本文摘自：《建筑幕墻創(chuàng)新與發(fā)展》未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載
一、概述
上海中心裙樓作為整個上海中心項目的基石，集商業(yè)休閑、會議辦公、酒店大堂等多種功能于一體，為上海中心項目的主要門（詞條“門”由行業(yè)大百科提供）戶通道，也是人們在上海中心這座超高層建筑（詞條“超高層建筑”由行業(yè)大百科提供）工作、觀光、旅游時的近距離觀察點。上海中心裙樓高七層，建筑高度37米，建筑面積61500m2。幕墻材料有玻璃、石材、金屬板等，各種材料所在立面均為非線性曲面，不同材料間交接口繁多，交接處均為相貫異型空間曲線。
圖1 上海中心裙樓幕墻效果圖
二、幕墻系統(tǒng)及特點
上海中心裙樓建筑立面幕墻細分為十三套系統(tǒng)：位于東立面商業(yè)入口的PG1類型單層索網(wǎng)玻璃幕墻系統(tǒng);位于北面商業(yè)區(qū)域的PG2類型大跨度薄板桁架點支式玻璃幕墻;位于西立面會議廳部位的PG3-2類型大跨度鋼鋁結(jié)合點支式玻璃幕墻;位于西立面宴會廳部位的PG3-1類型大跨度單層索網(wǎng)玻璃幕墻系統(tǒng);位于北面及東西水墻部位的PS類型整體單元掛接式開敞背栓石材幕墻;位于屋面的PR類型金色肌理玻璃幕墻，內(nèi)部直立鎖邊鋁鎂錳板（詞條“鋁鎂錳板”由行業(yè)大百科提供）屋面防水體系、位于墻面及吊頂部位的PR類型金色肌理玻璃幕墻，內(nèi)部黑色PVDF鋁板防水體系;位于西側(cè)五層觀光休閑平臺處的VIP廳(酒吧)玻璃肋點支式玻璃幕墻系統(tǒng);位于西側(cè)會議廳內(nèi)部的B10類型鋼鋁結(jié)合隱框玻璃幕墻體系;位于南側(cè)首層的隱框框架式玻璃及開敞背栓式石材基座幕墻;位于南側(cè)室內(nèi)的J類型大跨度索管組合桁架玻璃幕墻;位于南側(cè)及北側(cè)的玻璃(不銹鋼（詞條“不銹鋼”由行業(yè)大百科提供）)雨棚體系;位于東、西下沉式廣場的隱框玻璃、開敞式石材幕墻及大量的玻璃欄板體系。
圖2 裙樓幕墻體系主要分布圖
這些系統(tǒng)均以雙曲面、無規(guī)律扭曲面分布于裙樓各個立面上。
圖3 裙樓幕墻幾何造型輪廓圖
圖4 裙樓PS石材幕墻表皮幾何參數(shù)
圖5 裙樓PG2幕墻表皮幾何參數(shù)
圖6 裙樓PR幕墻表皮幾何參數(shù)
圖7 裙樓PS水墻表皮造型幾何參數(shù)
圖8 裙樓南雨棚表皮幾何參數(shù)
圖9裙樓基座幕墻表皮幾何參數(shù)
從上圖的造型幾何參數(shù)來看，上海中心裙樓幕墻的表皮是非常復(fù)雜的，不僅涉及到普通單曲面，雙曲面，更有無規(guī)則的空間扭曲面，每套幕墻系統(tǒng)都有各自不同的空間幾何造型。特別是PR幕墻，幾何表皮更是一種無法簡單地用數(shù)學函數(shù)去表達其幾何信息的非線性曲面。利用傳統(tǒng)的繪圖軟件是無法準確表達幕墻分格、構(gòu)造及與主體結(jié)構(gòu)的相對關(guān)系。再加上裙樓幕墻系統(tǒng)繁多，十三套幕墻系統(tǒng)相互或多套交接，導(dǎo)致系統(tǒng)交接口眾多，大部分交接口均為不同幾何空間造型的異形面。因此如何完美實現(xiàn)建筑師的設(shè)計意圖，保證建筑外形的精確呈現(xiàn)，精準實現(xiàn)幕墻系統(tǒng)的交接，是需要解決的難點及重點所在。
三、BIM三維數(shù)字化技術(shù)的探索和應(yīng)用
3.1表皮分格及實體建模
3.1.1表皮分格
