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提要：本文以贵州六枝地宗矿洗煤厂的三线建设博物馆项目为列，介绍了一种新型装配式金属板块，适用于金属屋面、铝板幕墙。其特点是整体板块即有内、外装饰性，又有高性能的防水、保温、隔气、隔声、防潮等各项外围护结构所需要的物理性能指标。板块可在工厂加工制作便于对板块的加工质量和精度的控制。在内容中介绍了金属板块的关键节点技术，“错位式两道防水构造”解决了由于板块变形所引起的防水难题，并用实际例子进行了解析。
关键词：装配式金属板块， 错位式两道防水构造，金属板屋面。
1、引言
中国贵州六枝特区，中国的煤都，是当年中国西南大三线的中心，上世纪六十年代伴随大三线决策开发贵州六盘水能源钢铁，为大三线第一个主要基地!在当年，六枝特区就是设在贵州郎岱县。后来六枝特区、盘县、水城三地合并而来为现在的六盘水市，是贵州省地级市。没有大开发前，这里是少数民族聚居的高山苦寒之地。
呜呼，六枝记忆不是空话，确实是大三线人一代代永恒的记忆，包括我个人在内当年跟随父母进入贵州大三线的军工厂。无意中的巧合与传承，今天看见六枝初步建设的大三线博物馆，新建筑与老矿洗煤厂的天衣无缝巧妙对接，让历史告诉未来，总算平和一下已经逝去的岁月和难以平息割舍的内心…
“这是一个与众不同的博物馆，要用最现代的表现手法展示当年的建设者们在大三线的奋斗精神，展示那块土地的自然和人文的变迁史”这是惟邦国际建筑设计集团的著
名建筑设计师汪克先生对我说的第一句话,他是这个博物馆的创意设计者又是项目的组织实施者。由于我个人的“三线”情节，能够全身心的参与到这个项目中来，想想此事都感到热血沸腾啊!
我是地道的三线子弟，我的父母也和那里的建设者们一样，是在那个火红的年代，响应党和毛主席的号召“好人好马上三线，备战备荒为人民”，从东北的大城市带着我们这些年幼的子女，克服了种种困难，进入了贵州的大山深处。他们风餐露宿，靠肩扛人挑用血汗乃至生命建起了一个又一个的三线工厂;我清楚地记着，在当年的三线建设中常听到这样一段话：“为了能建设好大三线我们要贡献一切力量!献了青春献终身，献了终身献子孙”多么豪迈的誓言!当年的建设者们硬是在贵州的大山深处，在那个偏僻落后的蛮荒之地用这种精神，靠他们的双手创造出了一个又一个的奇迹!
我的少年时代就是在那里度过的，我对三线工厂有着深厚的情感。能有这样的一个机会，能为当年的三线建设者，我的父辈们建立一个博物馆，让三线“不怕困难，甘于奉献”的精神继续发扬和传承我当然是义不容辞了。看了汪克先生的建筑设计方案，更感到振奋。这是一个超现实主义的设计，在这一片老旧废弃的洗煤矿厂上，用现代建筑的手法，以几何形状抽象的表现了过去和现在。这群有着鲜明个性的建筑在周围群山的衬托下，为在当年国防建设做出巨大贡献的老三线工厂增添了新的生命。
2、博物馆工程概况
地宗矿洗煤厂、六枝记忆三线建设博物馆项目总用地面积：143494m2(合215亩),
总建筑面积24848m2,其中一期总用地面积23342m2(合35亩),总建筑面积8652m2。
一期为主题博物馆：包含有碗型影院、接待中心、飞行影院及三线建设博物馆。利用原有建筑进行改造。设计理念是修旧如旧，保护工业遗产。
接待中心：建筑面积1026㎡，位于园区的入口处，通过接待中心可以问询了解园区的情况，有效引导游客进入园区。
碗型影剧院：建筑面积1800㎡，碗型环幕投影视觉宽阔，360度空间成像表现，极具立体感，其以高新科技展示投影影像，时尚震撼。
