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本文將圍繞“廣州萬達文化旅游城秀場”幕墻工程的設計與施工為主線，詳細對“點支撐扭轉雙曲面彩繪金屬板”幕墻技術應用，展開解析。
關鍵詞：點支撐扭轉雙曲面幕墻，彩繪金屬板，犀牛+grasshopper參數化，多重放線技術，支座多維調節技術
1、 工程概況
廣州萬達文化旅游城秀場項目(以下簡稱“秀場”)，又叫粵秀，位于廣州市花都區花城街羅仙村，平步大道以北，鳳凰北路以西，是國際演藝大師弗蘭克·德貢先生以“石頭記”為主題，傾心打造的高科技舞臺秀，是廣州萬達文化旅游城的核心項目(圖1.1)。
“秀場”的幕墻總面積約31000平方米，總高度：30.65米，幕墻系統主要有異形鋁板幕墻、玻璃幕墻、涂料、門等;“秀場”外立面為雙曲形狀，主要由造型各異的三角形彩繪鋁板構成，整體猶如飄動的紅色綢緞(圖1.2)。
“秀場”彩繪鋁板多達14667件，約1.4萬平方米，花紋樣式達數萬種，每塊鋁板的尺寸及圖案均不相同;整體構圖飽滿、繁而不亂，遠看非常醒目，近看又精細圓潤，穿孔鋁板+豐富多變的表面圖案，為建筑“繡”出了一件色彩鮮艷、富麗堂皇的外衣。整個“秀場”建筑猶如一件不可多得的藝術品，這種獨特的形象將成為標志性城市雕塑。(圖1.3)。
2、 幕墻設計介紹
2.1建筑造型分析
“秀場”外層表面為扭轉雙曲面彩繪鋁板幕墻，曲率最大的位置主要分布在紐紋的凹凸部位及各入口上方部位。首先，對該模型進行外層表皮優化分析，采用參數化分格劃分、面板（詞條“面板”由行業大百科提供）優化等技術進行深化設計，將主體大面幕墻劃分為三角形板塊，通過雙曲面板塊優化技術擬合成平板的三角形板塊，將入口幕墻劃分為雙曲面造型的四邊形板塊(圖2.1);其次，對外立面的彩繪圖案進行分析，主體大面幕墻彩繪圖案有三種顏色，劃分后的三角形鋁板由雙色或三色組成;入口幕墻主色調為金色，為雙曲面四邊形雙色鋁板;最后，根據建筑要求將主體大面幕墻面板設置為穿孔板且在鳳凰圖案邊緣設置燈孔(圖2.2)。
2.2三角形鋁板幕墻系統構成
“秀場”如此復雜的扭轉雙曲面造型，設計的關鍵是采用平面三角形鋁板進行拼接，最終完美呈現其自然的扭轉形態。
我方對項目進行可行性研究分析，充分考慮設計、加工、施工、成本、工期等因素，結合多年的雙曲面金屬幕墻技術應用經驗，提出了一套點支撐扭轉雙曲面金屬板幕墻系統。我方一貫堅持“技術引路、樣板先行”的原則，特此制作了400平方米的幕墻樣板，通過幕墻項目各主要參與方的研究，確定采用點支撐扭轉雙曲面金屬板幕墻技術進行項目應用(圖2.3、圖2.4)。
點支撐扭轉雙曲面金屬板幕墻系統，很好地解決“秀場”外立面造型問題。本建筑從主體鋼結構到外立面幕墻，由內向外分為屋面功能層和屋面裝飾層，兩者緊密聯系，一氣呵成，完美體現建筑特色。(圖2.5)
2.3屋面功能層設計
屋面功能層主要包括：TPO防水卷材、鍍鋅鋼板、鍍鋅（詞條“鍍鋅”由行業大百科提供）鋼龍骨、保溫巖棉。此層為異形幕墻系統的功能層，位于主體鋼結構之外，屋面裝飾層之內，是建筑各項功能得以實現的保證，如保溫性能、防水性能、氣密性能等。
防水保溫層由內向外的構成及其作用分別為：(1)100mm厚保溫巖棉。(2)60×40×3mm鍍鋅鋼方管，作為屋面防水層的支撐龍骨。(3)1.2mm厚鍍鋅鋼板，作為屋面防水層的底板。(4)TPO防水卷材，屋面防水層，鋪設于功能層的最外側，起到為整個建筑防水密封的作用。
