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摘要：本研究通過西安華潤生命之樹項(xiàng)目，探討了特異型幕墻設(shè)計(jì)的創(chuàng)新思維及其在設(shè)計(jì)與實(shí)施過程中的應(yīng)用。面對超大板塊運(yùn)輸組裝、結(jié)構(gòu)空間局限、多專業(yè)交叉復(fù)雜空間定位、拼接位置毫米級偏差控制和溫度變形釋放等挑戰(zhàn)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)采用了豎向斷縫與疊合拼縫技術(shù)、環(huán)梁與背負(fù)鋼架的轉(zhuǎn)換、BIM技術(shù)的空間切分原則、高精度定位板和溫度變形設(shè)計(jì)等創(chuàng)新方法，成功解決了設(shè)計(jì)難題，確保了項(xiàng)目的順利實(shí)施和高質(zhì)量完成。生命之樹項(xiàng)目不僅展示了特異型幕墻設(shè)計(jì)的獨(dú)特魅力與藝術(shù)價值，還通過其精湛工藝和卓越性能成為西安的新地標(biāo)。研究結(jié)果證明了創(chuàng)新思維在特異型幕墻設(shè)計(jì)中的重要性，并為后續(xù)類似項(xiàng)目提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。未來，隨著建筑行業(yè)的發(fā)展和人們對建筑美學(xué)與功能性的更高要求，特異型幕墻設(shè)計(jì)將有更廣闊的發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞：特異型項(xiàng)目;空間分配;參數(shù)化設(shè)計(jì);疊合拼縫;空間定位轉(zhuǎn)換;多專業(yè)交叉;高精度定位
1 引言
1.1研究背景
隨著現(xiàn)代建筑技術(shù)的不斷進(jìn)步，特異型幕墻設(shè)計(jì)已經(jīng)成為展現(xiàn)城市風(fēng)貌和提升建筑品質(zhì)的重要手段。特異型幕墻設(shè)計(jì)在建筑行業(yè)中的重要性不容忽視，它不僅關(guān)系到建筑物的外觀美感，還涉及到建筑的功能性、節(jié)能性以及安全性等多個方面。
在西安電視塔與隋唐天壇的古今中軸線交匯之處，致力于打造傳承中華文化世界級文商旅綜合體的華潤置地在西安曲江新為當(dāng)代西安種下一顆“生命之樹”。這將是對古城文化的回溯與探尋，也是東方文化面向世界新的生長。
“生命之樹”由英國建筑“鬼才設(shè)計(jì)”大師托馬斯·赫斯維克(Thomas Heatherwick)親自操刀，他在與中國山水相遇后，為這片土地帶來了太多驚喜。
而“生命之樹”是一場與長安從東到西的遇見�！按隧�(xiàng)目是西安的一個縮影，一個城中之城，融合了西安優(yōu)秀的歷史、文化與活力”，托馬斯·赫斯維克將用一座新的文化地標(biāo)建筑，一個具有活力的新商業(yè)空間，為西安這座城市寫下一段新的文化敘事。
1.2研究目的
本研究的目的是探索并實(shí)踐基于創(chuàng)新思維的特異型項(xiàng)目幕墻設(shè)計(jì)在西安華潤生命之樹項(xiàng)目中的運(yùn)用。研究目的包括以下幾點(diǎn)： 首先，通過深入研究創(chuàng)新型的幕墻設(shè)計(jì)理念和方法，旨在為生命之樹項(xiàng)目打造前所未有的幕墻形態(tài)，使其外觀如藝術(shù)品般獨(dú)特，成為一處引人注目的地標(biāo)。 其次，研究旨在通過方案與BIM設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（詞條“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”由行業(yè)大百科提供）進(jìn)行協(xié)同推進(jìn)的螺旋式設(shè)計(jì)，確保項(xiàng)目方案的設(shè)計(jì)的實(shí)施落地性。 再者，本研究強(qiáng)調(diào)特異型項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思維和方案對于最終實(shí)施的影響，以及如何通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法來降低實(shí)施難度，提高精度控制。 最后，本研究旨在為其他類似項(xiàng)目提供可借鑒的設(shè)計(jì)方法，打造更多具有藝術(shù)性和創(chuàng)新性的精品項(xiàng)目。 通過以上研究目的的實(shí)現(xiàn)，我們期望能夠?yàn)槠渌愃祈?xiàng)目提供有效的設(shè)計(jì)方法和策略，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的設(shè)計(jì)效果和功能性能。
