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关键词：横琴国际金融中心、特异体型幕墙、安全优化、工艺优化、性能优化、BIM
一、珠海横琴国际金融中心工程概况
珠海横琴国际金融中心(IFC)坐落于珠海横琴十字门中央商务区核心位置，是横琴自贸区金融岛标志性工程， 336米高度迄今雄踞粤港澳大湾区三极之一珠江西岸“最高天际线”。项目建筑面积22万平方米，由一座集合了办公和公寓的超高层塔楼以及连于一体的地面裙楼组成。
建筑体量生成的灵感则来自中国古典绘画经典南宋陈容《九龙图》中的造型，建筑的外形仿佛四条飞天神龙，交汇缠绕融合为一体直冲云霄。复杂多变的建筑造型仿佛神龙在滔天骇浪，变幻风云环境中纵横穿梭的态势。寓意该地区将汇聚珠海，澳门，香港和深圳(广东)气脉开天阔地、携手进步。项目外观全部为流畅飘逸又极富动感的自由曲线和曲面，主体和裙楼浑然一体无缝衔接(下图1)。其中，又以裙楼部位体型变化最为复杂。裙楼商业部分跨越酒店入口处体型凌空180度旋转，气势雄伟，但也造成裙楼部位幕墙系统多，交界面多。该部位外装饰工程除玻璃幕墙、铝板幕墙、金属吊顶格栅和金属屋面外还有大量的大截面装饰线条，设计和安装难度极高(下图2)。
二、珠海横琴国际金融中心裙楼幕墙系统分布
珠海横琴国际金融中心塔楼展现高耸、挺拔、平直的硬朗风格，裙楼则以洄环、柔曲、旋转的气质展开。项目体型开始展现复杂变化的位置为主楼和裙楼交界处，为了变化又不脱离统一，幕墙效果设计遵循四个原则：材料延续——有玻璃逐渐过度到金属;质感延续——由通透和轻盈逐渐过渡到厚重和闪亮;界面延续——所有直面到曲面的变化自然流畅平滑;线条延续——所有装饰线条和缝隙从曲入直，相贯到底。基于如上原理，塔楼和裙楼在技术路线上分道扬镳——塔楼使用了统一的工业化属性较强的单元式幕墙，裙楼则变成了多种幕墙技术大荟萃的试验场。(图3)
珠海横琴国际金融中心共15个幕墙系统， 其中13个在裙楼位置。该裙楼幕墙系统包括：首层EWS 4系统大堂为隐框玻璃幕墙（词条“隐框玻璃幕墙”由行业大百科提供）;EWS 10、12系统为隐框玻璃幕墙;EWS 11系统为开放式铝板幕墙;三层EWS 7系统为钢龙骨竖明横隐玻璃幕墙;四~八层室内中庭EWS 16系统为竖明横隐玻璃幕墙;贯穿全部裙楼的EWS 3/5/8系统为钢龙骨特异板块规格结合装饰线条的玻璃(含采光顶)、铝板幕墙;贯穿全部裙楼的EWS 6/9系统为分离式金属屋面;EWS 13系统为开放式铜板幕墙和夹板式结构幕墙;EWS 14系统为铝百叶吊顶幕墙。另外还有下沉广场玻璃、铝板幕墙、各层间玻璃栏杆等、玻璃地弹门、旋转门、铝板门、格栅门等，各类幕墙系统总面积约3.5万平方米(图4)。
裙楼幕墙中自由曲面表皮的拟合是通过EWS 3/5/8/6/9系统中尺寸完全无规则的三角板材拼接实现的;裙楼幕墙中装饰线条的扭转和延续也是通过EWS 3/5/8/6/9系统上的百叶连接技术实现的;裙楼幕墙而从玻璃到金属板之间龙鳞般的渐变和转换是在EWS 5系统(采光顶)上完成的;EWS 6/9系统在大弧度扭转曲面上使用分离式屋面系统。以上技术特点构成了珠海横琴国际金融中心幕墙工程从概念设计到实施落地之间的重点技术瓶颈(图5)。
图5，平面和直线转变为复杂扭曲面和空间扭曲线，3/5/8/6/9系统表皮单元以三角形分隔为主，单元规格完全特异化。
三、技术优化路径
