內蒙古科技館新館——計算機輔助軟件在超大異形金屬屋面板設計與施工中的應用

　　1　引言
　　隨著時代的進步，科技的發展，新工藝和新材料推陳出新，人機交互式的計算軟件更加智能和強大，這就給建筑師提供了廣闊的思維和想象空間，因此，極具刺激眼球的建筑設計方案也就層出不窮。外立面幕墻作為最能直接體現和表達建筑師想法的一種建筑表現手法就顯得格外重要。對于空間異型結構的外幕墻來說，我們采用傳統的CAD軟件來表達設計方案就顯得力不從心，很難將幕墻本身的空間幾何尺寸關系及幕墻與主體結構之間的幾何尺寸關系表達清楚。因此，我們不得不借助別的專業軟件來實現。本文以內蒙古科技館新館金屬屋面的實際工程為例，對復雜異型不規則曲面的金屬屋面板進行分析。

　　1.1工程概況
　　內蒙古科技館新館位于呼和浩特市新華東街北側，北鄰北垣街，東鄰二環東路，南側為已建成投入使用的內蒙古烏蘭恰特大劇院和內蒙古博物院，西側為建設中的演藝中心�？偨ㄖ�高度50.15米，地下1層、地上6層，總建筑面積約48300平米，主要功能區域有常設展廳、臨時展廳、兒童樂園、科普教室、科技實驗室、報告廳、穹幕、巨幕、4D動感演示廳、辦公會議及配套附屬用房等。內蒙古科技館新館項目是由中國航空規劃建設發展有限公司完成建筑設計和施工圖設計。

　　內蒙古科技館新館的建筑設計，由于使用功能的要求，使得結構的空間跨度很大。建筑結構形式采用了鋼筋混凝土框架剪力墻結構及鋼結構形式的受力體系。建筑造型新穎，像一條白色的哈達，它代表著內蒙人民熱情好客，同時它又是一座科學的殿堂，是展示最新科技成果的圣殿。如下圖所示

　　1.2工程特點
　　本工程金屬屋面最外側部分幾乎全部是由異形鋁合金板拼成的曲面，如何控制好建筑的造型，實現建筑效果，是工程的關鍵。該項目的金屬屋面工程包括外層裝飾鋁單板（3mm）和內層直立鎖邊、壓型鋼板防水屋面及TPO柔性防水屋面三大系統，其中鋁單板面積約30000平米，包括平板、單曲及雙曲面板；內層壓型鋼板及直立鎖邊屋面板約8000平米。

　　2　異形金屬屋面的設計
　　2.1分析
　　這是所有工作的基礎，外層金屬板設計的基礎是中國航空規劃建設發展有限公司提供的三維模型，用犀牛軟件進行曲面的曲率分析，如下圖所示

　　(在黎曼幾何上，根據曲面在兩個主曲率方向的乘積，可將曲面分為正高斯曲率、零高斯曲率和負高斯曲率。正高斯曲面的兩個主曲率半徑均位于曲面的同側，如球面；零高斯曲面的兩個主曲率方向中有一個方向的曲率為零，如柱面；負高斯曲面的兩個主曲率方向位于曲面的兩側，如馬鞍面)
經過這兩項對比分析可以得出結論：占總面積75%的鋁單板加工平板即可，上圖右側部分區域需要做單曲面板和雙曲面板。

　　2.2劃區
　　按照平板、單曲面板及雙曲面板的位置及比例，并兼顧在藍圖上能夠清楚表達，我們將此三維模型劃分為了9個區域，如下圖：

這樣分區，有了統一的對話平臺，方便設計師內部溝通，也有利于現場施工人員理解。

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