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　　摘要：國內(nèi)幕墻技術(shù)經(jīng)過近40年的蓬勃發(fā)展，由初期的僅憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段升級(jí)為今天的理論化、系統(tǒng)化和規(guī)范化的發(fā)展階段。幕墻為現(xiàn)代建筑重要的組成部分，將逐漸成為建筑的多功能“皮膚”。本文通過長時(shí)程對(duì)比分析開放式與封閉式幕墻體系、全隱光滑與設(shè)有裝飾線條幕墻、粗壯與纖細(xì)通透幕墻、平面與自由曲面異形幕墻、大批量標(biāo)準(zhǔn)化與小批量參數(shù)化異形肌理幕墻特點(diǎn)，介紹了相應(yīng)的核心技術(shù)進(jìn)步演化過程，挖掘神經(jīng)建筑學(xué)背后的追求堅(jiān)固、舒適和新穎不變的本質(zhì)。

　　關(guān)鍵詞：幕墻風(fēng)格;幕墻核心技術(shù);綠色幕墻;

　　前言

　　 我國建筑幕墻工業(yè)規(guī)模逾2500億， 已為實(shí)現(xiàn)建筑個(gè)性化外形及其功能，創(chuàng)造了不可替代的價(jià)值。國內(nèi)建筑幕墻從1983年興建的長城飯店以來有近40年的發(fā)展歷程，步入了新技術(shù)、新材料、新工藝的智能信息化、綠色環(huán)�；�、工廠裝配化等全方位發(fā)展階段。

　　數(shù)字化、智能化和節(jié)能技術(shù)為新的多樣化創(chuàng)新提供了強(qiáng)有力的工具，造型及其功能的多樣性越來越符合現(xiàn)代人的需求。例如，非線性和個(gè)性化肌理元素為建筑設(shè)計(jì)創(chuàng)造新感受，為建筑提供更多復(fù)合而彈性使用機(jī)會(huì)。隨著互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的完善以及5G技術(shù)的應(yīng)用普及、智能控制產(chǎn)品成本的下降、建筑人性化需求和環(huán)保要求的升級(jí)，幕墻必然向智能信息化控制、綠色低碳環(huán)�；�、裝配化方向發(fā)展。而且幕墻作為建筑子系統(tǒng)，在滿足建筑量身定制設(shè)計(jì)的過程中“個(gè)性化”既是必然，也是審美和商業(yè)價(jià)值的共同需求，業(yè)主強(qiáng)調(diào)自我個(gè)性與商業(yè)利益追求，建筑師表達(dá)自我獨(dú)創(chuàng)藝術(shù)造詣和城市管理要求等多重動(dòng)力互動(dòng)，建筑與表皮協(xié)同共創(chuàng)使得建筑設(shè)計(jì)在個(gè)性化道路上進(jìn)一步分化發(fā)展。

　　在行業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，幕墻的“風(fēng)格”不斷演化，圍繞安全性、舒適性、美觀和經(jīng)濟(jì)性而持續(xù)改進(jìn)，這恰恰表明建筑幕墻與人性及人的社會(huì)性緊密聯(lián)系在一起。世界上諸多重要事情均發(fā)生在界面處，地球表面孕育生命，大腦皮層產(chǎn)生意識(shí)，而建筑表皮同樣也是建筑與外界交換物質(zhì)、能量和信息的重要界面(如表1所述)。將生物皮膚與建筑表皮對(duì)比，相對(duì)皮膚通過生物機(jī)體內(nèi)穩(wěn)態(tài)化進(jìn)行調(diào)節(jié)，建筑則通過人與表皮互動(dòng)，反饋調(diào)節(jié)建筑內(nèi)環(huán)境�？梢灶A(yù)見，建筑外皮的發(fā)展趨勢將以皮膚功能作為參考，并且能彰顯建筑個(gè)性化的方向，終將成為“靈敏性皮膚”。