珠海横琴国际金融中心幕墙工程2016年初开始启动，招标时顾问公司每个系统仅提供了标准节点构造图。承建方以建筑设计理念为指导原则，在顾问招标图的基础上展开了技术攻关和设计优化之路，从BIM软件进行建筑表皮有理化分析(BIM反向验证)、节点系统优化、收边收口深化设计、样板制作、工程实施到最终技术总结全过程，几乎历经了一个类似工业产品研发研制的全过程。通过细致的研究，兼顾幕墙的安全性、经济型乃至安装工艺的可行性等因素，技术团队从EWS 3系统到EWS 15系统每一个系统都经行了优化和改进，本文重点介绍幕墙节点的系统优化部分内容。
3.1安全优化
以EWS 3/5/8系统为例：该系统钢龙骨框架式隐框幕墙系统，10 +12A+8 +1.52PVB+8 LOW-E 中空钢化夹胶玻璃，钢立柱截面控制尺寸200 mm x 100mm;幕墙分格为三角形，分格尺寸1500mm到2100mm之间;幕墙最大跨度约5000mm。这三个系统贯穿裙楼楼体的自由曲面位置，既是立面幕墙也包含屋面采光顶，同时邻近城市道路、建筑主入口和室内大厅等人流量较大的位置，有玻璃坠落伤人的安全隐患。但本项目招标图成图在2015年以前，对隐框幕墙相关风险问题未做充分的考虑。
优化方案：增加机械压块提高幕墙整体安全性能。首先在玻璃十字缝处增加圆形铝合金压块，压块作为机械压接方式为玻璃的固定和耐久性提供了保障。其次，利用外装饰条的连接构造，增加铝合金短肢角码进一步强化了这种保障。(图6)
3.2工艺优化
以EWS 3/5/8/6/9系统上的450装饰线条为例：该项目从裙楼端部到主楼塔冠设置了450MM和80MM两种尺度的装饰线条，用来强化建筑外立面（词条“建筑外立面”由行业大百科提供）线条的连贯性。其中高450MM线条如何沿建筑表皮完成大弧度的弯曲和扭转、如何连接可靠并且安装精准、如何均匀消化型材（词条“型材”由行业大百科提供）对接位置的偏差等是本项目构造优化方面一系列重难点。因为复杂的扭曲变化，无法实现业主和建筑师提出的把型材拉弯的设想。于是技术问题的焦点就放在如何进行安装角度调节和如何消化型材对接位置的必然偏差上。
原设计方案是通过短肢钢板栓接150MM型材，再卡接300MM型材。这种连接方式三个问题：一是型材扭曲时的旋转点位于短肢钢板附近，型材对接时，最大偏差位置在型材的最外端;二是不能调整型材偏转角度;三是型材角度偏转依次通过钢板到150MM型材再到300MM型材完成，钢龙骨上的施工偏差会通过上述三个依次连接的构件逐步累积到最大，最后型材最外端的精度很难控制。
优化方案：通过BIM反向验证、结合装饰线条长度要素及视觉效果要求，确定型材对接位置(最大)错位尺寸具体数值(该过程中要通过BIM软件反复比对不同的型材长度下，型材对接状态，找到外观视觉效果和成本之间的平衡点)。保留300MM,把150MM型材分成左右相对的两个盖板。在装饰线条中心部位增加了一对可以进行角度调节的公母料组件，两个零件形成类似抱箍的连接装置，直接对300MM型材进行角度调节。调节装置以最直接的的方式对型材最外端进行偏差控制。而且由于旋转点设在装饰线条中部位置，与原方案相比，同样的旋转角度在型材断面末端造型的尺寸偏差却小了45%，拼接后外观效果更加顺滑美观。同时，连接也更稳定可靠，安装效率也有提升。
3.3 性能优化
以EWS 6/9金属屋面系统为例：该系统使用功能层(防水层)与装饰层(面材装饰铝板)相分离的分离式屋面系统概念，这个基本思路是正确的。但原设计从下往上暴露有三个适应性问题(图9)，导致该方案本质上无法实施：
首先，防水板（词条“防水板”由行业大百科提供）立边和面材龙骨走向适应性问题——防水板作为功能层其走向遵循沿建筑表皮与地面产生最大夹角(排水最有利)方向原则，而面板龙骨走向遵循美学原则。所以实际项目中不会出现原方案防水板立边和面材龙骨正交90度那样理想的工况，真实的夹角变化范围是90度到0度之间一个任意值。