考慮本項目的造型復雜扭曲，本工程選用柔性的防水層進行防水。我司采用了TPO防水卷材作為屋面防水層，即熱塑性聚烯烴類防水卷材，是近年盛行的一種新材料，其具有以下特點：
1) TPO防水卷材綜合了EPDM和PVC的性能優點，具有前者的耐候能力、低溫柔度和后者的可焊接特性。
2) 與傳統的塑料不同，在常溫顯示出橡膠（詞條“橡膠”由行業大百科提供）高彈性，在高溫下又能像塑料一樣成型。
3) 不加增塑劑，具有高柔韌性，不會產生因增塑劑遷移而變脆的現象，保持長期的防水功能。
4) 具有良好的加工性能和力學性能，并且具有高強焊接性能。
5) 優異的低溫柔韌性能，在-40℃下仍保持柔韌性，在較高溫度下能保持機械強度。
6) 優異的耐化學性，耐酸、堿、鹽、動物油、植物油、潤滑油腐蝕，耐藻類、霉菌等微生物生長。
7) 在兩層TPO材料中間加設一層聚酯纖維（詞條“聚酯纖維”由行業大百科提供）織物后，可增強其物理性能、提高其斷裂強度、抗疲勞、抗穿刺能力。
8) 具有抗老化、拉伸強度高，伸長率大、潮濕屋面可施工、外露無須保護層、施工方便、無污染等綜合特點，十分適用于作為輕型節能屋面的防水層。
該防水卷材作為本工程的屋面防水層，具有施工工藝簡單快捷，縮短施工周期，并且可以很好的適應建筑造型等優點。(如圖2.6、圖2.7)
支撐鋼方管龍骨穿出TPO防水卷材的位置，在卷材開口處套上TPO防水卷材套管，并與屋面防水卷材進行焊接，保證屋面的整體防水性能。
2.4 屋面裝飾層設計
屋面裝飾層主要包括：點支撐龍骨系統、鋁板多維調節支座系統、彩繪鋁板。
點支撐龍骨系統主要包括：槽鋼底座、鍍鋅鋼方管龍骨、鑄鋁圓底盤。該系統構造特點如下：
□80×5mm鍍鋅鋼方管為鋁板點支撐主龍骨，其一端通過14#槽鋼與主體鋼結構連接。安裝在主體鋼結構上的14#槽鋼開口兩端加4mm鋼板封堵，鋼板封堵前需確保槽鋼內部空間干燥，鋼板封堵與主體鋼結構接觸面密封膠封堵，形成完好的密封性能，防止槽鋼內部腐蝕(圖2.8、圖2.9)。
80×5mm鍍鋅鋼方管的另一端連接鑄鋁圓底盤，鑄鋁圓底盤背面設有與鍍鋅鋼方管相配合的嵌套方管，鑄鋁圓底盤的嵌套方管只需與□鍍鋅鋼方管對準，鑄鋁圓底盤便可以嵌套在鍍鋅鋼方管上，鑄鋁圓底盤與鍍鋅鋼方管有20mm的調節空間，可滿足鑄鋁圓底盤的進出調節定位，定位后，通過嵌套方管的圓孔與鍍鋅鋼方管圓孔進行對孔，穿入2-M6×110mm螺栓組擰緊，完成鑄鋁圓底盤安裝(圖2.10、圖2.11)。
鋁板多維調節支座系統主要包括：L型鋁轉接件、鋸齒方墊片、轉軸、螺栓組等(如圖2.12、圖2.13)。此支座系統能很好的實現扭轉雙曲面鋁板幕墻的調節安裝，并通過微調節保證鋁板幕墻的精度要求，具體如下：
L型鋁轉接件連接鋁板與鑄鋁圓底盤。L型鋁轉接件：包括與鑄鋁圓底盤連接的轉接件一、與鋁板連接的轉接件二，轉接件一與轉接件二均設有空心圓柱端，轉接件一空心圓柱中部銑口，轉接件二空心圓柱兩邊銑口，轉接件一的銑口與轉接件二的銑口相互配合，通過M8×65mm不銹鋼螺栓組裝成一體，形成轉軸系統，使得L型鋁轉接件自由轉動。轉接件一上開有圓孔，轉接件二上開有長圓孔(如圖2.14、圖2.15)。
