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摘要：本文主要介紹建筑異形外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。從建筑立意到表皮分析，從系統(tǒng)分類到節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，從基本思路到設(shè)計(jì)優(yōu)化;全面介紹了該類工程的設(shè)計(jì)流程。通過對(duì)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的重難點(diǎn)分析、針對(duì)性設(shè)計(jì)、關(guān)鍵點(diǎn)控制，為工程實(shí)現(xiàn)預(yù)定的設(shè)計(jì)構(gòu)想、達(dá)到功能要求，取得較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)奠定基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：異形建筑;外圍護(hù)結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)流程;構(gòu)造設(shè)計(jì);BIM技術(shù)
1、工程特點(diǎn)
建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)作為建筑的外衣，將建筑美學(xué)、結(jié)構(gòu)、功能等方面要素有機(jī)統(tǒng)一。作為建筑思想表達(dá)的主要載體，越來越多的建筑外表皮呈現(xiàn)為無規(guī)則的異形形態(tài)，給設(shè)計(jì)、施工帶來了一系列難題。在以BIM為代表的參數(shù)化設(shè)計(jì)等新技術(shù)進(jìn)行工程應(yīng)用的過程中，新技術(shù)會(huì)促進(jìn)新思路，新思路會(huì)產(chǎn)生新方法，隨著工程經(jīng)驗(yàn)和案例的不斷豐富、我們也能通過反思和復(fù)盤，總結(jié)出一些被證明行之有效的思路、方法、流程，在今后面對(duì)不斷涌現(xiàn)的類似工程中盡快找準(zhǔn)設(shè)計(jì)方向、優(yōu)化設(shè)計(jì)成果、創(chuàng)造設(shè)計(jì)價(jià)值。
1.1、異形外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的常見建筑類型
采用異形外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的建筑具有良好的昭示性，是區(qū)域內(nèi)的視覺焦點(diǎn)所在，因此廣泛的應(yīng)用在具有重要社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的大型公共建筑中。比如以機(jī)場(chǎng)、高鐵站等為代表的交通建筑;以會(huì)展中心、演藝劇院、科技館、博物館為代表的展示建筑;以綜合性體育中心、專業(yè)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館為代表的體育建筑;以企業(yè)辦公、城市商業(yè)體為代表的商辦建筑等。
1.2、異形外圍護(hù)結(jié)構(gòu)工程的共性特點(diǎn)
1.2.1、建筑造型：
在常見的立方體“盒子建筑”中，建筑立面是由一系列的“細(xì)節(jié)一致、尺寸相同、可重復(fù)移植”的局部標(biāo)準(zhǔn)立面組成，使得設(shè)計(jì)師習(xí)慣上用“典型大樣”來進(jìn)行這種形式的表達(dá)。
隨著建筑技術(shù)水平提高，建筑師主觀創(chuàng)造的空間增大，導(dǎo)致越來越多的公共建筑采用立意新穎、追求個(gè)性的建筑表現(xiàn)形態(tài)。而自由創(chuàng)意的空間變化將導(dǎo)致“可重復(fù)立面缺失”。直接受到影響的，便是以幕墻為代表的建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)。作為一種工業(yè)化生產(chǎn)的建筑產(chǎn)品，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的各種材料和結(jié)構(gòu)形式都有成熟的系統(tǒng)，如何讓它們?cè)趥�(gè)性化、曲面化的建筑形態(tài)上能有合理的應(yīng)用，便成為新的挑戰(zhàn)。