上海中心裙樓幕墻工程多個系統(tǒng)均為曲面，其中以PS石材幕墻及PR金色玻璃幕墻幾何邏輯最為復(fù)雜。PS石材幕墻造型邏輯簡單地可認為是大小兩圓相切后以固定半徑旋轉(zhuǎn)形成的非標準圓胎面;PR金色肌理玻璃幕墻造型邏輯簡單地可認為是多個半徑不同的弧線組合成封閉曲線，然后此封閉曲線再以無規(guī)律空間曲線拉伸擠出形成非標準柱面。
圖10 PS石材/PR玻璃幕墻表皮效果
圖11 PS石材幕墻表皮模型
圖12 PR金色幕墻表皮模型
對于PS和PR幕墻這兩種復(fù)雜雙曲面幾何表皮造型，普通繪圖軟件無法進行或很難進行準確的表皮分格工作，尤其是PR幕墻。我們先就PR幕墻表皮分格邏輯進行一個簡單的介紹。
PR玻璃幕墻采用8+1.52SGP+8金色肌理夾膠平板玻璃（詞條“平板玻璃”由行業(yè)大百科提供），單塊玻璃分格為1800*300mm，標準縫寬16mm。由于其表皮為空間扭曲造型原因，玻璃橫向開縫必定不對齊，并且建筑師同意縫寬變化范圍為±5mm。東西裙樓PR幕墻造型在9軸處出現(xiàn)變化，東裙(9軸以東)部位PR造型從正負零標高開始，西裙(9軸以西)部位PR造型從標高4.2m處開始并形成閉合扭曲面。
圖13 PR幕墻北立面玻璃布板基準線設(shè)置
圖14 PR幕墻西立面玻璃布板基準線設(shè)置
由于建筑師接受PR玻璃幕墻橫向開縫不用對齊，因此東西裙樓處PR幕墻分別以正負零和標高4.2m處做為玻璃板塊布板劃分基準線。以基準線為基礎(chǔ)，以300mm寬為模數(shù)進行玻璃分格布板。
圖15 PR東裙立面玻璃布板示意圖
圖16 等距布置方式下PR幕墻玻璃布板TOP視圖
圖17 等距布置方式下PR幕墻玻璃布板西裙模型軸測圖
由于東裙PR幕墻造型截面并未形成封閉曲線，因此按等分300mm的布板邏輯是可行的。西裙PR幕墻造型截面形成封閉曲線，由于PR表皮為空間扭曲面的原因，以基準線為基礎(chǔ)等分300mm的分板邏輯，就形成了如上圖紅線所示的“齒口”。這個“齒口”是無規(guī)律的，即齒口縫大大小小，無等寬現(xiàn)象發(fā)生。
因此必須采用第二種布板方式來解決此“齒口”問題。我們以9軸為界，9軸以東仍采用等寬布板邏輯，9軸以西采用圓弧等分布板邏輯。
圖18 采用兩種布板邏輯PR幕墻玻璃布板西裙模型軸測圖
9軸以西采用圓弧等分分板邏輯，即以玻璃長度1800mm做為弦長，在橫向方向上將PR表皮劃分為若干個截面封閉的曲線，然后再將這些封閉的曲線以接近300mm的弦長步距劃分為若干段，寬度變化為275~300mm，變化步長為7mm。將相鄰的封閉曲線分段點進行連接，即可形成空間四邊形，然后拍平擬合形成尺寸接近1800*300mm的平板玻璃。
圖19 圓弧等分布板邏輯PR幕墻玻璃布板西裙模型軸測圖
從上圖可以看出，按圓弧等分布板邏輯重新對PR西裙樓部位的玻璃排版進行定義，可以避免交口部位“齒口”現(xiàn)象的發(fā)生。并且由于是相鄰曲線分段點的連接形成玻璃控制線，玻璃過渡較為自然，錯縫也較為規(guī)律。
3.1.2實體建模
3.1.2.1協(xié)同設(shè)計院進行主體結(jié)構(gòu)和建筑表皮修正：①幕墻實體模型的建立，有助于核查出主體鋼結(jié)構(gòu)（詞條“鋼結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供）與幕墻表皮及龍骨的相對位置關(guān)系，可以直觀地反應(yīng)出幕墻結(jié)構(gòu)是否與主體鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生干涉，或安裝距離過近導(dǎo)致難以施工。以模型為基礎(chǔ)，對設(shè)計院主體鋼結(jié)構(gòu)的布置及形式提供有力地參考，減少后續(xù)施工過程中對主體結(jié)構(gòu)的改動;②實體模型的建立，可以讓設(shè)計院對外表皮有直觀的三維觀察，對于面材的選擇、幕墻表皮收口部位的效果有直觀的認識�？梢詭椭O(shè)計院對建筑表皮進行局部微觀調(diào)整。
