，根據建筑風格和設計要求，可選擇不同顏色、紋理和鍍膜的玻璃，以滿足多樣化的審美需求。為了實現環保可持續性，可優先選擇回收玻璃制成的產品，并考慮使用光電幕墻等綠色能源技術；石材幕墻，石材的選擇要根據建筑風格和設計要求進行。例如，選用優質石材品種及同一礦脈并進行排版。關注石材的加工工藝也很有必要，要確保其尺寸精確、表面平整。此外，合理的連接方式和防護處理也是提升石材幕墻性能和耐久性的關鍵措施。在選擇金屬材料時，需要考慮其防腐和防銹性能。金屬表面的噴涂、烤漆和電鍍等處理方式也是優化設計的一部分，可以提高其耐久性和美觀度[2]。結構設計、通風與排水設計以及可回收性等因素也需要納入考慮范圍。

2.3 結構設計優化

在建筑幕墻設計優化中，結構設計不僅關系到幕墻的穩定性、安全性和耐久性，還影響建筑的整體外觀和功能的發揮。結構設計優化的目標是確保幕墻的穩定性和安全性及經濟性，合理選用受力模型，如立柱采用單跨、雙跨、多跨鉸接等形式，進行強度和剛度的計算，以確保幕墻在各種極端情況下都能保持穩定。對于一些有特殊要求的建筑，如曲面建筑、異形建筑等，需要進行特殊的結構設計，以滿足其獨特的外觀和功能要求。合理的結構設計可以降低施工難度、縮短安裝時間，提高施工效率。同時，確保結構的可維護性和可維修性，便于日后對幕墻進行檢查、清潔和維護。

2.4 節能與環保設計優化

在建筑幕墻設計優化中，節能與環保設計優化是當前及未來發展的重點方向。隨著人們環保意識的增強，節能和環保已成為評價建筑優劣的重要標準。具體關注點為：第1，節能設計優化主要關注的是幕墻的保溫和隔熱性能。通過選擇合適的材料和構造方式，可以有效降低建筑能耗。例如，對于玻璃幕墻，可以采用中空玻璃、低輻射（Low Emissivity，Low-E）玻璃等具有優異保溫隔熱性能的材料，同時配合使用遮陽系統，如可調節的百葉、窗簾等，根據需要調節光線進入室內，可減少夏季太陽輻射的熱量和防止冬季室內熱量散失。第2，環保設計優化主要關注的是減少環境破壞和資源消耗。優先選擇可再生或可回收的材料，如鋁材、鋼材等金屬材料和玻璃材料。第3，減少材料的使用量，簡化結構，減輕幕墻的自重，也是環保設計優化的重要方面。此外，考慮使用太陽能、風能等可再生能源，結合光電幕墻、風能幕墻等技術，將建筑與可再生能源相結合，有助于實現節能減排的目標[3]。

2.5 外觀與功能設計優化

幕墻其外觀設計直接影響到建筑的整體形象和美感，功能設計則關系到幕墻的實際使用效果和性能表現。外觀設計優化主要關注的是幕墻的視覺效果和藝術性。幕墻設計師需要深入理解、領會建筑師的設計理念和風格，實現建筑效果，同時將亮化方案融入幕墻構造中。設計師需要根據建筑的使用需求和功能要求進行針對性的設計。例如，對于需要大面積采光的建筑，可采用透明度高的玻璃幕墻；對于需要重點保溫的建筑，可采用保溫性能優異的石材或金屬幕墻。此外，功能設計還需要考慮幕墻的通風、排水、防盜、防火等性能，確保幕墻在使用過程中的安全性和穩定性。

2.6 安全性能設計優化

建筑幕墻設計優化中的安全性能設計優化直接關系到幕墻的使用安全和使用壽命，具體為：第1，安全性能設計優化的首要任務是確保幕墻結構的穩定性。設計師需要充分考慮風壓、雪壓、地震等因素對幕墻的影響，進行細致的結構計算和設計。例如，合理選擇材料確保結構的強度和剛度，還有玻璃、石材面板所規定的每平方米最大鋪設面積。同時，采用可靠的連接方式和固定節點，保證幕墻的整體性和穩定性。第2，防火設計是安全性能設計的關鍵部分。根據建筑物的防火等級要求，選擇耐火性能良好的材料，如防火玻璃、防火板等。合理設計防火墻、防火分隔等措施，確保火災發生時能有效阻止火勢蔓延。第3，防雷設計也是安全性能設計的重要環節。根據建筑物的防雷等級要求，利用防雷裝置將雷電引入地下，防止雷電對幕墻和建筑物造成損害。