1.2.2、建筑設(shè)計(jì)中的常見曲面
曲面是空間具有兩個(gè)自由度的點(diǎn)的軌跡集合，工程中最常見的平面實(shí)際也是一種特定的曲面。在建筑設(shè)計(jì)常見的曲面中，除平面外，還有直紋面，旋轉(zhuǎn)面等。下面對(duì)各類曲面的定義和特點(diǎn)做簡(jiǎn)單介紹。
直紋曲面：由直線運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的曲面。常見的柱面和錐面(包括圓臺(tái)面)都是直紋面。過柱面和錐面上每一點(diǎn)有一條直母線作為成形元素。柱面和錐面是可以展開的曲面，在傳統(tǒng)繪圖軟件上可以進(jìn)行展開布置圖、加工圖、放線圖等深化設(shè)計(jì)工作，屬于較為簡(jiǎn)單的曲面類型。
在直紋面中，有兩種比較特別的“雙曲面”在建筑工程中運(yùn)用也非常廣泛。一種是單葉雙曲面，是由一條直母線，繞不共面的一條基準(zhǔn)線生成。另一類型是雙曲拋物面，由空間中兩條不共面的直線進(jìn)行雙軌掃掠形成的曲面，因外形類似一只馬鞍又名馬鞍面，在建筑工程中常應(yīng)用于屋面結(jié)構(gòu)。單葉雙曲面和雙曲拋物面都是由兩族直母線組成的曲面，屬于不可以展開的曲面。
旋轉(zhuǎn)曲面：由母線為一條平面曲線，繞其平面上的一條軸旋轉(zhuǎn)一周形成的曲面稱為旋轉(zhuǎn)曲面，常見如球面，橢球面，環(huán)面，單葉雙曲面和雙曲拋物面(后兩者同時(shí)也屬于上文所述的直紋面)等。
球面在建筑工程中應(yīng)用非常廣泛，進(jìn)行表皮劃分的方式一種是傳統(tǒng)的沿球體經(jīng)緯線方向進(jìn)行分格，現(xiàn)在對(duì)球面進(jìn)行三角化也越來越常見。三角化分格方式容易出現(xiàn)局部規(guī)則與大面不一致的情況，需要不斷進(jìn)行調(diào)試和優(yōu)化才能得到比較理想的結(jié)果。橢球面在建筑工程中的運(yùn)用相對(duì)較少，經(jīng)典應(yīng)用項(xiàng)目有國(guó)家大劇院等。
1.2.3、建筑結(jié)構(gòu)：
鋼結(jié)構(gòu)具有良好的造型可塑性作為建筑師的創(chuàng)意載體，另外具有良好的延展性、抗震（詞條“抗震”由行業(yè)大百科提供）性能優(yōu)異、自重小的優(yōu)點(diǎn)，便于組合出大型結(jié)構(gòu)。依附于主體鋼結(jié)構(gòu)的幕墻結(jié)構(gòu)，也容易跟隨呈現(xiàn)出龍骨大跨度，面材大分格的特點(diǎn)。由于鋼結(jié)構(gòu)采用工廠生產(chǎn)、整體構(gòu)件安裝的工藝，也帶來了施工誤差較大的問題,特有的卸載工序?qū)е虏痪鶆?a target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>變形，使幕墻設(shè)計(jì)需要充分考慮安裝調(diào)節(jié)和安裝后適應(yīng)位移的需求。如采用混凝土作為主體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)需要特別注意運(yùn)用BIM平臺(tái)進(jìn)行碰撞檢測(cè)，避免表皮與結(jié)構(gòu)出現(xiàn)干涉。
二、設(shè)計(jì)流程
異形外圍護(hù)結(jié)構(gòu)與常規(guī)形式工程的設(shè)計(jì)流程基本相同，主要差異體現(xiàn)在前期的建筑形體分析作為后續(xù)設(shè)計(jì)工作開展和深化的基礎(chǔ)。按照先后順序可以分為以下幾個(gè)大的階段。
2.1、理解建筑設(shè)計(jì)的意圖和邏輯