三角形鋁板安裝前，以三個鑄鋁圓底盤為一塊鋁板安裝單元，鑄鋁圓底盤直徑為350mm，可滿足鋁板拼接端的匯集及L型鋁轉接件移動調節定位。根據鋁板安裝要求：(1)通過鑄鋁圓底盤與□80×5鍍鋅鋼方管之間20mm的安裝空間，可進行鑄鋁圓底盤的進出調節;(2)通過移動L型鋁轉接件完成鋁板安裝的初步定位;(3)L型鋁轉接件可自由轉動，通過繞轉軸方向轉動，完成鋁板繞轉軸方向的調節定位;(4)通過L型鋁轉接件的長圓孔，可完成鋁板的上下調節定位;(5)同時，鋁板可繞轉接件二上M6×25mm螺栓轉動，此部分定位完成后，鋸齒方墊片鋸齒與L型鋁轉接件鋸齒咬合固定（詞條“固定”由行業大百科提供），擰緊M6×25mm螺栓，完成整個鋁板的安裝調節。通過以上三維六向的鋁板調節定位，有效保證了鋁板的安裝精度，使其可適應雙曲面等異形金屬幕墻的應用。具體調節結合附圖A說明如下：
設置X,Y,Z方向坐標，鋁板安裝過程可進行如下調節：(1)鑄鋁圓底盤的進出調節(Y 軸方向調節±20mm);(2)移動L型鋁轉接件(X軸方向調節±20mm，Z 軸調節±20mm);(3)L型鋁轉接件可自由轉動(繞Z軸旋轉調節);(4)通過L型鋁轉接件的長圓孔(Y 軸方向調節±20mm);(5)繞轉接件二上M6×25mm螺栓轉動(繞X軸旋轉調節)。(如圖2.16～2.17)
面板：3mm厚彩繪穿孔鋁板，鋁板折邊連接2mm鋼板副框，鋼副框呈Z字形，設置L形鋁條與鋁板背部的角鋁連成整體加強肋，加強肋成三角形布置(如圖2.18、圖2.19)。
2.5 入口雙曲面四邊形鋁板系統的設計
入口的雙曲面四邊形鋁板幕墻，其系統的設計思路基本與三角形鋁板幕墻一致，其不同點主要體現如下：
(1)面板為雙曲面造型，加強肋隨短邊方向間隔布置，鋁板加強肋與鋁板同時彎弧，需保證弧度;
(2)采用構件式龍骨及點支撐組合形式，以四個鑄鋁圓底盤為一塊鋁板安裝單元;
(3)此系統為閉縫鋁板，泡沫棒+耐候密封膠（詞條“耐候密封膠”由行業大百科提供）填縫。(如圖2.20～2.22)
3、 幕墻加工介紹
3.1異形鋁板加工
本項目彩繪鋁板多達14667件，約1.4萬平方米，花紋樣式達數萬種，每塊鋁板的尺寸及圖案均不相同，同時板塊之間需要對紋、接縫，任何細小的誤差都會被累積放大，最終導致幕墻達不到預期的效果，加工難度極大。
從單純的鋁板加工角度來看，鋁板加工廠下料、沖孔、焊接組裝等日產量在500㎡，但本項目雙色鋁板及三色鋁板的圖案紙需要通過激光雕花紋、人工貼圖案紙、多次噴涂等工序，彩繪鋁板的日產量在200㎡左右。“秀場”工期緊，面對如此大量的、復雜的鋁板加工工作，必須制定切實可行的鋁板加工計劃，采取有效的措施推進鋁板的加工進度。
(1)我司與鋁板加工廠之間密切聯系，確保鋁板加工工作順利進行。我司根據深化模型完成扭轉雙曲面鋁板提料，交付鋁板廠進行加工，與鋁板廠加工銜接工作十分重要，確保鋁板廠按鋁板提料要求進行加工。鋁板提料資料包括：鋁板花紋模型、鋁板加工尺寸及編號、花紋加工說明、二維提料單及帶有填充圖案的鋁板加工圖。(如圖3.1、圖3.2)
(2)由于本項目工期緊，扭轉雙曲面鋁板施工難度大，結合實際的鋁板加工工藝，制定切實可行鋁板加工計劃。
(3)根據我司提供的帶花紋圖案填充的鋁板加工圖(填充圖案采用參數化模塊生成，精度高)，按1:1生成圖案紙，進行貼膜（詞條“貼膜”由行業大百科提供）、噴涂，鋁板表面圖案精度高，為現場鋁板拼接圖案效果打下基礎。
彩繪鋁板加工工藝流程(如圖3.3)：
3.2點支撐系統相關構件加工
3.2.1點支撐鍍鋅鋼方管龍骨的加工
點支撐鍍鋅鋼方管龍骨作為主體鋼結構與鑄鋁圓底盤的連接件，起著承上啟下的作用。“秀場”扭轉雙全面造型能否呈現順滑自然的效果，鋼方管龍骨的布置十分重要。