3.1.2.2給于幕墻設(shè)計單位設(shè)計人員提供指導(dǎo)：①設(shè)計人員對照實體模型與二維施工方案圖，對不合理連接部進行優(yōu)化;②實體模型可提供大量的曲面或異形玻璃、金屬板加工數(shù)據(jù)，為設(shè)計人員繪制加工圖及材料清單提供有力支撐;③實體模型可有效地摸擬出曲板與平板之間的差異，指導(dǎo)設(shè)計人員分析之間的差異值是否在可接受范圍內(nèi)，實現(xiàn)面材的“以平代曲，以折代曲”
中國幕墻網(wǎng)工程庫gck.alwindoor.com正式收錄上海中心大廈工程，敬請關(guān)注對該工程進展、幕墻技術(shù)、材料應(yīng)用等相關(guān)資訊的動態(tài)更新！
上海中心大廈
總高度632米，結(jié)構(gòu)高度580米，已建成項目中中國第一、世界第二高樓；地上樓層127層，觀光平臺在119層；建筑面積約57.6萬平方米，占地面積約3萬平方米。最大的非線性雙曲面自潔玻璃
3.1.2.3給于幕墻施工單位施工人員提供指導(dǎo)：①實體模型上附帶的大量坐標定位信息，可以給現(xiàn)場測量人員提供三維坐標點數(shù)據(jù)，便于現(xiàn)場測量人員精準放線，控制幕墻精度;②實體模型可以直觀地反應(yīng)出幕墻各構(gòu)件的關(guān)系，指導(dǎo)現(xiàn)場安裝施工工作，相比二維圖紙更為直觀(考慮到當前施工隊伍仍主要以農(nóng)民工為主，普通施工藍圖或無法看懂，實體模型有助于其理解安裝過程)③便于施工單位進行商務(wù)變更、工程量統(tǒng)計工作。
3.1.2.4給業(yè)主、監(jiān)理單位一定的參考作用。上海中心裙樓幕墻工程收口部位復(fù)雜，每個收口部位均涉及多個系統(tǒng)相交接，因此構(gòu)件布置繁瑣;并且收口部位均為空間弧面，如果安裝出現(xiàn)較大誤差，就會導(dǎo)致收口處各套系統(tǒng)無法匹配交圈，或者即使交圈也會出現(xiàn)收口處縫寬、搭接長度等等大大小小，嚴重影響外觀效果。我們以PG1為例：
圖20 PG1實體模型圖
從上圖中可以看出，PG1收口部位涉及四種面材(體系)：PG1幕墻系統(tǒng)玻璃、PG1周圈格柵（詞條“格柵”由行業(yè)大百科提供）百葉、曲面鋁板及PR金色肌理玻璃。PG1周圈弧形為非標準弧線，為五種不同曲率的弧線組合而成的曲線(原建筑設(shè)計此部位為樣條曲線，無半徑。我司進行高精度擬合后，為五段不同曲率曲線)。四種不同體系的材料、沿著五種半徑的曲線，非同一平面(這些平面都非垂直或平行于軸線的平面)交合在一起，施工難度可想而知。如果單純以二維施工藍圖來講，可能三五張節(jié)點就足以反映此部位構(gòu)造關(guān)系。但是施工人員在這些二維施工節(jié)點圖的指導(dǎo)下，是不可能完美地將這些幕墻系統(tǒng)精確地組合在一起的。這就需要一個詳細的實體模型，反應(yīng)出各構(gòu)件的布置關(guān)系、布置坐標、轉(zhuǎn)接件與主體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接關(guān)系等等。
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