異形建筑的表現(xiàn)性和重難點(diǎn)都在于“形”，理解建筑設(shè)計(jì)創(chuàng)作的本意及外形的成型邏輯是后續(xù)設(shè)計(jì)工作開展的前提。這里以光谷國(guó)際網(wǎng)球中心主賽館建筑設(shè)計(jì)思路的理解和表皮生成邏輯的分析為例來予以說明。
光谷國(guó)際網(wǎng)球中心主場(chǎng)館整體呈現(xiàn)“旋風(fēng)球場(chǎng)”、“皇冠球場(chǎng)”的寓意，建筑單體外表皮以旋轉(zhuǎn)提升的豎向桿件構(gòu)筑出建筑飛揚(yáng)的動(dòng)態(tài)感，64根傾斜旋轉(zhuǎn)的三角截面鋼結(jié)構(gòu)桿件既形成“旋風(fēng)”的造型意象，又充當(dāng)外幕墻結(jié)構(gòu)的主龍骨。建筑主體入口處的起伏飄帶采用無縫處理的白色氟碳噴涂不銹鋼表皮圓滑連續(xù)，配合門廳部位視覺通透的大幅面的單索玻璃幕墻，以合理的建筑平衡點(diǎn)營(yíng)造出富有吸引力與沖擊力的入口空間。整個(gè)建筑的外表皮是由“面材”和“桿件”兩大體系構(gòu)成。
本建筑外表皮形體的另一大特點(diǎn)便是“基準(zhǔn)母線旋轉(zhuǎn)成型”，在相同標(biāo)高的位置具有相同的幕墻形式，即本工程存在一個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)墻身”。解決好該墻身中各系統(tǒng)重難點(diǎn)問題，處理好各個(gè)幕墻系統(tǒng)交界部位作法，便能打通本工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵線路。
2.2、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料的選擇
建筑師的設(shè)計(jì)構(gòu)想形成建筑方案設(shè)計(jì)，效果則由材質(zhì)來作為體現(xiàn)。外圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料的選擇主要為面材與受力構(gòu)件兩個(gè)方面。
2.2.1、面板材料的選擇
若材料本身為柔性材質(zhì)，具有良好的可塑性，適合應(yīng)用于復(fù)雜造型的外表皮。一般金屬板材，如鋁板、不銹鋼板、金屬屋面板等都屬于此類，在異形建筑中較為常見。
相對(duì)而言剛性材料不適合應(yīng)用于異形建筑中。比如天然石材（詞條“天然石材”由行業(yè)大百科提供），由于自身做出曲面外觀的工藝性較差，材質(zhì)又無法適應(yīng)較大的彈性變形，為了貼合造型變化不得不將分格設(shè)計(jì)的非常零碎，在曲面變化較為劇烈的部位難以將分格和效果統(tǒng)一起來。因接縫變多，積灰污染問題也會(huì)嚴(yán)重影響外立面效果。
玻璃材料是異形建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的常用的透光面材，一方面在于玻璃可通過生產(chǎn)加工完成單曲和雙曲的彎弧，另一方面在于玻璃安裝時(shí)可采用“冷彎（詞條“冷彎”由行業(yè)大百科提供）工藝”：利用玻璃自身有一定彈性變形能力，在安裝時(shí)允許玻璃存在翹曲。不在同一平面上的四點(diǎn)玻璃翹曲值一般應(yīng)小于短邊長(zhǎng)的1%。除了經(jīng)驗(yàn)值，我們也能通過力學(xué)計(jì)算和力學(xué)試驗(yàn)的方式來驗(yàn)證設(shè)計(jì)的安全性。在光谷國(guó)際網(wǎng)球中心的雙曲面菱形分格點(diǎn)式玻璃幕墻設(shè)計(jì)中，由于玻璃翹曲值最大達(dá)到40mm，我們?cè)诮Y(jié)構(gòu)計(jì)算過程中考慮了40mm的初始變形導(dǎo)致的應(yīng)力，同時(shí)通過專用球鉸夾具來保證安全性。
2.2.2、受力構(gòu)件材料選擇
鋁合金型材（詞條“鋁合金型材”由行業(yè)大百科提供）具有良好的加工性能，而型鋼作為龍骨可實(shí)現(xiàn)大跨度的結(jié)構(gòu)需求，無論鋁合金型材還是型鋼，難點(diǎn)主要在表皮曲面法線方向的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致的截面扭轉(zhuǎn)，而無需扭轉(zhuǎn)的圓形截面桿件成為龍骨構(gòu)件的合理備選形式。例如在武漢五環(huán)體育中心體育場(chǎng)的橫向大跨度起伏飄帶的設(shè)計(jì)中，就采用了鋼圓管作為橫向鋼龍骨，避免了矩形龍骨在彎弧的同時(shí)附帶截面扭轉(zhuǎn)，優(yōu)化了工藝。