　　1. 幕墻核心技術(shù)演變過程

　　從建筑發(fā)展視角來看，一種幕墻風(fēng)格盛行一段時(shí)間后產(chǎn)生內(nèi)在的轉(zhuǎn)向需求。所以，往往一種風(fēng)格無論是造型、結(jié)構(gòu)體系、材料還是工藝，通過改變風(fēng)格來滿足人們喜新厭舊的審美定位，唯獨(dú)不變的是對(duì)安全、舒適和美觀的需求。這一點(diǎn)符合神經(jīng)建筑學(xué)基本原理，同時(shí)也與維特魯威的經(jīng)典解析：“建筑應(yīng)基于堅(jiān)固、實(shí)用和美觀的三原則進(jìn)行設(shè)計(jì)”的觀點(diǎn)相一致。國內(nèi)幕墻技術(shù)風(fēng)格經(jīng)歷了以下略為互相交錯(cuò)重疊的階段，每個(gè)階段都將涉及一些核心技術(shù)。如今處于大綜合的階段。

　　(1)全隱框幕墻：適應(yīng)了人們追求無框鏡子隱喻的審美需求。但很快轉(zhuǎn)向帶多樣化裝飾條幕墻。

　　(2)干掛裝配幕墻系統(tǒng)：著重體現(xiàn)工業(yè)化產(chǎn)品味道，而單元式幕墻技術(shù)為其提供了便于實(shí)現(xiàn)的途徑;集成石材、金屬板、玻璃和裝飾條在內(nèi)的多種構(gòu)件，滿足了兼容裝配、節(jié)能設(shè)計(jì)需求。(3)點(diǎn)式玻璃幕墻：展現(xiàn)新穎結(jié)構(gòu)美學(xué)。隨即又轉(zhuǎn)向表皮簡潔大氣與結(jié)構(gòu)美學(xué)結(jié)合方向。

　　(4)雙層幕墻：提供節(jié)能、舒適和多樣性演繹可能性，特別是采用準(zhǔn)外遮陽成為可能。

　　(5)單層索網(wǎng)幕墻：帶來柔性簡潔結(jié)構(gòu)美學(xué)體驗(yàn)，滿足了視覺通透和探索好奇心的內(nèi)在需求。

　　(6)綜合集成幕墻：幕墻功能配套與幕墻集成，如LED屏幕、光伏和BMU與幕墻深度一體化。

　　(7)自由曲面幕墻：能獲得動(dòng)感體驗(yàn)和親切感，滿足了人們不斷轉(zhuǎn)向的審美內(nèi)在需要。

　　(8)肌理幕墻：滿足個(gè)性化體驗(yàn)和韻律之美。成為表征自己獨(dú)特性的一種設(shè)計(jì)手法。

　　為了把握幕墻核心技術(shù)風(fēng)格轉(zhuǎn)變脈絡(luò)，下面選擇一些具有全局性的開放式、纖細(xì)通透化、自由曲面和個(gè)性化肌理等幕墻技術(shù)，進(jìn)行針對(duì)性剖析。

　　2. 開放式與封閉式幕墻體系之爭

　　開放式幕墻能體現(xiàn)工業(yè)化產(chǎn)品味道，而材料集成單元幕墻（詞條“單元幕墻”由行業(yè)大百科提供）結(jié)構(gòu)，為其提供了便于實(shí)現(xiàn)的工藝。集成材料包括石材、金屬板、玻璃和人造板在內(nèi)的所有面板，從而滿足了兼容設(shè)計(jì)需求。例如，陸家嘴浦東發(fā)展銀行，高度150米，外面采用了仿古型階梯式開放式石材與玻璃幕墻有機(jī)結(jié)合的手法，來表現(xiàn)其莊重典雅的建筑風(fēng)格。(開放式石材幕墻，1999年)。中銀大廈采用開放式石材、鋁板和玻璃組成的單元式幕墻體系。與若干座封閉系統(tǒng)比，多年后既干凈又保持了品質(zhì)感。說明開放式體系，能經(jīng)受時(shí)間考驗(yàn)，屬于得到實(shí)際驗(yàn)證而值得推廣的體系范例。