其次，三个方向面板龙骨之间的适应性问题——同上原理，面板龙骨从六个方向汇聚于一点，每两根龙骨间角度也是一个变量，不可能用常规角码来连接。
最后，面板和龙骨适应性问题——原方案装饰铝板侧边设置通常的型材与配套的型材龙骨搭接，然后用专用压板固定，搭接位置是弧形，应该是考虑到板面需要角度变化的问题。但通常型材之间的“面”连接，需要精准的加工工艺配合才能实现。而本项目所有的三角形装饰板面，每一块都是一个特定规格。龙骨的现场安装偏差，以及板面的加工难度都决定了这种高标准、高要求的双向配合度是实现不了的。
上述三个问题，每一个都对项目的安装造成的无法逾越的障碍，且三个问题互相关联，逐一突破并无意义，于是技术团队抛开原方案的基本概念，另辟蹊径进行系统性的整体技术优化。
1、 针对防水板立边和面材龙骨走向适应性问题：创新的使用桥式转接组件从结构和构造两方面进行优化。桥式组件由两组或四组夹具结合一个铝合金横梁形成了一个类似“凳子”一样的转换平台，通过这个平台，之上的面板龙骨时可以不受平面内角度约束的连接和固定。这种桥式组件另一个优点在于该原方案中单夹具固定方式为2-4个夹具协同受力的“集束”效应，从而使屋面装饰层的抗风掀性能更可靠(图10)。
2、 针对三个方向面板龙骨之间的适应性问题：创新的使用槽式主次檩条转接组件，这套组件由包括一主两次3个槽式型材、一套抱箍、四套附带转轴的滑块、四套插芯等几十个部件组成。现场只要提供杆件交汇点坐标这一个定值，就可以快速的实现各个杆件的对位调节和固定工作，安装快捷，对位精准(图11)。
3、 针对面板和龙骨适应性问题：该线、面连接为“点”连接，并设置多维可调节的转接角码。降低复杂规格板材加工精度要求，同时适应面板的角度变化(图12)。
以上分析了本项目三个比较典型的优化路径。此外还有旨在保证金属板平整度(EWS11系统改自攻钉固定为挂接)的连接节点优化、旨在提升滨海项目防腐性能(EWS14吊顶格栅系统镀锌钢改为铝和不锈钢)的材质优化及大量的基于成本考虑方面的优化等等，限于篇幅，不在一一赘述。
四、关于技术优化一些总结和思考
4.1、设计先行和设计全控
特异体型幕墙工程系统种类繁多，收边收口工作量大，又存在大量需要进行技术攻关问题点，设计研发工作投入需要很大，项目管理及决策人员要对此有充分的思想准备。横琴国际金融中心裙楼幕墙项目前期的技术研发、方案优化设计共耗时约8个月。尤其是难度较大，但前期顾问方的方案却不够深入甚至在基本思路上存在问题的情况下，尤其要完善并认真细化施工图设计。设计团队要对每种类型的每一个系统、每一个收边收口，都要反复斟酌并完成图纸的准确表达。该类项目设计人员(包括BIM人员)在项目现场实施全过程都需要参与支持——即施工过程需要设计先导和设计全控。
4.2、实体样板和检测
对于研发属性较强的设计工作，实体样板是验证设计成果可实施性的最科学的手段。横琴国际金融中心裙楼幕墙施工样板要求安装在现场。项目要求观察样板通过后，才能根据进度安排进行材料等有采购。最终在13个系统中选定了6个体型变化最为复杂部位的系统(EWS 3/5/8/6/9/14,立面幕墙、采光顶和吊顶格栅等)，组合成了4个视觉样板。4个视觉样板耗时73天，样板安装完后，各方按验收标准进行检查， 检查分格尺寸是否与设计图纸相符;连接是否安全可靠，是否符合设计要求;操作步骤是否正确;板块整体安装是否合格等(图13)。
