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本文将围绕“广州万达文化旅游城秀场”幕墙工程的设计与施工为主线，详细对“点支撑扭转双曲面彩绘金属板”幕墙技术应用，展开解析。
关键词：点支撑扭转双曲面幕墙，彩绘金属板，犀牛+grasshopper参数化，多重放线技术，支座多维调节技术
1、 工程概况
广州万达文化旅游城秀场项目(以下简称“秀场”)，又叫粤秀，位于广州市花都区花城街罗仙村，平步大道以北，凤凰北路以西，是国际演艺大师弗兰克·德贡先生以“石头记”为主题，倾心打造的高科技舞台秀，是广州万达文化旅游城的核心项目(图1.1)。
“秀场”的幕墙总面积约31000平方米，总高度：30.65米，幕墙系统主要有异形铝板幕墙、玻璃幕墙、涂料、门等;“秀场”外立面为双曲形状，主要由造型各异的三角形彩绘铝板构成，整体犹如飘动的红色绸缎(图1.2)。
“秀场”彩绘铝板多达14667件，约1.4万平方米，花纹样式达数万种，每块铝板的尺寸及图案均不相同;整体构图饱满、繁而不乱，远看非常醒目，近看又精细圆润，穿孔铝板+丰富多变的表面图案，为建筑“绣”出了一件色彩鲜艳、富丽堂皇的外衣。整个“秀场”建筑犹如一件不可多得的艺术品，这种独特的形象将成为标志性城市雕塑。(图1.3)。
2、 幕墙设计介绍
2.1建筑造型分析
“秀场”外层表面为扭转双曲面彩绘铝板幕墙，曲率最大的位置主要分布在纽纹的凹凸部位及各入口上方部位。首先，对该模型进行外层表皮优化分析，采用参数化分格划分、面板（词条“面板”由行业大百科提供）优化等技术进行深化设计，将主体大面幕墙划分为三角形板块，通过双曲面板块优化技术拟合成平板的三角形板块，将入口幕墙划分为双曲面造型的四边形板块(图2.1);其次，对外立面的彩绘图案进行分析，主体大面幕墙彩绘图案有三种颜色，划分后的三角形铝板由双色或三色组成;入口幕墙主色调为金色，为双曲面四边形双色铝板;最后，根据建筑要求将主体大面幕墙面板设置为穿孔板且在凤凰图案边缘设置灯孔(图2.2)。
2.2三角形铝板幕墙系统构成
“秀场”如此复杂的扭转双曲面造型，设计的关键是采用平面三角形铝板进行拼接，最终完美呈现其自然的扭转形态。
我方对项目进行可行性研究分析，充分考虑设计、加工、施工、成本、工期等因素，结合多年的双曲面金属幕墙技术应用经验，提出了一套点支撑扭转双曲面金属板幕墙系统。我方一贯坚持“技术引路、样板先行”的原则，特此制作了400平方米的幕墙样板，通过幕墙项目各主要参与方的研究，确定采用点支撑扭转双曲面金属板幕墙技术进行项目应用(图2.3、图2.4)。
点支撑扭转双曲面金属板幕墙系统，很好地解决“秀场”外立面造型问题。本建筑从主体钢结构到外立面幕墙，由内向外分为屋面功能层和屋面装饰层，两者紧密联系，一气呵成，完美体现建筑特色。(图2.5)
2.3屋面功能层设计
屋面功能层主要包括：TPO防水卷材、镀锌钢板、镀锌（词条“镀锌”由行业大百科提供）钢龙骨、保温岩棉。此层为异形幕墙系统的功能层，位于主体钢结构之外，屋面装饰层之内，是建筑各项功能得以实现的保证，如保温性能、防水性能、气密性能等。
防水保温层由内向外的构成及其作用分别为：(1)100mm厚保温岩棉。(2)60×40×3mm镀锌钢方管，作为屋面防水层的支撑龙骨。(3)1.2mm厚镀锌钢板，作为屋面防水层的底板。(4)TPO防水卷材，屋面防水层，铺设于功能层的最外侧，起到为整个建筑防水密封的作用。
