趙 金（上海美特幕墻有限公司，上海 201700）

上海天文館位于上海市東部臨港新城，是當(dāng)今全球范圍內(nèi)建筑面積較大的天文館。這一超級(jí)建筑建成后，將代表我國(guó)在這特別領(lǐng)域取得的重要成就。其建筑幕墻作為最直觀的外立面，展現(xiàn)出獨(dú)特的效果，整體方案設(shè)計(jì)與加工實(shí)施技術(shù)的把控極為細(xì)致。

1 構(gòu)思立意

上海天文館主體建筑的設(shè)計(jì)靈感源自太陽(yáng)、月亮、地球 3 體，由此衍生出了 3 個(gè)以圓形構(gòu)筑物為基礎(chǔ)，弧形星系環(huán)繞的外太空異體建筑。其分別是位于主入口蘊(yùn)含日晷時(shí)刻設(shè)計(jì)的圓洞天窗；位于展區(qū)屋頂放眼天際望不到地景的倒置穹頂；看似懸浮空中透光成月環(huán)，又與周邊滴水湖以太陽(yáng)-地球比例縮小的球幕影院。這些設(shè)計(jì)都飽含了精巧的天文構(gòu)想。上海天文館主體建筑設(shè)計(jì)圖見圖 1。

圖1 上海天文館主體建筑設(shè)計(jì)圖

2 幕墻選型

上海天文館的建筑主體結(jié)構(gòu)采用混凝土框架、核心筒、鋼結(jié)構(gòu)、單層鋁合金網(wǎng)殼等結(jié)構(gòu)形式，構(gòu)造極其復(fù)雜。根據(jù)建筑整體設(shè)計(jì)的要求，外立面幕墻根據(jù)不同部位受力及造型表現(xiàn)形式的需要，分別確定選用如下類型。

(1) 主入口位置、飄帶、燈箱位置采用成熟可靠的豎明橫隱構(gòu)件式玻璃幕墻。

(2) 倒置穹頂位置采用輕盈、剔透的玻璃采光頂，內(nèi)聯(lián)通道采用弧形明框玻璃幕墻。

(3) 屋面采用防水隔熱受力輕便的鋁鎂錳直立鎖邊幕墻系統(tǒng)。

(4) 其他外立面還涉及直立鎖邊＋陽(yáng)極氧化鋁板幕墻系統(tǒng)、直立鎖邊+陽(yáng)極氧化穿孔鋁板幕墻系統(tǒng)、鋁合金格柵系統(tǒng)、GRC 幕墻系統(tǒng)及條形玻璃門窗系統(tǒng)等。

因整體項(xiàng)目作業(yè)展開面較大，各幕墻系統(tǒng)的施工也按照平立面不同構(gòu)造分布劃分為 9 個(gè)階段。

(1) 立面造型鋁板幕墻系統(tǒng)（3.294～14.671 m）。

(2) 立面造型鋁板系統(tǒng)（10.350～23.850 m）。

(3) 球形幕陽(yáng)極氧化穿孔鋁單板系統(tǒng)。

(4) 主入口及 19.704 m 等部位框架玻璃幕墻。

(5) 27.039 m 區(qū)域鋁合金百葉及鋁單板系統(tǒng)。

(6) GRC 板系統(tǒng)幕墻。

(7) 屋面直立鎖邊，鋁鎂錳板系統(tǒng)。

(8) 穹頂及連廊橋系統(tǒng)。

(9) 附屬建筑幕墻系統(tǒng)。

立面總體由下而上，螺旋攀升施工，平面分區(qū)分項(xiàng)安排，見圖 2。這樣既可保證對(duì)各相關(guān)專業(yè)的整體協(xié)調(diào)，又可保障設(shè)計(jì)細(xì)化和對(duì)各工種及主輔材組織供應(yīng)的預(yù)先判斷，為項(xiàng)目的整體順利開展打下了穩(wěn)固的基礎(chǔ)。