除了龍骨體系的剛性結(jié)構(gòu)，采用拉索體系的柔性結(jié)構(gòu)也常見于各種錐面、柱面甚至雙曲面形體中。由于拉索結(jié)構(gòu)反力較大，需要在建筑設(shè)計(jì)階段根據(jù)反力大小和構(gòu)造需求，協(xié)同主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)好拉索幕墻的邊界條件。
2.3、系統(tǒng)分類與形體分析
在完成建筑方案的整體理解、材料選擇工作后，設(shè)計(jì)流程進(jìn)入到立面系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)階段。在本階段中，依舊是將形體特點(diǎn)作為重點(diǎn)，即通過對(duì)外立面的區(qū)分和歸類，將不同的立面區(qū)域采用不同的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)。
2.3.1、整體考量，尋找規(guī)律
在建筑進(jìn)行整體理解基礎(chǔ)上，尋找主體和局部間的規(guī)律，看看是否存在軸對(duì)稱或者中心對(duì)稱的關(guān)系，以便找到可重復(fù)借鑒的區(qū)域，減少設(shè)計(jì)的整體工作量。
2.3.2、分類分區(qū)，針對(duì)設(shè)計(jì)
在按傳統(tǒng)方式進(jìn)行幕墻系統(tǒng)分類后，需要進(jìn)一步根據(jù)外形變化的方式和程度對(duì)各幕墻系統(tǒng)再次分析，得到變化極值范圍，不同的區(qū)間對(duì)應(yīng)不同的做法。例如光谷國(guó)際網(wǎng)球中心的菱形雙曲面玻璃的形體分析過程就體現(xiàn)出了不同區(qū)域不同方案的思路。
該工程主要立面的幕墻分格采用菱形劃分，由于建筑形體類似“皇冠”，因此對(duì)于每塊幕墻面材實(shí)際都是一個(gè)左右對(duì)稱，上夾角略大于下夾角的特殊四邊形。為了用四邊形平面擬合翹曲，我們進(jìn)行了絕對(duì)翹曲值和相對(duì)翹曲值兩個(gè)階段的分析。具體到一個(gè)節(jié)點(diǎn)處的進(jìn)出構(gòu)造，足以容納一定范圍的翹曲，再配以實(shí)例中已經(jīng)應(yīng)用比較多的玻璃“冷彎”安裝工藝，在保證完成效果的前提下曲率較為平緩的菱形玻璃可用平板玻璃來實(shí)施。通過BIM軟件的分析，以橫向排煙窗為界，上部彩釉玻璃為熱彎區(qū)域，下部普通立面為平面玻璃。對(duì)需要進(jìn)行熱彎處理玻璃，由分析得出5個(gè)不同半徑組成的最優(yōu)半徑組合，使優(yōu)化后的表皮與原始造型最大程度保持一致。
2.3.3、定值分析，簡(jiǎn)化變量
外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的表皮完成面與主體結(jié)構(gòu)邊緣之間存在著一系列層次關(guān)系。在層次關(guān)系中應(yīng)盡量減少參數(shù)種類和變量，為深化設(shè)計(jì)降低難度。包括結(jié)構(gòu)邊緣線、龍骨表面定位線、表皮完成面、外附裝飾構(gòu)件邊緣線等進(jìn)出偏移尺寸，盡量將其固化為定值。而上述構(gòu)件之間的調(diào)節(jié)構(gòu)造尺寸則可以設(shè)計(jì)為變量，用來適應(yīng)立面造型的變化。例如五環(huán)體育中心豎向單索玻璃幕墻外掛穿孔板（詞條“穿孔板”由行業(yè)大百科提供）飄帶系統(tǒng)從配合建筑初步方案設(shè)計(jì)到最終施工圖設(shè)計(jì)，都明晰的設(shè)定了定值和變量。
作為該建筑的主要立面形式，豎向單索玻璃幕墻的水平輪廓投影為橢圓形，同時(shí)在豎向呈現(xiàn)出84°的外傾角，豎向鋼拉索長(zhǎng)度跟隨檐口造型的起伏在10～15米范圍內(nèi)變化。單索幕墻外分布有三條鋁板飄帶，三條飄帶固定（詞條“固定”由行業(yè)大百科提供）外傾角為73°，沿橢圓形平面輪廓掃掠同時(shí)高度方向起伏成型。以上定位尺寸和角度是在建筑設(shè)計(jì)階段確定為定值。