考虑本项目的造型复杂扭曲，本工程选用柔性的防水层进行防水。我司采用了TPO防水卷材作为屋面防水层，即热塑性聚烯烃类防水卷材，是近年盛行的一种新材料，其具有以下特点：
1) TPO防水卷材综合了EPDM和PVC的性能优点，具有前者的耐候能力、低温柔度和后者的可焊接特性。
2) 与传统的塑料不同，在常温显示出橡胶（词条“橡胶”由行业大百科提供）高弹性，在高温下又能像塑料一样成型。
3) 不加增塑剂，具有高柔韧性，不会产生因增塑剂迁移而变脆的现象，保持长期的防水功能。
4) 具有良好的加工性能和力学性能，并且具有高强焊接性能。
5) 优异的低温柔韧性能，在-40℃下仍保持柔韧性，在较高温度下能保持机械强度。
6) 优异的耐化学性，耐酸、碱、盐、动物油、植物油、润滑油腐蚀，耐藻类、霉菌等微生物生长。
7) 在两层TPO材料中间加设一层聚酯纤维（词条“聚酯纤维”由行业大百科提供）织物后，可增强其物理性能、提高其断裂强度、抗疲劳、抗穿刺能力。
8) 具有抗老化、拉伸强度高，伸长率大、潮湿屋面可施工、外露无须保护层、施工方便、无污染等综合特点，十分适用于作为轻型节能屋面的防水层。
该防水卷材作为本工程的屋面防水层，具有施工工艺简单快捷，缩短施工周期，并且可以很好的适应建筑造型等优点。(如图2.6、图2.7)
支撑钢方管龙骨穿出TPO防水卷材的位置，在卷材开口处套上TPO防水卷材套管，并与屋面防水卷材进行焊接，保证屋面的整体防水性能。
2.4 屋面装饰层设计
屋面装饰层主要包括：点支撑龙骨系统、铝板多维调节支座系统、彩绘铝板。
点支撑龙骨系统主要包括：槽钢底座、镀锌钢方管龙骨、铸铝圆底盘。该系统构造特点如下：
□80×5mm镀锌钢方管为铝板点支撑主龙骨，其一端通过14#槽钢与主体钢结构连接。安装在主体钢结构上的14#槽钢开口两端加4mm钢板封堵，钢板封堵前需确保槽钢内部空间干燥，钢板封堵与主体钢结构接触面密封胶封堵，形成完好的密封性能，防止槽钢内部腐蚀(图2.8、图2.9)。
80×5mm镀锌钢方管的另一端连接铸铝圆底盘，铸铝圆底盘背面设有与镀锌钢方管相配合的嵌套方管，铸铝圆底盘的嵌套方管只需与□镀锌钢方管对准，铸铝圆底盘便可以嵌套在镀锌钢方管上，铸铝圆底盘与镀锌钢方管有20mm的调节空间，可满足铸铝圆底盘的进出调节定位，定位后，通过嵌套方管的圆孔与镀锌钢方管圆孔进行对孔，穿入2-M6×110mm螺栓组拧紧，完成铸铝圆底盘安装(图2.10、图2.11)。
铝板多维调节支座系统主要包括：L型铝转接件、锯齿方垫片、转轴、螺栓组等(如图2.12、图2.13)。此支座系统能很好的实现扭转双曲面铝板幕墙的调节安装，并通过微调节保证铝板幕墙的精度要求，具体如下：
L型铝转接件连接铝板与铸铝圆底盘。L型铝转接件：包括与铸铝圆底盘连接的转接件一、与铝板连接的转接件二，转接件一与转接件二均设有空心圆柱端，转接件一空心圆柱中部铣口，转接件二空心圆柱两边铣口，转接件一的铣口与转接件二的铣口相互配合，通过M8×65mm不锈钢螺栓组装成一体，形成转轴系统，使得L型铝转接件自由转动。转接件一上开有圆孔，转接件二上开有长圆孔(如图2.14、图2.15)。