圖2 平面分區(qū)分項(xiàng)圖

3 技術(shù)重點(diǎn)難點(diǎn)

依據(jù)設(shè)計(jì)重點(diǎn)分析、施工管理經(jīng)驗(yàn)、圖紙會(huì)審難點(diǎn)等多方面的匯總結(jié)果，針對(duì)本工程作如下的重難點(diǎn)分析，并確定可靠的實(shí)施解決方案。

(1) 各專業(yè)間配合量大。項(xiàng)目剖面的漸變?cè)煨?，幕墻專業(yè)與鋼結(jié)構(gòu)、土建、建筑、機(jī)電設(shè)計(jì)方案由于存在大量協(xié)調(diào)配合，因此提前對(duì)作業(yè)展開面進(jìn)行分段分系統(tǒng)協(xié)調(diào)實(shí)施。

(2) 本工程由于立面均為不規(guī)則造型，如曲面、弧面、球面，因此對(duì)于幕墻的空間定位、測(cè)量放線難度較大，精度要求較高。這是本工程的控制重點(diǎn)。

(3) 面板、龍骨材料無(wú)互換性。項(xiàng)目曲面造型、漸變分格、無(wú)規(guī)則穿孔等特點(diǎn)，造成幕墻面板及龍骨規(guī)格完全不同，應(yīng)有可靠技術(shù)手段確保設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的精確性。

(4) 交界面數(shù)量及種類多。項(xiàng)目復(fù)雜的幾何界面，使得墻面系統(tǒng)、屋面系統(tǒng)、天窗系統(tǒng)、玻璃系統(tǒng)、吊頂系統(tǒng)、GRC 板系統(tǒng)等交界面規(guī)格種類繁多，且都為曲線交接，應(yīng)確保定點(diǎn)定位及尺寸數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的一致性。

4 詳盡解決方案

詳盡解決方案如下。

(1) 針對(duì)該項(xiàng)目編制詳盡可行的測(cè)量放線方案，并據(jù)此確定幕墻的控制線及控制點(diǎn)。

(2) 設(shè)置平面內(nèi)控制網(wǎng)，對(duì)副框安裝進(jìn)行預(yù)控，對(duì)幕墻安裝的進(jìn)出位進(jìn)行控制。

(3) 設(shè)置幕墻立面外控制網(wǎng)線，每?jī)蓚€(gè)分格設(shè)一豎向分格控制線，嚴(yán)格控制幕墻的左右分格位的安裝。

(4) 利用 BIM 系統(tǒng)進(jìn)行三維校核。

(5) 每安裝完一個(gè)軸線位，就用全站儀進(jìn)行監(jiān)控、復(fù)測(cè)，防止累計(jì)誤差的發(fā)生。

(6) 利用 BIM 系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)計(jì)工藝，保證出圖精度。

(7) 控制型材加工精度，使用超高精級(jí)標(biāo)準(zhǔn)保證型材加工質(zhì)量。

(8) 由角位開始安裝，嚴(yán)格控制四個(gè)角的安裝精度，誤差在立面中部逐步調(diào)整，控制幕墻整體線條流暢。

(9) 豎向角位分層在工廠預(yù)制成型后現(xiàn)場(chǎng)整體安裝；橫向角位在工廠預(yù)拼裝，進(jìn)入樓層后現(xiàn)場(chǎng)拼裝成整體后安裝，減小施工誤差。

(10) 樣板先行，解決常規(guī)質(zhì)量問(wèn)題。

5 精致細(xì)部設(shè)計(jì)

5.1 陽(yáng)極氧化鋁板系統(tǒng)