考慮到外露桿件盡量纖細(xì)輕巧，飄帶鋁板采取了四點(diǎn)支撐的固定方式。由拉索轉(zhuǎn)接不銹鋼撐桿裝置穿過豎向玻璃膠（詞條“玻璃膠”由行業(yè)大百科提供）縫，在玻璃外端固定住飄帶鋁板。撐桿的主體為一根螺紋套管，本身能有±80mm的調(diào)節(jié)量作為初步調(diào)節(jié)。撐桿前端的齒板齒墊能使鋁板在進(jìn)出方向約有20mm左右的調(diào)節(jié)量為第二步的精確調(diào)節(jié)。
以上的定性分區(qū)，擬合優(yōu)化，定值變值關(guān)系等一系列的“形體分析”是異形工程所特有的設(shè)計(jì)過程，沒有這些分析結(jié)果，后續(xù)的節(jié)點(diǎn)方案設(shè)計(jì)中所設(shè)置的各種調(diào)節(jié)構(gòu)造便沒有數(shù)據(jù)支撐，這也是和常規(guī)工程在設(shè)計(jì)流程上最顯著的差別。
2.4、節(jié)點(diǎn)方案的設(shè)計(jì)思路與構(gòu)造設(shè)計(jì)方法
在完成了上述“形體分析”后，設(shè)計(jì)進(jìn)程來到了具體的節(jié)點(diǎn)方案設(shè)計(jì)階段，也是整個(gè)設(shè)計(jì)流程的重點(diǎn)所在。由于異形工程本身的特殊性，為了實(shí)現(xiàn)“合理、經(jīng)濟(jì)、美觀”等主要目的，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案可沿以下思路進(jìn)行推進(jìn)：
從藝術(shù)創(chuàng)作漸進(jìn)到工程實(shí)施 從陌生到有既往經(jīng)驗(yàn)可循
從無規(guī)無序到定尺定量 從耗費(fèi)巨資到造價(jià)合理
2.4.1、利用材料自身特性
在幕墻的常用材料中，有的本身就是柔性材質(zhì)，如金屬板、膠條等，在工程表面較為平滑，分格間都是細(xì)微變化時(shí)可加以運(yùn)用。例如銀河SOHO項(xiàng)目檐口曲面鋁板，根據(jù)橫向分格較長(zhǎng)的特點(diǎn)，利用鋁單板自身為柔性材料的特性，設(shè)置同一底座上采用兩個(gè)轉(zhuǎn)接構(gòu)件為一組，分別固定住通長(zhǎng)的橫向靠尺型材和豎向加強(qiáng)筋，采用現(xiàn)場(chǎng)冷彎工藝將鋁板找形完成。
又如上海世博軸陽光谷，通過弧形玻璃邊框壓縮帶空腔的膠條產(chǎn)生形變，實(shí)現(xiàn)不同三角形玻璃之間的折面角度漸變，不論夾角為正還是為負(fù)都能良好適應(yīng)。
2.4.2、運(yùn)用各種帶調(diào)節(jié)的構(gòu)造
在異形幕墻節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常采用齒板、合頁、環(huán)箍、套筒、掛鉤掛軸、弧形邊框等構(gòu)造元素融入設(shè)計(jì)方案中。如銀河SOHO項(xiàng)目的檐口鋁板，每塊檐口正面鋁板采用上下兩排各7格掛點(diǎn)進(jìn)行掛裝，使用帶齒環(huán)箍作為安裝底座，配合多維調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)接件(該零件可實(shí)現(xiàn)上下、前后、左右、旋轉(zhuǎn)等多向調(diào)節(jié))適應(yīng)鋁板內(nèi)傾的漸變夾角。
又如上海東方體育中心運(yùn)用的套筒轉(zhuǎn)接件和鋁板安裝掛座。柱腿部位鋼龍骨為水平布置，橫梁部位鋼龍骨為垂直布置，都和鋁板加強(qiáng)筋構(gòu)成橫豎交叉，在其交點(diǎn)處布置可調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)接系統(tǒng)將鋁板固定。由于受力點(diǎn)均布于板面，可大大減小固定點(diǎn)的數(shù)量，使調(diào)節(jié)次數(shù)和難度降低。套筒轉(zhuǎn)接件便是通過圓套管的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)和進(jìn)出調(diào)節(jié)，在走向?yàn)殡S機(jī)布置的主體鋼結(jié)構(gòu)桿件上，能始終保持幕墻鋼龍骨的水平或垂直。