三角形铝板安装前，以三个铸铝圆底盘为一块铝板安装单元，铸铝圆底盘直径为350mm，可满足铝板拼接端的汇集及L型铝转接件移动调节定位。根据铝板安装要求：(1)通过铸铝圆底盘与□80×5镀锌钢方管之间20mm的安装空间，可进行铸铝圆底盘的进出调节;(2)通过移动L型铝转接件完成铝板安装的初步定位;(3)L型铝转接件可自由转动，通过绕转轴方向转动，完成铝板绕转轴方向的调节定位;(4)通过L型铝转接件的长圆孔，可完成铝板的上下调节定位;(5)同时，铝板可绕转接件二上M6×25mm螺栓转动，此部分定位完成后，锯齿方垫片锯齿与L型铝转接件锯齿咬合固定（词条“固定”由行业大百科提供），拧紧M6×25mm螺栓，完成整个铝板的安装调节。通过以上三维六向的铝板调节定位，有效保证了铝板的安装精度，使其可适应双曲面等异形金属幕墙的应用。具体调节结合附图A说明如下：
设置X,Y,Z方向坐标，铝板安装过程可进行如下调节：(1)铸铝圆底盘的进出调节(Y 轴方向调节±20mm);(2)移动L型铝转接件(X轴方向调节±20mm，Z 轴调节±20mm);(3)L型铝转接件可自由转动(绕Z轴旋转调节);(4)通过L型铝转接件的长圆孔(Y 轴方向调节±20mm);(5)绕转接件二上M6×25mm螺栓转动(绕X轴旋转调节)。(如图2.16～2.17)
面板：3mm厚彩绘穿孔铝板，铝板折边连接2mm钢板副框，钢副框呈Z字形，设置L形铝条与铝板背部的角铝连成整体加强肋，加强肋成三角形布置(如图2.18、图2.19)。
2.5 入口双曲面四边形铝板系统的设计
入口的双曲面四边形铝板幕墙，其系统的设计思路基本与三角形铝板幕墙一致，其不同点主要体现如下：
(1)面板为双曲面造型，加强肋随短边方向间隔布置，铝板加强肋与铝板同时弯弧，需保证弧度;
(2)采用构件式龙骨及点支撑组合形式，以四个铸铝圆底盘为一块铝板安装单元;
(3)此系统为闭缝铝板，泡沫棒+耐候密封胶（词条“耐候密封胶”由行业大百科提供）填缝。(如图2.20～2.22)
3、 幕墙加工介绍
3.1异形铝板加工
本项目彩绘铝板多达14667件，约1.4万平方米，花纹样式达数万种，每块铝板的尺寸及图案均不相同，同时板块之间需要对纹、接缝，任何细小的误差都会被累积放大，最终导致幕墙达不到预期的效果，加工难度极大。
从单纯的铝板加工角度来看，铝板加工厂下料、冲孔、焊接组装等日产量在500㎡，但本项目双色铝板及三色铝板的图案纸需要通过激光雕花纹、人工贴图案纸、多次喷涂等工序，彩绘铝板的日产量在200㎡左右。“秀场”工期紧，面对如此大量的、复杂的铝板加工工作，必须制定切实可行的铝板加工计划，采取有效的措施推进铝板的加工进度。
(1)我司与铝板加工厂之间密切联系，确保铝板加工工作顺利进行。我司根据深化模型完成扭转双曲面铝板提料，交付铝板厂进行加工，与铝板厂加工衔接工作十分重要，确保铝板厂按铝板提料要求进行加工。铝板提料资料包括：铝板花纹模型、铝板加工尺寸及编号、花纹加工说明、二维提料单及带有填充图案的铝板加工图。(如图3.1、图3.2)
(2)由于本项目工期紧，扭转双曲面铝板施工难度大，结合实际的铝板加工工艺，制定切实可行铝板加工计划。
(3)根据我司提供的带花纹图案填充的铝板加工图(填充图案采用参数化模块生成，精度高)，按1:1生成图案纸，进行贴膜（词条“贴膜”由行业大百科提供）、喷涂，铝板表面图案精度高，为现场铝板拼接图案效果打下基础。
彩绘铝板加工工艺流程(如图3.3)：
3.2点支撑系统相关构件加工
3.2.1点支撑镀锌钢方管龙骨的加工
点支撑镀锌钢方管龙骨作为主体钢结构与铸铝圆底盘的连接件，起着承上启下的作用。“秀场”扭转双全面造型能否呈现顺滑自然的效果，钢方管龙骨的布置十分重要。