2 創(chuàng)新思維在特異型幕墻設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
2.1創(chuàng)新思維在幕墻設(shè)計(jì)中的重要性
生命之樹，其樹身巍峨高達(dá)57米，由七層精心設(shè)計(jì)的平臺構(gòu)成，象征著絲綢之路穿越的七個不同氣候帶。它不僅重現(xiàn)了絲綢之路上亞歐大陸的異域風(fēng)情，更通過其延伸的60片巨型葉片，展示了植物隨季節(jié)更迭而變換的生機(jī)與色彩。一日之內(nèi)，四季之景，生命之樹以不同的姿態(tài)和色彩綻放，彰顯了植物生命力的壯麗，呈現(xiàn)了一個充滿活力、色彩斑斕的藝術(shù)杰作。
本項(xiàng)目中的60片葉片，巧妙地構(gòu)成了60個形態(tài)各異、大小不一的平臺，如圖3所示。這些葉片由10根主干延伸出的樹枝所支撐，每一片都致力于完美復(fù)現(xiàn)銀杏葉片的優(yōu)雅形態(tài)。葉片的外緣設(shè)計(jì)得極為纖薄，逐漸向樹枝中心收縮，由精細(xì)的褶皺和葉脈構(gòu)成。生命之樹的中心核心筒（詞條“核心筒”由行業(yè)大百科提供）內(nèi)設(shè)有觀光電梯，而螺旋式上升的旋轉(zhuǎn)樓梯則將各個平臺與葉片巧妙地連接起來。此外，通過精心設(shè)計(jì)的拉力環(huán)，每個葉片的樓梯得以穩(wěn)固地搭建在環(huán)上，共同構(gòu)筑了生命之樹的宏偉結(jié)構(gòu)。每個葉片的四周，還特別設(shè)計(jì)了錯落有致的欄桿，象征著生命之樹不斷向上、向光生長的不屈精神。
本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)過程中融入了眾多創(chuàng)新元素，正是這些創(chuàng)新方案的巧妙運(yùn)用，確保了這件藝術(shù)品得以完美呈現(xiàn)，成為令人矚目的藝術(shù)與工程的結(jié)合體。
2.2 西安華潤生命之樹幕墻設(shè)計(jì)的基本設(shè)計(jì)理念
本項(xiàng)目由于造型復(fù)雜，交叉專業(yè)多，空間極限等問題，使得整個項(xiàng)目的設(shè)計(jì)難度非常大。將深化設(shè)計(jì)過程可概括為：找規(guī)律、定規(guī)則、分蛋糕、歸類別。
找規(guī)律：六十個葉片各不相同，空間關(guān)系復(fù)雜。通過BIM團(tuán)隊(duì)與HS的深入交流，我們找到了表面生成的底層規(guī)律，并優(yōu)化程序，使每片葉片能獨(dú)立重構(gòu)。研究中發(fā)現(xiàn)葉片平臺邊緣均為直線，利用此發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)出規(guī)律性的龍骨和支點(diǎn)布置。
定規(guī)則：幕墻二次環(huán)梁和葉片背負(fù)鋼架的布置，依據(jù)葉片規(guī)格與直邊關(guān)系進(jìn)行。在異形空間中，直邊作為基準(zhǔn)簡化了支座設(shè)計(jì)的六維定位為三向定位，降低了施工難度。
分蛋糕：全專業(yè)空間極為有限，僅靠幕墻規(guī)律和規(guī)則不夠。我們推廣幕墻設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，將空間分配給各專業(yè)，如同分蛋糕。以基準(zhǔn)面為基礎(chǔ)，協(xié)調(diào)各專業(yè)空間需求，初步切分后進(jìn)行特殊化設(shè)計(jì)。葉片外觀變動時，單獨(dú)調(diào)整并確認(rèn)。
歸類別：
項(xiàng)目中交叉情況多，但通過梳理分析，我們找出分類規(guī)則，簡化設(shè)計(jì)顆粒度。結(jié)構(gòu)和圖紙?jiān)O(shè)計(jì)均按類別進(jìn)行，規(guī)則輸入程序?qū)崿F(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)。所有施工基于模型，圖紙為輔助，節(jié)點(diǎn)是規(guī)則設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，圖紙正向出圖，模型修改同步更新圖紙，提高設(shè)計(jì)效率。
3 設(shè)計(jì)方案的制定與實(shí)施
3.1難點(diǎn)一：塊超大問題和解決方案