　　上海中銀大廈，經(jīng)歷20年，開放式石材依然如新、精致。

　　那么，開放式體系是否經(jīng)受時(shí)間考驗(yàn)，并獲得驗(yàn)證的系統(tǒng)呢? 下面我們考察一下被時(shí)間洗禮的開放系統(tǒng)。

　　上圖為上海南京路旁的某開放式石材幕墻體系，15年后拆開發(fā)現(xiàn)鋼構(gòu)依然防銹（詞條“防銹”由行業(yè)大百科提供）完整。

　　開放式體系，不管框架式石材或金屬板幕墻，還是混合面板單元式幕墻，應(yīng)關(guān)注1)以等壓原理為基礎(chǔ)進(jìn)行可靠的防水設(shè)計(jì)。因?yàn)殚_放系統(tǒng)雖先進(jìn)，如果做不到“室內(nèi)一側(cè)氣密性要達(dá)標(biāo)，即氣密性連續(xù)完整，形成不了等壓條件(p0=p1)，不斷流動(dòng)的氣流帶雨水進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，不僅會(huì)導(dǎo)致漏水，還加速墻體內(nèi)幕墻構(gòu)件;2)腔體要有良好的通風(fēng)條件，通風(fēng)使得腔體保持干燥的同時(shí)改善節(jié)能效果;3)要與環(huán)境適應(yīng)的完備保溫層，否則因保溫層薄弱，按“保溫層暖的一邊結(jié)露”規(guī)律，防水板上產(chǎn)生結(jié)露水，進(jìn)而加速腐蝕腔體內(nèi)構(gòu)件;滄州鐵獅子，由于為它而建的涼亭里表面揭露水，無法及時(shí)曬干而加速老化道理相同。圖6顯示因室內(nèi)側(cè)氣密性達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，無法形成等壓，從而發(fā)生雨水滲漏（詞條“滲漏”由行業(yè)大百科提供）的實(shí)際案例(參考文獻(xiàn)6)。

　　滄州鐵獅子的傳奇經(jīng)歷也從另一角度驗(yàn)證了“表皮呼吸”的重要性。公元953年鑄造（詞條“鑄造”由行業(yè)大百科提供）的滄州鐵獅子，在裸露條件下經(jīng)歷千年不倒，而專家建議下為它建涼亭，欲想從雨水進(jìn)行保護(hù)獅子，不料20年內(nèi)加速生銹腐蝕，不得不重新在太陽底下進(jìn)行“曬干保護(hù)”。說明，表皮通過有效呼吸保持干燥，對(duì)鋼材防腐（詞條“防腐”由行業(yè)大百科提供）具有積極作用。

　　近30年的幕墻構(gòu)造要“開放”還是“封閉”之爭，以無可辯駁的開放系統(tǒng)優(yōu)越性得到了回應(yīng)。不過對(duì)先進(jìn)的開放式系統(tǒng)來說，室內(nèi)側(cè)氣密性達(dá)標(biāo)、保溫連續(xù)和良好的腔體通風(fēng)是其成功的前提，應(yīng)值得重視。

　　3. 實(shí)現(xiàn)通透纖細(xì)幕墻策略

　　幕墻界追求制造通透幕墻的努力從未停止過。實(shí)現(xiàn)通透幕墻一般通過增加幕墻單塊玻璃面積、提高玻璃可見光透過率、使用更加纖細(xì)的構(gòu)件等措施實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)系統(tǒng)性調(diào)研發(fā)現(xiàn)，深圳和上海等地的玻璃幕墻單塊玻璃面積30年來普遍增加了4倍以上。以深圳、上海幕墻玻璃為例，單塊玻璃板塊面積從最初的1.8m2到現(xiàn)在的8m2，增長約4.5倍。目前單塊玻璃的寬度 2.4m很普遍(參考文獻(xiàn)5)。裙房所用玻璃更是由6米高增加到20米左右(北京泰康保險(xiǎn)：3.1m*17.1m)。可見光的透過率從早期鍍膜玻璃普遍30%左右提高到現(xiàn)在的60%左右，甚至通過采用高透LOW-E玻璃，光透過率可以提高到近80%。從而能獲得明亮的涼爽室內(nèi)光環(huán)境。纖細(xì)構(gòu)件使用方面，更是創(chuàng)新做法層出不窮。幕墻龍骨從采用鋁合金構(gòu)件到鋼構(gòu)件，如精致鋼;從支撐鋼桁架（詞條“鋼桁架”由行業(yè)大百科提供）到索桁架結(jié)構(gòu)，再到單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu);