根據外立面效果需要，鋼方管龍骨與鑄鋁圓底盤連接一端，鋁板完成面至鋼方管龍骨的端面應為定值，端頭根據安裝要求進行垂直切割即可;其與主體鋼結構連接端，主體鋼結構至其端面也是定值，此端與主體鋼結構成一定的角度，根據安裝要求進行斜口切割。因此，此環節鋼方管龍骨的加工控制重點是鋼龍骨的放線，設置一套科學合理的放線方法，準確進行鋼方管龍骨加工，為鋁板的安裝打下堅實基礎。(如圖3.4、圖3.5)
3.2.2 鑄鋁圓底盤的加工
鑄鋁圓底盤是點支撐系統的重要部件，是鋁板安裝的基座。鑄鋁圓底盤主要分為底盤及套管兩部分，套管四邊設有加勁板與底盤相連，采用鑄鋁件可以保證良好的精度以實現外觀效果。
鑄鋁圓底盤的加工重點在于套管內壁尺寸的控制及底盤的平整度。套管與鋼方管龍骨套接，套管內腔與龍骨外壁之間留有足夠的空隙，滿足其注膠密封要求;底盤平整度直接影響外立面鋁板的精度調節。(如圖3.6、圖3.7)
3.3鋁板多維調節支座的加工
鋁板多維調節支座，為繞轉軸轉動的L型鋁轉接件。主要包括L型鋁轉接件一、L型鋁轉接件二、鋸齒方墊片、轉軸等。
L型鋁轉接件一、L型鋁轉接件二直接配合，轉接件一空心圓柱中部銑口，轉接件二空心圓柱兩邊銑口，需分別控制其配合尺寸，保證其套接及滿足轉動的精度要求;空心圓柱的空心尺寸與標準的M8螺栓進行配合，保證其轉動順暢;鋸齒方墊片與轉接件二鋸齒的必須緊密咬合，滿足支座調節后的鋁板固定要求。(如圖3.8、圖3.9)
4、 幕墻施工
4.1 施工總體方案
4.1.1 施工段劃分
該項目主要為扭轉雙曲面鋁板幕墻的裝飾形式。為了保證施工工期具備更多的工作面，我司采取分段施工的方式進行，將整個工程分為4個施工段同時進行施工，即15-23軸為第一施工段，23-5軸為第二施工段，5-9軸為第三施工段，9-15軸為第四施工段。(如圖4.1)
4.1.2 整體施工措施
(1)標高0.000米至19.500米施工措施：搭設外腳手架作為防護并兼用于輔助施工人員進行幕墻龍骨及面板放線、安裝等(如圖4.2)。
(2)標高19.500米以上施工措施：
1)在主體鋼結構上鋪設可拆卸鐵梯(寬400mm×長4000mm)作為施工平臺輔助施工人員進行幕墻龍骨及面板放線、安裝等，每一道施工工序完成后鐵梯拆除移動到下一施工區域。
2)鐵梯采用40×40×4mm角鋼制作，與主體鋼結構連接采用∅8鋼絲繩與卡扣進行捆綁，保證鐵梯與主鋼構連接牢固。(如圖4.3)
3)距主體鋼結構面1米處掛∅8鋼絲繩、作為施工人員安全帶防護。
4)主體鋼結構面下掛水平安全網兜以防人員墜落，水平兜網間隔4米穿一條∅8的鋼絲繩形成網格狀，增強整體水平兜網的承重力(如圖4.4)。
4.1.3 機械設備（詞條“機械設備”由行業大百科提供）
主要采用汽車起重機進行材料卸貨及吊運，考慮安裝高度，安全間隙，索具高度等，選用工作高度30米，工作幅度25米的35噸汽車起重機;小件材料將通過人工搬運就位，這樣可以大大提高施工效率確保施工工期。
4.2 施工質量控制重點及保證措施
“秀場”幕墻為扭轉雙曲面造型，飾面幕墻不斷變化，對幕墻的放線要求極高，同時需實測鋼結構的三維坐標，將鋼結構偏差報告提供給設計師，設計師根據偏差報告進行幕墻偏差分析及調整。針對本工程的扭轉雙曲面幕墻，各級測量控制點利用全站儀進行三維坐標放樣，找出龍骨及面板定位點，保證測量和施工的精度符合規范要求。本工程測量放線打點數量達到3萬多個，測量放線的精度直接影響到整個幕墻的安裝精度，關系到整個工程的施工質量，所以測量放線是現場施工中最關鍵的工序，是該工程施工的重點所在。
結合我司以往類似工程的施工經驗，“秀場”項目采取以下施工控制措施：