本項(xiàng)目采用每三個“V”型面板構(gòu)成一組葉片，共計(jì)8組葉片安裝于單一平臺，如圖4所示。經(jīng)過精確的尺寸分析，我們發(fā)現(xiàn)最大一組葉片的尺寸達(dá)到4340mm寬，最長為15536mm。鑒于此尺寸無法進(jìn)行整體運(yùn)輸，我們決定在工地進(jìn)行組裝，并深入探討了斷縫隙的設(shè)計(jì)方案。
方案一采用橫向斷縫隙的方法，若超長板塊需橫向斷縫，則所有板塊均需增設(shè)橫向斷縫。如圖6所示，橫向增加斷縫將顯著影響整體美觀。此外，由于葉片均為雙曲形狀，橫向斷縫的拼接精度控制極為復(fù)雜�？紤]到結(jié)構(gòu)空間的限制，異形空間曲面（詞條“曲面”由行業(yè)大百科提供）板的安裝定位本已頗具挑戰(zhàn)，若增加橫向斷縫，將導(dǎo)致加工和施工難度大幅上升，外觀效果難以保證。在樣板階段，我們也嘗試了整體葉片與橫向分段葉片的對比，進(jìn)一步驗(yàn)證了橫向分縫的難度。
最終，我們采納了方案二，即將分縫設(shè)置在每個“V”型相交的陰角處，即采用豎向斷縫，如圖7所示。然而，由于每片葉片均為雙曲形狀，若采用傳統(tǒng)對拼方式，將不可避免地出現(xiàn)大小不一的縫隙，影響外觀效果的精致度。經(jīng)過深入研究與設(shè)計(jì)，我們采用了疊合拼縫技術(shù)，將相鄰兩片葉片的拼縫巧妙地連成一線，有效消除了加工誤差對外觀的影響。疊合拼縫的理念也被巧妙地應(yīng)用于本項(xiàng)目的其他細(xì)節(jié)處理中，使得項(xiàng)目的細(xì)節(jié)處理達(dá)到了近乎完美的境界。最終，每個葉片在工廠內(nèi)進(jìn)行預(yù)拼裝，確認(rèn)無誤后拆解，將每個“V”型面板和背負(fù)鋼架分別運(yùn)輸至工地，并依據(jù)預(yù)先對準(zhǔn)的孔位進(jìn)行精確拼裝，確保了安裝的精度。
3.2難點(diǎn)二：結(jié)構(gòu)空間局限
本項(xiàng)目中鋼結(jié)構(gòu)與葉脈的分縫關(guān)系如圖8所示，鋼結(jié)構(gòu)中心與樹葉中心之間不存在對應(yīng)關(guān)系，同時鋼結(jié)構(gòu)的懸臂梁與葉脈分縫亦無對縫關(guān)系，導(dǎo)致整體設(shè)計(jì)的連接體系復(fù)雜化。通過全面的形體研究與分析，鑒于每個平臺邊緣均為直線，故采取與直邊平行布置環(huán)梁龍與背負(fù)鋼架的方式確定龍骨和定位點(diǎn)的定位規(guī)則，如圖9所示，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜空間定位的轉(zhuǎn)換。在特異形項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，點(diǎn)、線、面的空間定位轉(zhuǎn)換以及多維度空間定位的簡化思想極為關(guān)鍵。本項(xiàng)目通過環(huán)梁與背負(fù)鋼架的轉(zhuǎn)換，運(yùn)用碼件實(shí)現(xiàn)了三維X\Y\Z直角坐標(biāo)系的調(diào)節(jié)，簡化了空間定位中的角度調(diào)節(jié)，顯著降低了施工難度，如圖10所示。
3.3難點(diǎn)三：樓板和葉片空間狹小且多專業(yè)交叉
生命之樹的每個平臺上面都種植有不同的綠植，如圖11所示，所以需要從樓板完成面往下做下沉的樹坑，樓板面和葉片完成面為了保證外觀效果，空間已經(jīng)十分局限，在布置上樹坑，就成本增加了難度。此外還水管、電線也要走樓板之下，讓原本有限的空間更加捉襟見肘。最后通過制定各專業(yè)的定位原則和占用空間的原則，如圖11所示，讓設(shè)計(jì)可以全面推進(jìn)。原先樹坑是大小無規(guī)律的布置，通過幕墻龍骨的校核，讓將樹坑設(shè)置在環(huán)梁和背負(fù)鋼架的橫向龍骨之間，不會打斷橫向龍骨。同時應(yīng)用BIM技術(shù)，將各專業(yè)的設(shè)計(jì)空間像切蛋糕一樣進(jìn)行切分，遇到特殊位置再做特殊處理。
3.4難點(diǎn)四：拼接位置的毫米級偏差控制
在樹葉向樹枝干位置的收縮過程中，以及樹枝干上橫向斷縫的出現(xiàn)，如圖13所示，實(shí)現(xiàn)毫米級的偏差控制，確保近人尺度的視覺體驗(yàn)顯得尤為關(guān)鍵。這種精細(xì)的控制不僅提升了整體的美觀性，而且對于保持設(shè)計(jì)的連貫性和整體性至關(guān)重要。如圖14所示，通過在每個分縫位置采用激光雕刻的高精度定位板進(jìn)行精準(zhǔn)定位，上下板塊在同一限位板上限位，從而確保造型的連貫性與定位的精確性。這種技術(shù)的應(yīng)用，使得每個部件的結(jié)合都達(dá)到了幾乎無偏差的效果，極大地增強(qiáng)了產(chǎn)品的整體質(zhì)感。
3.5難點(diǎn)五：溫度變形的釋放