除了视觉样板对安装工艺和效果做验证外，幕墙的性能检测也是技术优化成果的重要步骤。由于横琴国际金融中心大厦工程项目地处台风频现的珠海市(项目本身临海且体型复杂)，裙楼的EWS-09系统构造为内侧直立锁边金属板外侧金属铝板的双层幕墙，外侧金属铝板通过夹具跟内侧直立锁边肋连接，通过连接夹具和直立锁边之间的紧固摩擦力固定外侧金属铝板，考虑到此连接非机械连接，为了验证连接位置可靠性（词条“可靠性”由行业大百科提供），项目各方组织现场静载试验，通过对试验中两次加载后破坏原因分析，得出对竖向龙骨长度>1000mm的分格通过增加支座点分担支座荷载的结论，也验证了技术优化时提出的桥式连接组件的可靠性(图14)。
4.3、关于BIM应用的一些看法和误解
对于特、异型自由曲面表皮幕墙工程来说，因为建筑表皮往往是复杂不可数学解析的曲面，导致所涉及的相关建筑构件基本上是不易归纳的非标尺寸构件。而几何信息作为建设工程的基础信息，其信息量大放大意味着其他如物理信息和规则信息等这些关联信息均指数级的放大。因此，特、异型自由曲面表皮幕墙工程必须通过以信息处理为基础的BIM技术之路来实现。
特、异型自由曲面表皮幕墙工程BIM技术的首要工作是项目表皮有理化分析。有理化分析的目的是将虚拟的数字模型转化为一组信息集合，这组信息集合所表达的幕墙装饰构件产品必须满足现有生成加工技术和项目既定的经济条件。(图15)
BIM参数化下料解决的是效率和出错率的问题，不是为了“偷工减料”。BIM模型中的几何信息与结构计算软件的信息交互方式能提高部分结构构件的“使用效率”，从而产生成本优化。实质上，BIM正向推进了项目管理的规范化和严密性，从而更不易产生传统意义上的偷工减料行为。但也有些技术人员认为，BIM导致项目材料规格和用量量“透明化”(包括人工)，不利于幕墙公司在项目前期为项目加注“合理”利润。还有人认为BIM的可视化优势会导致某些外行领导把主观的、非专业性的意见实时的带入到专业工作中从而因新项目推进。我们认为这些都是技术手段推广过程中不可避免的非技术性障碍。随着建设市场的逐渐规范，那些因恶性竞争衍生的不良潜规则会逐步消失，并且，总体上来说BIM的模拟功能和强大的信息分析能力会更有助于我们快速准确的做出专业性决策。
有些技术管理人员喜欢盲目增加模型信息量，这也是个误区。在BIM信息管理平台上无关信息即为干扰。保证模型的轻量化，既，保证信息的有效性和关联性才是信息模型的应用规则。
五、总结
IFC裙楼幕墙工程历经14个月工期，严格遵照优化后的设计方案和BIM技术路线进行设计和施工管理，极大地提升了项目实施效率，实现了设计构想并保证了安装质量。项目在施工过程中和完工以后经历了“天鸽”和“天竺”两个超强台风的检验。该项目获得2021年省级和国家级优秀装饰工程奖和年度最喜爱幕墙工程奖等荣誉。
国内幕墙技术经过30多年的发展日趋成熟。随着人们精神文化素质的不断提升，现代建筑把建筑作为艺术属性的意义更加进一步的确认，建筑师在建筑表面技术效果的要求上表现欲更强。未来必将出现更多的自由曲面表皮的工程案例。项目的策划者和技术人员要明白特异自由曲面项目不仅仅每一个技术点的创新和突破，更是多个技术点之间的关联性、技术体系的集成性和技术实践过程的连贯性验证。特异体型/自由曲面幕墙项目技术工作一定要遵循研发、加工、设计、安装“四位一体”的体系化思维方式推进。技术人员要清醒地认识到对于自由曲面这种具有艺术和工业化双重属性的工程项目来说。不能抛开经济条件和技术基础去盲目追求。工程领域没有“完美的”艺术效果，只有“高完成度的”工业产品。
作者单位：珠海市晶艺玻璃工程有限公司