系統(tǒng)造型成螺旋上升趨勢(shì)，分格隨著墻面高度變化漸變。三維模型示意圖見圖 3。

圖3 陽(yáng)極氧化鋁板造型三維模型示意圖

大懸挑區(qū)域，最大板塊面積為 3.2 m2，橫向縫為 32.0 mm，豎向縫 16.0 mm。懸挑區(qū)域板塊造型及留縫示意圖見圖 4。

圖4 陽(yáng)極氧化鋁板懸挑區(qū)域板塊造型及留縫示意圖

連接件與直立鎖邊支座通過(guò)不銹鋼螺栓組栓接固定，可進(jìn)出調(diào)節(jié) 20.0 mm。連接件安裝完成后，分別安裝鋁板橫向龍骨與斜向龍骨，斜向龍骨安裝完成后安裝對(duì)角龍骨。所有工序龍骨的定位安裝，均由 BIM 系統(tǒng)控制實(shí)施。直立鎖邊支座及連接件示意圖見圖 5。

圖5 直立鎖邊支座及連接件示意圖

鋁板龍骨成型后，按照立面布置規(guī)律，從標(biāo)高低處自下而上安裝鋁板面板，鋁板安裝工藝類似于隱框玻璃幕墻掛接工藝。BIM 控制鋁板橫—斜龍骨角度見圖 6。

圖6 鋁板橫—斜龍骨布置示意圖

5.2 球幕影院系統(tǒng)

系統(tǒng)成球形，上半球位于室外，下半球處于室內(nèi)。赤道位置最大板塊面積為 2.60 m2，每一板塊穿孔排布均不相同。建筑模型見圖 7。

圖7 球幕影院系統(tǒng)建筑模型

球幕主體鋼結(jié)構(gòu)施工完成后，將鍍鋅方鋼通過(guò)不銹鋼螺栓組及方墊片與帶肋連接角碼栓接，焊接固定于主體鋼構(gòu)上，形成直立鎖邊體系板的基本框架體系。龍骨框架形成后，開始按照安裝方向敷設(shè) 0.5 mm 厚穿孔壓型鋼板，再安裝直立鎖邊體系支座。支座安裝間距由 BIM 系統(tǒng)三維控制點(diǎn)位，現(xiàn)場(chǎng)二次測(cè)量放線確定位置，偏差在允許范圍內(nèi)方可算合格。所有固定點(diǎn)及搭接部位涂抹防水密封膠并壓實(shí)后，依次按照順序由里到外敷設(shè)無(wú)紡布、50.0 mm 厚玻璃棉氈、12.0 mm 厚限位硅酸板、0.3 mm 厚隔氣膜、150.0 mm 厚泡沫玻璃保溫層、PE 防水透氣膜、0.9 mm 厚鋁鎂錳合金壓型板。自此，內(nèi)層 0.9 mm 鋁鎂錳合金板直立鎖邊系統(tǒng)安裝完成。直立鎖邊鋁鎂錳板系統(tǒng)分層示意圖見圖 8。

圖8 直立鎖邊鋁鎂錳板系統(tǒng)分層示意圖

直立鎖邊鋁鎂錳板系統(tǒng)安裝完成后，進(jìn)行外層穿孔鋁板幕墻固定系統(tǒng)安裝，扣件之間可進(jìn)出調(diào)節(jié) 15.0 mm。這一設(shè)置可保證鋁板面在相鄰區(qū)域順利完成過(guò)渡。外層穿孔鋁板幕墻固定系統(tǒng)安裝示意圖見圖 9。