　　構(gòu)件纖細(xì)化策略：替換鋁構(gòu)件為精致鋼、 單層索網(wǎng)、加輔助支撐等

　　隨著索網(wǎng)幕墻體系的成熟和普及，開始以索網(wǎng)體系為基礎(chǔ)進(jìn)行創(chuàng)新，創(chuàng)造出更具科技感和纖細(xì)感一體的幕墻體系。如果說傳統(tǒng)框式幕墻利用剛性構(gòu)件剛度傳力，傳統(tǒng)樓板上固定索網(wǎng)幕墻利用分樓層單索的纖細(xì)感弱化支撐體系的同時(shí)，借索預(yù)緊力提供平面外剛度，索在任何工況條件下確保不松弛。早期一些項(xiàng)目和最近實(shí)施的上海博物館浦東新館等一批新項(xiàng)目采用索—裝飾框結(jié)合方式。

　　圖11為通過索—裝飾框體系，獲得纖細(xì)感的策略例子。可以單層索外包異形鋁型材（詞條“鋁型材”由行業(yè)大百科提供），通過單或雙索受力，以型材進(jìn)行簡化裝飾。給人豐富的想象空間。相信將來更多的項(xiàng)目采用基于該原理完成的幕墻或其某種變化形態(tài)。

　　玻璃肋支撐大玻璃是入口大堂和裙房上經(jīng)常使用的通透幕墻之又一例子。早期吊掛全玻璃幕墻一般采用膠粘夾板工藝，吊裝工藝如下圖12。這種工藝對(duì)施工要求比較高，離散性也較大。而最新發(fā)展的打孔吊掛工藝離散性小得多，這種全玻璃吊掛系統(tǒng)，能保證安全性和壽命的同時(shí)，滿足了施工方便性要求。其所用填充膠性能如表2。不過，建筑設(shè)計(jì)一味地追求超大規(guī)格玻璃，并非理性之舉，即便玻璃吊掛孔中填充高抗壓膠，能均化邊緣應(yīng)力避免應(yīng)力集中，若不能嚴(yán)格按工藝施工，同樣會(huì)失效。

　　索--裝飾框幕墻設(shè)計(jì)要點(diǎn)：(1)一般系統(tǒng)邊界為剛性與彈性之間，應(yīng)進(jìn)行包絡(luò)模擬計(jì)算;(2)預(yù)緊力任何工況都不能松弛;(3)玻璃要適應(yīng)結(jié)構(gòu)變形，要考慮恢復(fù)初始位置的構(gòu)造措施;(4)剛度突變處，設(shè)置玻璃接縫;(5)要充分模擬施工中間工況，確保施工過程中安全;

　　建筑設(shè)計(jì)師為了表達(dá)設(shè)計(jì)思想，常出現(xiàn)挑戰(zhàn)纖細(xì)極限的情況。正在上海后灘建設(shè)的上海大歌劇院就是例子：為了獲得纖細(xì)感，甚至豎向鋼龍骨上下均采用雙支點(diǎn)，以降低鋼龍骨在風(fēng)壓和地震作用下的擾度變形，避免玻璃被龍骨擠壓。(如下圖13)