在本項(xiàng)目中，我們特別選用了不銹鋼材質(zhì)的金屬面板，以確保結(jié)構(gòu)的耐久性和強(qiáng)度。同時，整個主體結(jié)構(gòu)是基于鋼結(jié)構(gòu)來構(gòu)建的。正如之前所進(jìn)行的詳細(xì)分析所指出的那樣，考慮到葉片的尺寸非常龐大，并且在設(shè)計(jì)上沒有設(shè)置任何分段縫隙，加之本項(xiàng)目所在地西安地區(qū)，具有夏季炎熱和冬季寒冷的顯著氣候特征，因此，我們必須對溫度變化可能對結(jié)構(gòu)造成的影響進(jìn)行深入而周密的考量。如圖15所展示的那樣，葉片的設(shè)計(jì)已經(jīng)充分考慮了從升溫70℃到降溫50℃這樣一個廣泛的溫度變化區(qū)間，并且基于此溫度范圍進(jìn)行了精確的溫度變形設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)巧妙地利用了葉片褶皺形狀所固有的剛度特性，將背負(fù)鋼架精心設(shè)置在葉片的中偏上段位置，這樣做的目的是為了在葉片的長度方向上將溫度變形的約束點(diǎn)定位在中部，并且在葉片的兩端進(jìn)行釋放。通過這種創(chuàng)新的設(shè)計(jì)方法，我們成功地將所有拼縫的寬度控制在了15mm以內(nèi)，確保了結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性。至于葉片寬度方向上的溫度變形問題，則通過葉片褶皺的自然形態(tài)得以有效地釋放和調(diào)節(jié)，這一點(diǎn)在圖16中得到了清晰的展示。
4 結(jié)論與展望
結(jié)論
本研究通過對西安華潤生命之樹項(xiàng)目中特異型幕墻設(shè)計(jì)的深入探索與實(shí)踐，成功地將創(chuàng)新思維應(yīng)用于項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)施過程中。在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段，我們面臨了諸多挑戰(zhàn)，如超大板塊的運(yùn)輸與組裝、結(jié)構(gòu)空間的局限性、多專業(yè)交叉的復(fù)雜空間定位、拼接位置的毫米級偏差控制以及溫度變形的釋放等。然而，通過采用豎向斷縫與疊合拼縫技術(shù)、環(huán)梁與背負(fù)鋼架的轉(zhuǎn)換、BIM技術(shù)的空間切分原則、高精度定位板以及溫度變形設(shè)計(jì)等創(chuàng)新方法，我們有效地解決了這些難題，確保了項(xiàng)目的順利實(shí)施與高質(zhì)量完成。
生命之樹項(xiàng)目不僅展現(xiàn)了特異型幕墻設(shè)計(jì)的獨(dú)特魅力與藝術(shù)價值，更通過其精湛的工藝與卓越的性能，成為了西安這座古城的新地標(biāo)。項(xiàng)目的成功實(shí)施，充分證明了創(chuàng)新思維在特異型幕墻設(shè)計(jì)中的重要性與應(yīng)用價值，為后續(xù)類似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)施提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)與借鑒。
展望
隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展和人們對建筑美學(xué)與功能性的要求日益提高，特異型幕墻設(shè)計(jì)將迎來更加廣闊的發(fā)展前景。在未來的設(shè)計(jì)中，我們應(yīng)繼續(xù)深化對創(chuàng)新思維的研究與應(yīng)用，不斷探索新的設(shè)計(jì)理念與方法，以滿足市場與社會的多元化需求。
總之，特異型幕墻設(shè)計(jì)作為展現(xiàn)城市風(fēng)貌和提升建筑品質(zhì)的重要手段，其發(fā)展前景廣闊。我們應(yīng)緊跟時代步伐，不斷創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念與方法，為建筑行業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)更多的智慧與力量。
5 參考文獻(xiàn)
[1] 朱大力.建筑表皮材料精細(xì)化設(shè)計(jì)探析[J].中國建材科技, 2021,30(1):29,87.
[2]應(yīng)俊，幕墻視角下的復(fù)雜異形建筑表皮精細(xì)化設(shè)計(jì)，建筑規(guī)劃與設(shè)計(jì)，1671-9344(2022)04-0073-03
作者單位：1.廣州格雷特建筑幕墻技術(shù)有限公司
2.西安中央文化商務(wù)區(qū)控股有限公司
作者：吳可娟1 張金太2 朱力2 楊禮山1