(1)將四個施工區劃分為八個放線區。本工程建筑高空作業面高度超過30米，作業面積大，單靠在地面上測量是無法完成的，所以必須在屋面搭設測量平臺，平臺搭設必須和控制點通視，采用后方交會，對屋面進行控制。測量過程中風、光、施工中的震動對測量實施都產生一定的影響，所以平臺搭設必須牢固，每2個小時交會一次并作記錄，在過程中減小誤差。大風、雷雨、雨霧、昏暗等天氣不能進行測量工作(如圖4.5)。
(2)在幕墻首次測量放線之后的兩周內每隔3天再對幕墻關鍵控制點進行復核，收集相關數據，結合BIM系統做出相應的調整，為后續下料及安裝提供數據支持(如圖4.6)。
(3)為避免環形放線最后造成閉合時的累計誤差，各區按上述方式再進行細分區放線，各放線區的結合點再進行二次測量放線。
4.3 施工工藝流程
我方采用以下施工工藝流程安排施工，以確保工程質量。
4.3.1、鋼龍骨放線：
(1)在主體鋼結構上設置放線平臺，放線平臺由平面、斜撐、斜拉鋼件組成，放線平臺方向和高度根據全站儀定位調整。
(2)把鋼方管龍骨定位坐標投身到放線平臺上，并做好標記。
(3)做好標記并復核坐標點數據。(如圖4.7～4.10)
4.3.2、鋼龍骨安裝：
(1)按照坐標點進行鋼方管下料、切割。
(2)安裝槽鋼底座。
(3)安裝鋼方管龍骨。
(4)復核鋼方管分格尺寸。
(5)鋼方管滿焊。
(6)鑄鋁圓底盤安裝。(如圖4.11～4.14)
4.3.3、TPO防水保溫層安裝
(1)安裝防水保溫層鋼龍骨及鍍鋅鋼板。
(2)TPO防水板安裝，用TPO專用焊機進行接縫處理。
(3)安裝完成后進行淋水試驗。(如圖4.15～4.16)
4.3.4、鋁板安裝放線
(1)在鑄鋁圓底盤表面設置鋁板臨時放線定位裝置，以三個鑄鋁圓盤為一單元。
(2)定位坐標打到定位裝置上，作標記并復核坐標點。
(3)定位裝置之間相互拉線，形成三角形鋁板定位線。(如圖4.17～4.20)
4.3.5、鋁板安裝
(1)根據鋁板定位線進行鋁板定位。
(2)利用定位鉗對鋁板連接支座進行臨時固定。
(3)鋁板安裝三維微調。
(4)再次定位復核，無誤后進行螺栓固定，完成安裝。(如圖4.21～4.23)
5 幕墻BIM技術應用
5.1參數化建模
利用犀牛+grasshopper 參數化平臺，以幕墻基礎模型(原始表皮或分格等)為基礎，將構件參數的輸入數值與模型的設計數值 ( 長度、角度、空間位置關系等 ) 進行關聯。并確定各種幕墻構件之間邏輯關系，利用尺寸驅動快速生成1：1幕墻構件BIM三維模型。(如圖5.1～5.3)
設置點支撐鍍鋅鋼龍骨、鑄鋁圓底盤、面板、彩繪圖案等參數化模塊，快速準確表達扭轉雙曲面彩繪鋁板幕墻構造，為幕墻提料階段打下基礎(如圖5.4～5.5)。
5.2 生成幕墻構件加工圖及數據信息導出
以三維參數化模型中幕墻構件的構件信息作為數據源，經過邏輯的處理及分析，自動生成零件(幕墻面板，龍骨等)的二維加工圖，其中鋁板的花紋填充采用參數化模塊，使得加工圖的生成快速且準確。
調用Grasshopper中的Excel 接口，自動可以生成提供的材料清單Excel，并將所需面板或零件編號、材質、尺寸，圖號等加工數據信息自動輸入，提高數據的準確性。(如圖5.6～5.7)
5.3 施工模擬
利用BIM模型，制定及優化幕墻的施工方案，確定施工放線定位、垂直運輸等具體措施和工藝，對施工作業的流程予以優化，使之效率更高。(如圖5.8)
6 結束語
本工程現已竣工，我司通過科學組織管理，各項新技術、新工法的運用及現場精細化質量把控，將本項目傾力打造成幕墻精品工程，成為廣州市又一個標志性建筑。