　　4. 自由曲面幕墻及冷彎工藝

　　從神經(jīng)美學(xué)觀點(diǎn)來看，曲面建筑給人動(dòng)感體驗(yàn)和親近感。所以不管經(jīng)典建筑中的弧線元素還是最近“數(shù)字化”為風(fēng)格的流線型異形建筑幕墻，給人帶來獨(dú)特的建筑審美體驗(yàn)。隨著數(shù)字化設(shè)計(jì)手段和材料工藝的進(jìn)步，如參數(shù)化正向設(shè)計(jì)和低成本的冷彎金屬板或玻璃技術(shù)，為這一類項(xiàng)目成功落地創(chuàng)造了良好的條件。一般曲率大于1500倍玻璃厚度時(shí)，就適合采用冷彎工藝。但對(duì)一批已完成的此類項(xiàng)目考察中發(fā)現(xiàn)，由于對(duì)冷彎工藝的研究把握不足、對(duì)建筑幕墻運(yùn)行工況的評(píng)估不到位，常出現(xiàn)表面不流暢、玻璃自爆率偏高等現(xiàn)象。追究其原因，多數(shù)為多點(diǎn)施壓過程中導(dǎo)致局部附加應(yīng)力過大造成的。為此我們可以提出以下幾種策略加以改善：一種策略是采用高彈性的壓板替代偏剛性壓板，避免玻璃變形時(shí)應(yīng)力過度集中;再者，通過優(yōu)先角部施壓變形，允許玻璃邊緣形成微弧形態(tài)，降低總冷彎附加應(yīng)力水平。

　　例如，俄羅斯聯(lián)邦大廈(如圖14)，外立面為雙曲面形態(tài)。該項(xiàng)目中把玻璃組裝為單元幕墻板塊，現(xiàn)場通過拉單元掛件實(shí)現(xiàn)雙曲面玻璃，使邊框形成微弧線，保持較低的玻璃板塊內(nèi)永久附加應(yīng)力。 圖14 俄羅斯聯(lián)邦大廈，采用單元板（詞條“單元板”由行業(yè)大百科提供）塊整體冷彎工藝 針對(duì)冷彎玻璃幕墻，玻璃附加集中應(yīng)力較小的方式為，“單元化框與玻璃組裝為整體，再進(jìn)行整體冷彎”工藝。實(shí)際案例應(yīng)用和理論計(jì)算表明，當(dāng)翹起量小于短邊長的1/60時(shí)，單元板按平板尺寸進(jìn)行組裝，現(xiàn)場通過單元連接件拉接安裝即可。翹起量大于玻璃短邊1/60時(shí)，應(yīng)該按扭曲后的理論形狀建單元板塊3D模型，并按構(gòu)件實(shí)際尺寸和形狀進(jìn)行加工和組裝完成，從而獲得扭曲的單元板塊的框單元。此時(shí)，安裝平板玻璃并壓緊時(shí)，由于玻璃平面外剛度，存在一定的回彈量。現(xiàn)場通過單元連接件再拉接就可以完成所要的最終玻璃和單元板形狀。這是冷彎玻璃的技術(shù)核心。

　　5. 肌理幕墻：滿足個(gè)性化體驗(yàn)和韻律美

　　隨著人們追求建筑新穎個(gè)性化表皮、數(shù)字化幕墻設(shè)計(jì)和建造技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的建筑采用既具備抽象化肌理美感，又承載文化元素和光伏一體化等功能集成的幕墻形式--肌理幕墻(如圖所示)。這種幕墻相對(duì)于具有矩形平滑表面幕墻，引入更多折皺、斜線、弧線和不規(guī)則線條等幾何變化要素，形成立體感和韻律強(qiáng)烈的光影肌理表皮幕墻。肌理幕墻可以通過多層集成或單層褶皺實(shí)現(xiàn)某個(gè)性化圖案。一般來說，如果采用多層如雙層幕墻，通過外層構(gòu)件表達(dá)圖案。由于該策略采用多層幕墻體系，其材料和施工成本高，但技術(shù)難度不大。相比之下，單層肌理幕墻的設(shè)計(jì)和制造難度較大，實(shí)現(xiàn)精致面臨更多挑戰(zhàn)。其核心技術(shù)是1)如何形成褶皺;2)斷折框位置剛度連續(xù)和防水密封;3)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)美觀度;4)實(shí)現(xiàn)通風(fēng)、遮陽、防水和照明，甚至發(fā)電集成。