根据外立面效果需要，钢方管龙骨与铸铝圆底盘连接一端，铝板完成面至钢方管龙骨的端面应为定值，端头根据安装要求进行垂直切割即可;其与主体钢结构连接端，主体钢结构至其端面也是定值，此端与主体钢结构成一定的角度，根据安装要求进行斜口切割。因此，此环节钢方管龙骨的加工控制重点是钢龙骨的放线，设置一套科学合理的放线方法，准确进行钢方管龙骨加工，为铝板的安装打下坚实基础。(如图3.4、图3.5)
3.2.2 铸铝圆底盘的加工
铸铝圆底盘是点支撑系统的重要部件，是铝板安装的基座。铸铝圆底盘主要分为底盘及套管两部分，套管四边设有加劲板与底盘相连，采用铸铝件可以保证良好的精度以实现外观效果。
铸铝圆底盘的加工重点在于套管内壁尺寸的控制及底盘的平整度。套管与钢方管龙骨套接，套管内腔与龙骨外壁之间留有足够的空隙，满足其注胶密封要求;底盘平整度直接影响外立面铝板的精度调节。(如图3.6、图3.7)
3.3铝板多维调节支座的加工
铝板多维调节支座，为绕转轴转动的L型铝转接件。主要包括L型铝转接件一、L型铝转接件二、锯齿方垫片、转轴等。
L型铝转接件一、L型铝转接件二直接配合，转接件一空心圆柱中部铣口，转接件二空心圆柱两边铣口，需分别控制其配合尺寸，保证其套接及满足转动的精度要求;空心圆柱的空心尺寸与标准的M8螺栓进行配合，保证其转动顺畅;锯齿方垫片与转接件二锯齿的必须紧密咬合，满足支座调节后的铝板固定要求。(如图3.8、图3.9)
4、 幕墙施工
4.1 施工总体方案
4.1.1 施工段划分
该项目主要为扭转双曲面铝板幕墙的装饰形式。为了保证施工工期具备更多的工作面，我司采取分段施工的方式进行，将整个工程分为4个施工段同时进行施工，即15-23轴为第一施工段，23-5轴为第二施工段，5-9轴为第三施工段，9-15轴为第四施工段。(如图4.1)
4.1.2 整体施工措施
(1)标高0.000米至19.500米施工措施：搭设外脚手架作为防护并兼用于辅助施工人员进行幕墙龙骨及面板放线、安装等(如图4.2)。
(2)标高19.500米以上施工措施：
1)在主体钢结构上铺设可拆卸铁梯(宽400mm×长4000mm)作为施工平台辅助施工人员进行幕墙龙骨及面板放线、安装等，每一道施工工序完成后铁梯拆除移动到下一施工区域。
2)铁梯采用40×40×4mm角钢制作，与主体钢结构连接采用∅8钢丝绳与卡扣进行捆绑，保证铁梯与主钢构连接牢固。(如图4.3)
3)距主体钢结构面1米处挂∅8钢丝绳、作为施工人员安全带防护。
4)主体钢结构面下挂水平安全网兜以防人员坠落，水平兜网间隔4米穿一条∅8的钢丝绳形成网格状，增强整体水平兜网的承重力(如图4.4)。
4.1.3 机械设备（词条“机械设备”由行业大百科提供）
主要采用汽车起重机进行材料卸货及吊运，考虑安装高度，安全间隙，索具高度等，选用工作高度30米，工作幅度25米的35吨汽车起重机;小件材料将通过人工搬运就位，这样可以大大提高施工效率确保施工工期。
4.2 施工质量控制重点及保证措施
“秀场”幕墙为扭转双曲面造型，饰面幕墙不断变化，对幕墙的放线要求极高，同时需实测钢结构的三维坐标，将钢结构偏差报告提供给设计师，设计师根据偏差报告进行幕墙偏差分析及调整。针对本工程的扭转双曲面幕墙，各级测量控制点利用全站仪进行三维坐标放样，找出龙骨及面板定位点，保证测量和施工的精度符合规范要求。本工程测量放线打点数量达到3万多个，测量放线的精度直接影响到整个幕墙的安装精度，关系到整个工程的施工质量，所以测量放线是现场施工中最关键的工序，是该工程施工的重点所在。
结合我司以往类似工程的施工经验，“秀场”项目采取以下施工控制措施：