三线建设博物馆：建筑面积3230㎡，主要是征集、典藏、陈列和研究三线时期代表人员和建设的工业遗产的实物场所。
飞行影院：飞行影院建筑面积266㎡，整个画面布满球体，六声道的立体声效果，影厅内的动感平台，是集液压、电器自动化控制、计算机动画为一体的高科技系统工程。
六枝记忆·三线建设产业园位于六枝特区地宗矿洗煤厂， 这里贵昆线及株洲至六盘水复线铁路穿境而过，贵阳至烟堆山公路、水城至黄果树高等级公路以及六枝至纳雍公路贯穿全区;六盘水经六枝至镇宁高速公路已全线开通，将六枝至贵阳的时间缩短为2个半小时;毕节至兴义高速公路纳雍经六枝至晴隆段也即将建设;六枝主城区距安顺、六盘水机场均为60公里。
2.1接待中心，是一个正在舞动的菱形立方晶体
主体结构采用了型钢制作，使其形成三个大小不同方向各异，又相互连接相互依附，稳定的菱形结构整体。实现了在静定的支承结构体上表现出极富动感的外观形态。(图2.1~2.2)
当今的建筑造型已经呈现多元化的发展方向，建筑设计已不满足于中规中矩的建筑形式，许多大型和超大型的、凸显个性极富视觉冲击力的建筑外形越来越多的呈现在我们面前。
建筑的立面、屋面部分也都能利用外饰层作为建筑设计思想的载体，展示着建筑艺术的魅力。该项目就是利用了新型材料发泡铝板在屋面上变化的几何图案分布来实现梦幻动态的效果。 (图2.3)
近年来，由于建筑幕墙和金属屋面的设计方法和技术手段有了不断提高，bim和计算机三维设计软件的应用，已经完全可以满足各种异形金属屋面的造型设计需要。
如何更好的实现建筑创意，如何在将建筑的语言表达的更加透彻的同时，还能保证屋面的各项物理指标和使用性能，这已经是许多幕墙公司和幕墙设计师们必须面临的问题。
2.1.1 接待中心的外围护采用了板块装配式金属屋面板
该项目的金属屋面、铝板（词条“铝板”由行业大百科提供）幕墙的金属板块，就是由外饰面层为3mm厚铝单板，表面采用氟碳喷涂（词条“氟碳喷涂”由行业大百科提供），内装饰层采用2mm厚穿孔铝单板，表面采用粉末喷涂。内外层之间夹有防水透气膜、保温棉、无纺布等，由铝合金龙骨支承并连接内外层铝板，使其形成即有内、外装饰性，又有防水、保温、隔气、隔声、防潮等各项金属板幕墙和金属屋面所需要的物理性能指标，易于装配的金属板块系统。
这种板块的最大特点是，板块全部在工厂加工制作，便于对板块的加工质量和精度的控制。特别是对表面图案拼接精度的控制提供了保障。在施工现场只进行板块的装配式吊装。板块装配到位后在完成建筑立面和屋面的使用功能的同时，能一次性完成外饰效果和内装饰效果。不用再对室内、外进行面层装饰就能投入使用，能节省大量的装饰费用和施工工期。(图2.1.1a~2.1.1c)
2.1.2 发泡金属铝板为屋面板的装饰面层
随着新材料新工艺的不断创新，给了建筑幕墙的装饰面层以更加丰富的选择空间。本博物馆接待中心的菱形立方晶体表面采用了大盲孔发泡铝板，在板块装配式金属屋面外层铝板上拼贴出能充分反映建筑艺术风格的模块式的图案。建筑师娴熟的运用发泡铝板表面丰富的机理去表现那充满岁月沧桑的质感。
在发泡铝板的安装节点设计中考虑到基材为铝金属材料，可与硅酮结构胶相容，将其与基层的氟碳喷涂铝单板进行粘接（词条“粘接”由行业大百科提供）定位。但考虑到接触面以及环境、耐久性等因素
对粘接可靠度（词条“可靠度”由行业大百科提供）的影响，我们在发泡铝板与铝单板之间又增加了不锈钢种焊螺钉进行可靠的机械连接。(图2.1.2a~c)