鋁板采用室內(nèi)掛裝的方式，通過固定于鋼龍骨上的帶齒板掛座和固定于加強(qiáng)筋型材上的掛鉤進(jìn)行掛裝，掛接系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)充分的三維調(diào)節(jié)。掛鉤型材、U形掛座型材和C形滑槽型材可同時(shí)適用于柱腿鋁板和橫梁鋁板兩種安裝節(jié)點(diǎn)。
2.4.3、對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化
在異形工程設(shè)計(jì)中，“以折代曲，單曲擬合雙曲”是經(jīng)常使用的設(shè)計(jì)原則。在滿足原建筑設(shè)計(jì)效果的前提下，讓加工、施工更高效、更可實(shí)現(xiàn)。例如光谷國(guó)際網(wǎng)球中心檐口雙曲面菱形分格鋁板為雙曲面鋁板，為避免沿板邊固定的方式導(dǎo)致龍骨截面扭轉(zhuǎn)，采用了4點(diǎn)固定方式。從屋面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)（詞條“網(wǎng)架結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供）開始，依次布置有檁條→豎向鋼龍骨→環(huán)向鋼龍骨→π型固定件→面板。外層雙曲鋁板安裝為龍骨邊框二合一，壓塊四點(diǎn)固定的方式�！唉行娃D(zhuǎn)接件”可以在環(huán)向龍骨初步定位的基礎(chǔ)上進(jìn)行更精細(xì)的進(jìn)出調(diào)整。固定處兩塊鋁板間細(xì)微的角度變化，則通過圓頭膠條來適應(yīng)。
對(duì)于更普遍的“以折帶曲”的設(shè)計(jì)方法，在此提供一個(gè)經(jīng)驗(yàn)性的幾何原則供參考：兩弦長(zhǎng)夾角保持在175度以上、弦長(zhǎng)L控制在半徑1/10以內(nèi)、圓弧拱高h(yuǎn)控制在15mm以內(nèi)。滿足以上前提即可通過以折帶曲的方式來擬合。
2.5、成果輸出
2.5.1、科學(xué)合理的材料編號(hào)方式
異形建筑的表皮分格往往呈現(xiàn)出逐漸變化的特點(diǎn)，導(dǎo)致龍骨桿件的長(zhǎng)度、面板材（詞條“板材”由行業(yè)大百科提供）料的輪廓尺寸都是“外觀看起來相似，數(shù)值有細(xì)微差別”。設(shè)計(jì)成果輸出的材料編號(hào)除了要區(qū)別不同的材質(zhì)、種類、規(guī)格，最好能賦予一定的邏輯性，便于理解，能讓使用者方便的找到它，安裝到正確的部位。例如在上海東方體育中心項(xiàng)目中，就充分利用了形體上存在對(duì)稱關(guān)系來進(jìn)行材料編號(hào)，最后達(dá)到的作用就是只需查看編號(hào)，工程上所用的16480塊鋁板就能各得其所，清晰的找到對(duì)應(yīng)的安裝部位。
2.5.2、訂單與加工圖表達(dá)借助模型，以準(zhǔn)確高效為原則
根據(jù)加工的工藝需求選擇合適的表達(dá)方式，平面圖形與參數(shù)表單相結(jié)合，同時(shí)提供桿件和面材的零件加工模型互為校對(duì)。目前材料生產(chǎn)廠家大多有較強(qiáng)的深化設(shè)計(jì)能力，應(yīng)充分溝通發(fā)揮其作用。例如銀河SOHO項(xiàng)目的鋁板面積約有5萬㎡，且均為單一尺寸規(guī)格，沒有完全相同的兩塊鋁板。通過BIM深化的模型完全還原幕墻方案，模型完成后直接由BIM軟件導(dǎo)出鋁板模型發(fā)往生產(chǎn)廠家，輸入數(shù)控加工設(shè)備進(jìn)行面材下料和生產(chǎn)。加工圖和特征參數(shù)表則作為廠家出廠自檢和到場(chǎng)驗(yàn)貨的依據(jù)。
2.5.3、成果文件校對(duì)