(1)将四个施工区划分为八个放线区。本工程建筑高空作业面高度超过30米，作业面积大，单靠在地面上测量是无法完成的，所以必须在屋面搭设测量平台，平台搭设必须和控制点通视，采用后方交会，对屋面进行控制。测量过程中风、光、施工中的震动对测量实施都产生一定的影响，所以平台搭设必须牢固，每2个小时交会一次并作记录，在过程中减小误差。大风、雷雨、雨雾、昏暗等天气不能进行测量工作(如图4.5)。
(2)在幕墙首次测量放线之后的两周内每隔3天再对幕墙关键控制点进行复核，收集相关数据，结合BIM系统做出相应的调整，为后续下料及安装提供数据支持(如图4.6)。
(3)为避免环形放线最后造成闭合时的累计误差，各区按上述方式再进行细分区放线，各放线区的结合点再进行二次测量放线。
4.3 施工工艺流程
我方采用以下施工工艺流程安排施工，以确保工程质量。
4.3.1、钢龙骨放线：
(1)在主体钢结构上设置放线平台，放线平台由平面、斜撑、斜拉钢件组成，放线平台方向和高度根据全站仪定位调整。
(2)把钢方管龙骨定位坐标投身到放线平台上，并做好标记。
(3)做好标记并复核坐标点数据。(如图4.7～4.10)
4.3.2、钢龙骨安装：
(1)按照坐标点进行钢方管下料、切割。
(2)安装槽钢底座。
(3)安装钢方管龙骨。
(4)复核钢方管分格尺寸。
(5)钢方管满焊。
(6)铸铝圆底盘安装。(如图4.11～4.14)
4.3.3、TPO防水保温层安装
(1)安装防水保温层钢龙骨及镀锌钢板。
(2)TPO防水板安装，用TPO专用焊机进行接缝处理。
(3)安装完成后进行淋水试验。(如图4.15～4.16)
4.3.4、铝板安装放线
(1)在铸铝圆底盘表面设置铝板临时放线定位装置，以三个铸铝圆盘为一单元。
(2)定位坐标打到定位装置上，作标记并复核坐标点。
(3)定位装置之间相互拉线，形成三角形铝板定位线。(如图4.17～4.20)
4.3.5、铝板安装
(1)根据铝板定位线进行铝板定位。
(2)利用定位钳对铝板连接支座进行临时固定。
(3)铝板安装三维微调。
(4)再次定位复核，无误后进行螺栓固定，完成安装。(如图4.21～4.23)
5 幕墙BIM技术应用
5.1参数化建模
利用犀牛+grasshopper 参数化平台，以幕墙基础模型(原始表皮或分格等)为基础，将构件参数的输入数值与模型的设计数值 ( 长度、角度、空间位置关系等 ) 进行关联。并确定各种幕墙构件之间逻辑关系，利用尺寸驱动快速生成1：1幕墙构件BIM三维模型。(如图5.1～5.3)
设置点支撑镀锌钢龙骨、铸铝圆底盘、面板、彩绘图案等参数化模块，快速准确表达扭转双曲面彩绘铝板幕墙构造，为幕墙提料阶段打下基础(如图5.4～5.5)。
5.2 生成幕墙构件加工图及数据信息导出
以三维参数化模型中幕墙构件的构件信息作为数据源，经过逻辑的处理及分析，自动生成零件(幕墙面板，龙骨等)的二维加工图，其中铝板的花纹填充采用参数化模块，使得加工图的生成快速且准确。
调用Grasshopper中的Excel 接口，自动可以生成提供的材料清单Excel，并将所需面板或零件编号、材质、尺寸，图号等加工数据信息自动输入，提高数据的准确性。(如图5.6～5.7)
5.3 施工模拟
利用BIM模型，制定及优化幕墙的施工方案，确定施工放线定位、垂直运输等具体措施和工艺，对施工作业的流程予以优化，使之效率更高。(如图5.8)
6 结束语
本工程现已竣工，我司通过科学组织管理，各项新技术、新工法的运用及现场精细化质量把控，将本项目倾力打造成幕墙精品工程，成为广州市又一个标志性建筑。