发泡铝板产品用在面层的装饰上也是一种对新材料装饰应用的尝试，在安装完成之后我们发现屋面发泡铝板随着环境光线的和色温的变化，外饰效果有着明显的变化。亮的部分会更显亮，暗的部位也更加柔和。这种效果可能是由于发泡铝板内孔洞光线效应所产生的意外效果吧。(图2.1.2d~e)
2.1.3 接待中心的内装饰造型采用仿木铝方通
接待中心的内装饰造型采用仿木铝方通，将铝方通的两端按照一定的排列顺序和规律分别固定，使其多条直线的方通形成了美丽的空间曲面，有效的实现了接待中心内部使用功能区域分割的难题。
特别是由多根仿木纹铝方通线条组成的空间曲面与通高的落地大玻璃想结合，又有布设在顶部的点光源开启窗的光线呼应，切合主题简洁实用为接待中心的内部增添了动感。
3、板块装配式金属屋面板的设计
由于建筑效果的要求，使得该项目在中各种角度金属屋面有明显的界限。在设计中，为了能很好地实现阴阳角（词条“阴阳角”由行业大百科提供）的转折效果和物理性能的实现。在每块平板板块之间采取了特殊的链接形式。(图3a~3b)
3.1 内、外装饰性与建筑物理性能的有机结合
建筑的装饰面层是一个能够有效的展示建筑设计思想的载体，装饰面的本身对于建筑物的各项物理性能没有直接的要求，面层与功能层可以是各自独立的两套系统。也可以是相互有机结合的一个整体。只要能在保证建筑物各项物理性能的基础上实现了建筑的装饰效果就视为可行。
装配式金属板块，是指由3mm厚铝单板作为外饰面层，表面采用氟碳喷涂，内装饰层采用2mm厚穿孔铝单板，表面采用粉末喷涂。内外层之间夹有防水透气膜、保温棉、无纺布等，由铝合金龙骨支承并连接内外层铝板，使其形成即有内、外装饰性，又有防水、保温、隔气、隔声、防潮等各项金属板幕墙和金属屋面所需要的物理性能指标，易于装配的金属板块系统。(图3.1a~3.1b,图2.1.1c)
3.2 双层防水构造外围护的设计方案
为了确保板块之间的缝隙(胶缝)，能在各种工况的状态下实时保证其在设计时要求的气密、水密等各项物理性能，要对支承体系和装配式金属板块进行相对位移的分析以及结构与结构之间的温度变形情况的分析:
主体结构支承的球形网架结构与屋面的支撑龙骨均为钢结构材料，并在一个温度场内。所以，在温度荷载的作用下其相对变形量很小，可视为不产生相对位移量。
板块与结构之间是在两个不同的温度场内，又是不同的结构体系，不同线膨胀系数的材料。其相互之间会出现多种情况下的位移。在节点设计时要充分考虑到，连接节点在有连接固定作用的同时，还要能够适应其相互之间在三维方向上的变形位移量。
板块与板块之间由于是分别固定在各自的支承龙骨上，每个板块自身在外部条件的作用下会出现尺寸上的变化。最终将会反映在板块之间缝隙的尺寸变化。
3.2.1 以实际工程为例，对面板材料的温度变形进行分析：
博物馆接待中心项目的金属屋面个别板块分割尺寸较大,在不考虑其它因素，只考虑温度变化对其影响，进行分析计算如下：
对受阳光直射的外层铝合金屋面板，取100℃为最大温度差值;标准板块尺寸为 2000mmX3000mm ;最大菱形板块的对角线尺寸为4100mmX2000mm ; 按照《铝及铝合金轧制（词条“轧制”由行业大百科提供）板材》(GB/T 3880)
常用建筑材料的热膨胀系数（单位X10-6/℃）表
计算：工程项目在贵州，属夏热冬冷地区。铝板长度取值为3000mm。假设屋面铝板外表面最大温度差为100℃，则室外铝板
假设屋面室内、外铝板尺寸参数相同;由于室内侧铝板与室外侧铝板之间增加保温层，按保温能效计算得知内侧表面最高温度为30℃，冬季室内不采暖，室内最低温度为2℃，则室内铝板最大温差为28℃.