　　6. 結(jié)束語

　　國內(nèi)建筑幕墻經(jīng)歷30多年的發(fā)展，已建立起了國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，并完成了巨量幕墻工程，同時(shí)與建筑設(shè)計(jì)一體化程度大幅提升，但其性能和品質(zhì)提高空間依然很大。

　　國內(nèi)幕墻發(fā)展早期產(chǎn)品沒有形成體系，構(gòu)造設(shè)計(jì)顯得極為重要，但現(xiàn)在幕墻系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)和其高效實(shí)施顯得極為重要。當(dāng)下“設(shè)計(jì)參數(shù)化、管理實(shí)物-虛擬同步化、現(xiàn)場施工機(jī)械化”是提高幕墻品質(zhì)的有效手段，不過每種幕墻體系核心技術(shù)依然是項(xiàng)目實(shí)施短板之一，還不能系統(tǒng)性降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，需要認(rèn)真對(duì)待每個(gè)項(xiàng)目核心材料、技術(shù)和工藝。

　　一、面對(duì)核心技術(shù)演化，只有通過夯實(shí)基礎(chǔ)，補(bǔ)齊技術(shù)短板，才能做到設(shè)計(jì)既可靠又先進(jìn)。降低玻璃等脆性材料破碎風(fēng)險(xiǎn)，依然是幕墻設(shè)計(jì)和實(shí)施過程中的短板，如大批量破碎的玻璃所承受的臺(tái)風(fēng)荷載和風(fēng)速并沒有超越規(guī)范規(guī)定的風(fēng)壓值。所以，通過玻璃孔內(nèi)受力均化、降低應(yīng)力集中、變形適應(yīng)和冷彎過程中消除過大的附加應(yīng)力是，提高安全儲(chǔ)備的核心措施。

　　二、應(yīng)該多研究幕墻相關(guān)規(guī)范的精神，掌握規(guī)范條紋邏輯和原理，才能活用規(guī)范條紋本身，完成好高品質(zhì)幕墻產(chǎn)品。規(guī)范是成熟經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，一般來說滯后于行業(yè)的發(fā)展和實(shí)踐，所以應(yīng)該多研究規(guī)范相關(guān)條款的制定背景、提出原因和邏輯，掌握其應(yīng)用原理，避免落入教條。

　　三、創(chuàng)新是時(shí)代主題，但要認(rèn)識(shí)到安全、節(jié)能、舒適、美觀和經(jīng)濟(jì)性作為終極評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)的重要性，扎實(shí)推動(dòng)數(shù)字智能化在內(nèi)的創(chuàng)新。

　　四、綠色低碳應(yīng)進(jìn)行務(wù)實(shí)評(píng)估。不要使綠色低碳成為轉(zhuǎn)瞬即逝的風(fēng)格，應(yīng)實(shí)現(xiàn)其靈魂，進(jìn)行務(wù)實(shí)評(píng)估。如，評(píng)估幕墻全生命周期里的綠色，而非“斷時(shí)取節(jié)能”。

　　四、杰出的幕墻是設(shè)計(jì)、加工、安裝等系統(tǒng)性技術(shù)實(shí)施的產(chǎn)物，不過識(shí)別核心技術(shù)并把握它依然是提高幕墻完成度的關(guān)鍵所在。

　　參考文獻(xiàn)

　　1、邵唯晏著的《當(dāng)代建筑的逆襲》;2、羅憶、黃圻和劉忠偉主編的《建筑幕墻設(shè)計(jì)與施工》

　　3、李百戰(zhàn)等編著的《室內(nèi)熱環(huán)境與人體熱舒適》;4、孟根寶力高主編的《現(xiàn)代建筑外皮》

　　5、玻璃幕墻在高層建筑中的演變與應(yīng)用;6、黃亮，《某既有建筑幕墻及屋面安全檢測評(píng)估及修復(fù)建議》

作者單位：華東建筑設(shè)計(jì)研究院總院