BIM軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)輸出過程高效，但數(shù)據(jù)量往往十分巨大，不便于檢查校對(duì)�？刹捎秒p線操作，將結(jié)果進(jìn)行比對(duì)的方式來提高準(zhǔn)確性。例如上海東方體育中心項(xiàng)目綜合館共有8240塊各不相同的鋁板，軟件生成的加工數(shù)據(jù)巨大，采用兩位設(shè)計(jì)師同時(shí)操作輸出，導(dǎo)入電子表格軟件中用函數(shù)批處理進(jìn)行結(jié)果對(duì)比查錯(cuò)，有效的保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
三、設(shè)計(jì)要點(diǎn)
在上述介紹設(shè)計(jì)流程的內(nèi)容中，已經(jīng)分階段對(duì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了介紹。在此對(duì)異形工程的整體設(shè)計(jì)組織、結(jié)構(gòu)條件、BIM應(yīng)用等注意事項(xiàng)做一些補(bǔ)充。
3.1，設(shè)計(jì)組織特點(diǎn)
與建筑師的溝通反饋、與周邊專業(yè)的跨專業(yè)協(xié)調(diào)、設(shè)計(jì)過程的把控、與生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)的結(jié)合是異形工程設(shè)計(jì)的主要工作量體現(xiàn)。在方案上以多角度的思考作為基礎(chǔ)，充分顧及到建筑效果、規(guī)范條文、造價(jià)限制、材料特點(diǎn)、生產(chǎn)加工、安裝工藝、周邊專業(yè)、后期維護(hù)等與外圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體生命周期相關(guān)的方方面面，根據(jù)工程的個(gè)性特點(diǎn)和技術(shù)重難點(diǎn)開展針對(duì)性的設(shè)計(jì)。
3.2，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
非常規(guī)的外形往往伴隨著非常規(guī)的結(jié)構(gòu)。異形工程的結(jié)構(gòu)布置、節(jié)點(diǎn)處理都與常規(guī)工程有著很大不同，需要根據(jù)各個(gè)工程的特點(diǎn)來選擇合適的結(jié)構(gòu)形式、合理的結(jié)構(gòu)布置。例如光谷國(guó)際網(wǎng)球中心的主入口門廳，立面幕墻采用了豎向單索形式，門斗為鋼結(jié)構(gòu)門架帶室外懸挑雨篷。門架鋼結(jié)構(gòu)同時(shí)受到雨篷和索結(jié)構(gòu)的影響：雨棚懸臂結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)力、立面玻璃幕墻受風(fēng)荷載傳遞到鋼架上的水平力、豎向鋼索對(duì)門架的拉力相互疊加產(chǎn)生影響。
為了減小門架結(jié)構(gòu)和上方圓拱鋼梁的反力，采用了類似“張弦梁”的結(jié)構(gòu)形式：在門架和圓拱梁之間增加一根橫向鋼索并施以較大的預(yù)應(yīng)力，橫索與豎索交叉處進(jìn)行連接，相當(dāng)于給豎索增加了中間支點(diǎn)，同時(shí)橫索對(duì)圓拱梁存在加強(qiáng)效應(yīng)，在豎索撓度不變的情況下減小了預(yù)拉力。
3.3，BIM技術(shù)的貫穿
如前文所述，建筑師在進(jìn)行建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)，平面功能分區(qū)和立面效果是分開進(jìn)行考慮的。異形建筑本身的設(shè)計(jì)工作是復(fù)雜的龐大系統(tǒng)，同時(shí)并行多項(xiàng)專業(yè)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)手法很難高效協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)條件，而近年來參數(shù)化設(shè)計(jì)方式的出現(xiàn)，模糊了建筑平面與立面在設(shè)計(jì)上的空間和時(shí)間界限，各專業(yè)在統(tǒng)一的BIM模型上開展深化設(shè)計(jì)工作。BIM的作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)大的階段：