这也就是说在一块板块内，由于温度变化所引起的外层板和内层板的最大尺寸变形差为5.15MM，板块的尺寸越大变形差也就越大。这就要求在板块的构造设计时要充分考虑到这方面的影响。要在内、外板块连接部位有允许其平面内变形的构造。这才能保证屋面系统在工作状态时保证其各项物理性能。
3.2.2、双层防水构造沟节点设计方案
从以上的计算中可以看出，在金属屋面板块受到温度变化的影响时，在板块与板块之间的接缝处会出现较大的尺寸变化。通常我们在接缝处是采用硅酮密封胶来保证气密、水密性能的实现。如果按照常规的铝板幕墙的构造形式已经无法满足接缝处密封的要求。为了能很好地适应其尺寸变化，在采用了大变位硅酮密封胶的同时，在外层板块接缝处采用双胶缝来增大其变位能力。(如图2.3.a~b
在保证其防水性能方面，设计了“错位式两道防水构造”。也就是在安装过程中，在板块定位好之后在板块厚度方向的中部先打一道防水密封胶。并在进行闭水试验合格后再打外层的双胶缝。(图2.3.2c~d)彻底解决由于板块变形所引起的防水问题。
4、碗型影院：
碗型影剧院：建筑面积1800㎡，碗型环幕投影视觉宽阔，360度空间成像表现，极具立体感，其以高新科技展示投影影像，时尚震撼。碗型影剧院的外形是一个标准的椭球形状水平分析为长轴，垂直方向为短轴。表面用异形铝单板装饰，有着很强现代感。
整个椭球体置于有着老旧沧桑感的原“地宗矿洗煤厂”内长满青草和各式野花的坡地上。它与老水塔、旧厂房、废弃的传送架等当年的工业建筑融在了一起。这充满现代感的椭球与动感十足的一群几何菱形体相互呼应，更显博物馆的神秘。
碗型影剧院椭球体是由金属结构为主体结构支撑，通过檩托、二次弧形钢管檩条来支承硬防水板，底层的硬质防水镀锌钢板(厚度为1.5mm)块之间使用了铝箔防水胶带作为板块之间搭接缝的防水连接层。代替了以前在硬防水防板块之间采用“Ω”型钢槽的做法。用聚乙烯（词条“聚乙烯”由行业大百科提供）为防潮隔层;保温层为80mm保温棉;外层防水采用了厚度为0.9mm的扇形弯弧板直立锁边铝镁锰金属屋面板和防水透气膜;在高直立锁边上部安装了Φ40×3的弧形铝支撑管。弧形铝管作为最外层彩色立体造型装饰板块的支承构件 。
我们在该项目的椭球形双曲面金属屋面的设计与施工中采用了多项新技术和新工艺。比如采用铝箔防水胶带作为二次防水层(镀锌钢板（词条“钢板”由行业大百科提供）硬防水层)的连接密封材料;全部采用了高立边铝镁锰弧形扇板作为屋面外围护材料;采用了全溢流式环形不锈钢排水天沟;对外装饰板块采用了对口插槽式节点定位安装等等。用新的设计和工艺方法来确保建筑的使用功能。(有关该项目的球形双曲面金属屋面的设计与施工有单独的文章介绍)
5、 结束语
近年来，由于建筑技术的发展和建筑形式的多样化，各种新技术、新工艺、新材料在建筑外围护上得到广泛的应用。本文中所介绍的内容和设计方案都是我在方案设计和工程实践中的一点经验总结，如果能给金属屋面和建筑幕墙系统设计师们提供一些有益的启发也就深感欣慰了。
六枝记忆·三线建设产业园位于贵州六枝特区地宗矿洗煤厂， 在这里贵昆线及株洲至六盘水复线铁路穿境而过，贵阳至六枝的时间只有2个半左右;六枝记忆·三线建设产业园距安顺、黄果树机场均为60公里。现在交通极为便利，
多么希望大家在看了这篇文章之后能打起行装，到贵州的大山深处，到那个有着一丝神秘色彩的山谷里。亲临现场体会一下只有在那里才能感受到的神秘气息。(图5)我相信“三线建设博物馆”一定会使您心灵震撼!让你的思想穿梭于过去与现在之间，让你与以往有着不一样的感受!
参考文献
[1] 王德勤，不锈钢排水天沟的设计，《建筑幕墙》，2017年，第2期
[2] 《采光顶与金属屋面技术规程》，中华人民共和国行业标准, JGJ 255-2012
[3] 王德勤， 金属屋面的排水、防水构造特点，《幕墙设计》，2019年，.第2期
[4] 王德勤，板块装配式金属屋面双层防水构造技术解析，《中国门窗（词条“门窗”由行业大百科提供）幕墙行业技术与市场分析报告》 ,2018—2019年度
作者单位：北京德宏幕墙工程技术科研中心