3 建筑幕墻質量控制

3.1 材料質量控制

材料的質量直接影響到幕墻的性能、安全性和耐久性，具體為：第1，選擇優質的原材料是保證幕墻質量的基礎。對于玻璃幕墻，應選擇符合國家標準的浮法玻璃、鋼化玻璃等優質材料，確保其具有良好的透明度、強度和安全性。對于金屬幕墻，應選用優質鋼材、鋁材等，確保其具有足夠的強度和耐腐蝕性。第2，材料的進場檢驗和驗收是材料質量控制的重要環節。材料進場前，應對材料的規格、型號、質量證明文件等進行檢查，確保材料符合設計要求和相關標準。對于關鍵材料，如玻璃、鋼材等，應進行抽樣檢測，確保質量符合要求。對于不合格的材料，應及時退回或處理。第3，材料存儲和使用過程中的質量控制也不容忽視。對于不同的材料，應按照其存儲要求進行科學的存儲和保管，防止材料受潮、變形或損壞。在施工過程中，應按照材料的性能和使用要求進行合理的加工和使用，避免材料損壞導致性能下降[4]。

3.2 施工質量控制

施工質量的優劣直接關系到幕墻的性能、安全性和耐久性。施工前應進行詳細的技術交底和圖紙會審，確保施工隊伍充分理解設計意圖和技術要求。對施工人員進行技術培訓和安全教育，提高與增強其技能水平和安全意識；施工過程中應嚴格控制材料加工和安裝質量，對隱蔽項（如埋件糾偏處理、后置埋件拉拔試驗、焊縫質量檢測、焊縫防腐處理、防火隔斷處理等）均需在該項工序驗收合格后，方可進行下一道工序。對每一道工序進行質量檢查，確保其符合設計要求和相關標準。對于關鍵工序，如玻璃安裝、焊接等，應進行嚴格的抽檢或全檢，確保質量達標。在驗收階段，應組織專業人員進行全面的質量檢查和評估，對存在的問題及時進行處理和整改。除此之外，還應加強與業主、監理等各方的溝通與協調，及時處理和解決質量問題，也是施工質量控制的重要方面[5]。

3.3 質量檢測與評估

質量檢測與評估是至關重要的一環。通過質量檢測與評估，可全面了解幕墻的質量狀況，及時發現和解決潛在的問題，確保幕墻的性能、安全性和耐久性，具體為：第1，質量檢測與評估應貫穿整個施工過程。材料進場時，應對材料的外觀、尺寸、質量證明文件等進行檢查，確保材料的質量符合要求。施工過程中，應對各道工序進行質量檢查，對于關鍵工序，如玻璃安裝、焊接等，應進行嚴格的抽檢或全檢，確保其質量達標。在施工完成后，應進行全面的質量檢測與評估，包括外觀、尺寸、性能等方面的檢測。第2，質量檢測與評估的方法應根據具體情況選擇。對于外觀和尺寸的檢測，可采用目測或測量工具測量。對于性能的檢測，如幕墻四性試驗，主要受力構件、連接螺栓、面板材料、玻璃光學熱工、密封膠、結構膠、保溫防火材料等試驗，需有資質的專業機構進行測試。對于檢測合格的部位或材料，可進入下一道工序或驗收階段；對于不合格的部位或材料，應及時進行處理和整改，并重新進行質量檢測與評估。同時，應對質量檢測與評估的結果進行分析和總結，找出潛在的問題和改進的方向，不斷提高幕墻的質量水平。