3.3.1，建筑原始模型的特征分析，并按照表皮邏輯完成模型初步深化
通過對(duì)邏輯的理解與執(zhí)行，完成表皮的分格、龍骨桿件的布置與生成、轉(zhuǎn)接件等全部按實(shí)際實(shí)施情況在數(shù)字空間進(jìn)行實(shí)施，以期對(duì)后續(xù)過程的準(zhǔn)確控制。
3.3.2，施工圖設(shè)計(jì)時(shí)檢驗(yàn)?zāi)粔Ψ桨傅暮侠硇院涂蓪?shí)施性支持節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
通過BIM取得節(jié)點(diǎn)調(diào)節(jié)構(gòu)造需適應(yīng)的范圍值，以此基礎(chǔ)完成節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。同時(shí)對(duì)第一步取得的成果文件進(jìn)行碰撞檢查，避免構(gòu)件干涉。例如武漢光谷國(guó)際網(wǎng)球中心門廳單索幕墻。由于受風(fēng)壓（詞條“風(fēng)壓”由行業(yè)大百科提供）影響變形較大，為了能設(shè)計(jì)出具有合適調(diào)節(jié)能力的點(diǎn)式玻璃夾具，我們用BIM模型復(fù)現(xiàn)風(fēng)壓變形圖，分析在風(fēng)壓最大變形狀態(tài)下，玻璃面板（詞條“玻璃面板”由行業(yè)大百科提供）的點(diǎn)式夾具需要具備的角度調(diào)節(jié)范圍。
3.3.3，對(duì)深化設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)支持
通過對(duì)分格定位點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行設(shè)定和自動(dòng)提取，為現(xiàn)場(chǎng)安裝空間構(gòu)件(龍骨，面材，轉(zhuǎn)接件等)提供現(xiàn)場(chǎng)定位。利用實(shí)際的構(gòu)件加工模型，反饋出長(zhǎng)度，角度，孔位等加工數(shù)據(jù)，以加工圖結(jié)合數(shù)據(jù)表的形式進(jìn)行批量輸出。
3.4，重視樣墻的驗(yàn)證和優(yōu)化作用
在建筑效果的深化設(shè)計(jì)完成后，往往會(huì)制作實(shí)體樣墻，利于提前驗(yàn)證設(shè)計(jì)，盡早暴露問題，優(yōu)化大面實(shí)施。通過樣墻驗(yàn)證主要幕墻系統(tǒng)方案，同時(shí)對(duì)于主體結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的誤差作初步的掌握并提前準(zhǔn)備對(duì)策，可極大的方便后續(xù)大面實(shí)施。
結(jié)語
隨著建筑設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)概念的革新以及設(shè)計(jì)工具和施工技術(shù)的進(jìn)步。建筑外立面從單一化、規(guī)整化向多元化、復(fù)雜化發(fā)展。以上內(nèi)容詳細(xì)介紹了異形建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)流程、思路和方法。通過提前進(jìn)行形體分析，把握工程的特點(diǎn)和重難點(diǎn)，為系統(tǒng)構(gòu)造設(shè)計(jì)提供充分的設(shè)計(jì)依據(jù);在構(gòu)造設(shè)計(jì)和成果輸出上考慮生產(chǎn)加工和安裝的工藝性，降低施工難度，縮短建設(shè)周期;在工作方法上充分運(yùn)用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的貫穿，以達(dá)到預(yù)期的建筑構(gòu)想。
作者單位：武漢凌云建筑裝飾工程有限公司