圖9 外層穿孔鋁板幕墻固定系統(tǒng)安裝示意圖

鋁板通過(guò)在四周用硅酮結(jié)構(gòu)膠及鋁焊釘栓接一圈鋁合金附框型材，再通過(guò)鋁板固定壓碼與鋁板幕墻龍骨固定。至此完成鋁板拼縫。

5.3 GRC 幕墻系統(tǒng)

GRC 系統(tǒng)位于主建筑底部，GRC 系統(tǒng)模型呈放射螺旋狀，步道起步處，最大板塊面積為 2.7 m2，見圖 10。

圖10 GRC 系統(tǒng)模型

GRC 板塊呈長(zhǎng)條梯形，最長(zhǎng)為 5.6 m，接縫處使用 GRC 造型隱藏膠縫，見圖 11。

圖11 GRC 板塊接縫隱藏膠縫構(gòu)造示意

主龍骨通過(guò)槽鋼轉(zhuǎn)接件及不銹鋼螺栓組栓接后固定于主體結(jié)構(gòu)上。橫龍骨與主龍骨上的插芯通過(guò)不銹鋼螺栓組栓接固定，形成系統(tǒng)基本框架。主體結(jié)構(gòu)至龍骨內(nèi)腔，填塞防火保溫棉，并用鍍鋅鋼板承托封扣，與龍骨框架系統(tǒng)一起形成閉合的防火保溫腔。再將 GRC 板通過(guò)不銹鋼掛件及螺栓組固定在橫龍骨上，進(jìn)行拼縫膠。

5.4 倒置穹頂幕墻系統(tǒng)

倒置穹頂模型見圖 12。倒穹頂系統(tǒng)呈凹球面，力學(xué)性能弱于凸球面，需考慮重力變形與風(fēng)壓作用對(duì)施工的影響。

圖12 倒置穹頂模型

玻璃板塊大小較均勻，最大玻璃面積為 1.86 m2，玻璃附框及鋁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)量。

鋁合金主體結(jié)構(gòu)與玻璃底框框支座通過(guò)不銹鋼螺栓組及鋁合金鋸齒墊片栓接固定，形成球形采光頂?shù)幕究蚣苄问健２晒忭敾究蚣苄问?、采光頂框架交匯示意圖見圖 13。連接板與每一方向鋁合金主框桿件，采用鋼銷釘進(jìn)行銷接固定。

圖13 采光頂基本框架形式及交匯示意圖

項(xiàng)目為滿足消防、通風(fēng)要求，在倒穹頂區(qū)域，設(shè)置了電動(dòng)開啟扇。由于該區(qū)域幕墻玻璃為不規(guī)則雙曲面三角形分格布置，因此對(duì)電動(dòng)開窗裝置的選擇、系統(tǒng)調(diào)試、噪聲控制、行程設(shè)計(jì)、密封防水等方面，均經(jīng)過(guò)了精心的技術(shù)模擬。倒穹頂區(qū)域電動(dòng)開啟扇設(shè)置見圖 14。

圖14 倒穹頂區(qū)域電動(dòng)開啟扇設(shè)置

5.5 條帶玻璃幕墻系統(tǒng)

條帶玻璃系統(tǒng)在上下墻面之間，玻璃系統(tǒng)成螺旋狀，其示意圖見圖 15。玻璃系統(tǒng)底部橫梁水平，上部橫梁有高差，最大板塊玻璃面積為 4.5 m2。

圖15 條帶玻璃幕墻系統(tǒng)三維模型示意圖

5.6 吊頂金屬板系統(tǒng)