3.4 維護與保養管理

合理的維護與保養，可有效延長幕墻的使用壽命，減少維修和更換的頻率，從而降低運營成本，具體為：第1，制訂詳細的維護與保養計劃至關重要。這個計劃應該明確保養的責任人、保養周期、保養內容及保養方法。對于不同類型的幕墻，如玻璃幕墻、金屬幕墻和石材幕墻，保養計劃應有所區別，其所需的維護和保養方法各不相同。第2，定期檢查是維護與保養管理的重要部分。幕墻的各部分，包括框架、玻璃、密封材料等，都應定期檢查。檢查的重點在于查找和修復潛在的問題，如框架變形、玻璃破碎、密封材料老化等。一旦發現問題，應立即修復或更換。第3，幕墻應定期清潔，去除積累的塵埃、污垢和其他污染物。清潔時應使用適當的清潔劑，并遵循制造商的指導，以免對幕墻造成損害。第4，應對幕墻的連接部位進行定期檢查和加固，確保其牢固可靠。對于使用中的問題或故障，應進行及時處理和記錄，并定期進行匯總和分析，找出問題的原因和解決方案。第5，維護與保養管理還需要建立相應的管理制度和操作規程，明確各方的責任和義務。第6，加強對相關人員的培訓和教育，增強與提高其維護與保養意識和技能水平。通過建立有效的維護與保養管理機制，可確保幕墻始終處于良好的工作狀態，為建筑的安全性和美觀性提供保障。

4 案例分析

4.1 項目概況

工程名稱：中交集團上海總部基地項目幕墻工程（以下簡稱S 工程）。工程地點：上海市楊浦區平涼社區03G3-01 地塊，東至規劃通北路，西至規劃寧遠路，南至規劃天章路，北至楊樹浦路。幕墻面積：幕墻面積合計約80570 m2，2#樓為5623.5 m2，3# 樓 為3997 m2，4# 樓3749 m2，5#樓35433 m2，6# 樓19152 m2，7# 樓7976 m2，連廊3187 m2，下沉廣場1453 m2，其中5#樓、6#樓單元板塊數量約5682 塊。整個項目地下共設3 層，地上共設6 個單體，其中2#～4#樓為商業區，5#～6#樓為辦公區，7#樓為公共配套服務設施用房。質量目標：一次性驗收合格。

4.2 質量控制措施及實施效果

4.2.1 質量控制措施簡述

質量控制措施具體為：第1，材料質量控制：與供應商建立長期合作關系，確保原材料質量穩定。所有進場材料必須進行質量檢查，包括玻璃、五金件、粘膠等，確保符合設計要求和行業標準。第2，施工工藝控制：根據工程特點，制訂詳細的施工工藝和操作規程。施工過程中應加強技術交底，確保每個工人都明確自己的職責和操作要求。第3，質量檢查與驗收：建立完善的質量檢查制度，對每個工序進行質量抽查或全檢，上道工序不合格的一律不得進入下道工序。同時，定期組織內部驗收工作，確保質量達標。第4，安全措施：制訂全面的安全管理制度和操作規程，確保施工過程的安全。還可以定期進行安全培訓和演練，提高員工應對突發事件的能力。此外，要對施工現場進行定期安全檢查，及時發現和消除安全隱患。第5，環境保護措施：嚴格遵守國家和地方的環境保護法律法規，合理利用資源，減少能源消耗和材料浪費。

4.2.2 實施效果

實施效果為：第1，質量合格率提高：通過有效的質量控制措施，S工程的幕墻質量顯著提高，一次性驗收合格率達到98%。第2，減少維修成本：由于質量的提高，幕墻的維修成本大幅降低，為業主節約了運營成本。第3，客戶滿意度提升：業主對S工程的質量給予高度評價，提升了中交集團的市場聲譽。第4，增強競爭力：通過該項目的成功實施，中交集團在幕墻施工領域的競爭力將會得到進一步提升。

5 結語

建筑幕墻作為現代建筑的重要組成部分，其設計優化與質量控制工作尤為關鍵。設計優化能提升幕墻的美觀性、實用性和經濟性，更能確保其與建筑整體風格的和諧統一。質量控制則是保證幕墻安全性、耐久性的基石，關系到建筑使用者的生命財產安全。同時，必須高度重視建筑幕墻的設計優化與質量控制工作，探索創新設計理念和科學的質量控制方法。嚴格把控材料選擇、加工工藝、安裝施工等各環節，確保幕墻工程的每項細節達到最高標準，打造出美觀、安全，經濟、耐用的高品質建筑幕墻，為現代城市的建設與發展貢獻力量。