吊頂金屬板系統(tǒng)在主入口外側(cè)，呈放射狀分布，板塊四邊均為曲線，板塊尺寸全部不同。三維模型示意圖見圖 16。

圖16 吊頂金屬板系統(tǒng)三維模型示意圖

6 BIM 重點(diǎn)應(yīng)用

為了多層次全方位廣角度有效提高設(shè)計(jì)和施工水平及保障后續(xù)可靠運(yùn)維，項(xiàng)目采用了全生命周期的建筑信息模型（BIM）應(yīng)用。各幕墻系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中均按不同部位對(duì)模型實(shí)施分段分層安裝模擬，對(duì)可能產(chǎn)生的碰撞、擬合、交界面沖突都預(yù)先進(jìn)行溝通確認(rèn)。這對(duì)工期保障和避免加工安裝損耗都起到了極大的指導(dǎo)作用。如穹頂分部：自穹頂玻璃底框和網(wǎng)殼邊板安裝完畢，開始玻璃面板的擬合安裝，同時(shí)逐項(xiàng)對(duì)連橋鋼龍骨網(wǎng)、地面鋪設(shè)、弧形面板安裝、連橋底部鋁板封口、入口排水槽設(shè)置等進(jìn)行細(xì)致推敲，確保各工種間進(jìn)度的一致性和準(zhǔn)備、實(shí)施的時(shí)效性，由傳統(tǒng)平面向四維模擬和虛擬樣板轉(zhuǎn)變，全程實(shí)施水平和質(zhì)量都顯著提高。連橋玻璃、底部及入口鋁板安裝見圖 17，連橋入口排水槽見圖 18，穹頂女兒墻連廊細(xì)節(jié)構(gòu)造見圖 19。

圖17 連橋玻璃、底部及入口鋁板安裝示意圖

圖18 連橋入口排水槽

圖19 穹頂女兒墻連廊

其他各幕墻系統(tǒng)也根據(jù)材料準(zhǔn)備及安裝順序進(jìn)行逐項(xiàng)建模，不僅作為專業(yè)間預(yù)判的參考依據(jù)，同時(shí)也為下料、指導(dǎo)安裝施工提供了周全的保障，見圖 20～圖 22。

圖20 直立鎖邊系統(tǒng)圖

圖21 穿孔鋁板系統(tǒng)

圖22 造型鋁板系統(tǒng)

7 測(cè)量技術(shù)保障

項(xiàng)目由于占地分布較大，因此要根據(jù)軸線控制點(diǎn)建立細(xì)部控制網(wǎng)，利用控制點(diǎn)坐標(biāo)檢核土建及鋼結(jié)構(gòu)控制點(diǎn)坐標(biāo)，在以上布設(shè)的控制網(wǎng)基礎(chǔ)上根據(jù)需要加設(shè)幕墻安裝的控制點(diǎn)。

本工程主要依靠大地坐標(biāo)和距離角度進(jìn)行定位。每個(gè)系列軸線至少需兩個(gè)大地坐標(biāo)定位點(diǎn)，同時(shí)附有每相鄰兩套軸線的交點(diǎn)距離和旋轉(zhuǎn)角度，便于互相核實(shí)。整體結(jié)構(gòu)設(shè)置了見圖 23 。圖中所示的 4 個(gè)一級(jí)測(cè)站點(diǎn)（2-1～2-4），形成閉合回路，對(duì)整體工程安裝過(guò)程進(jìn)行測(cè)量控制；又因一級(jí)測(cè)站點(diǎn)不能對(duì)內(nèi)部區(qū)域進(jìn)行有效控制，故另設(shè)置了 7 個(gè)二級(jí)測(cè)站點(diǎn)（3-1～3-7）進(jìn)行支站，以確保測(cè)站點(diǎn)對(duì)整個(gè)安裝區(qū)域的控制。

圖23 測(cè)量坐標(biāo)定位點(diǎn)設(shè)置示意圖

工程結(jié)構(gòu)形式多樣，各控制點(diǎn)定位難度高。鋼結(jié)構(gòu)整體（屋面支撐結(jié)構(gòu)）精度的控制和單體（屋面板）精度的控制相互影響、相互依存，須在測(cè)量施工中逐級(jí)確保測(cè)量精度，才能保證整個(gè)系統(tǒng)工程的前期設(shè)計(jì)修正時(shí)效和下料施工安裝的精度，對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的有序開展起到關(guān)鍵的作用。

8 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)以上細(xì)致設(shè)計(jì)的籌備、預(yù)演、復(fù)尺、實(shí)施，項(xiàng)目整體進(jìn)展得到了有效的管控。事務(wù)推進(jìn)雖繁復(fù)但有序，立面效果與系統(tǒng)性能及緊張的工期保障也得以完美的實(shí)現(xiàn)，為上海天文館的如期運(yùn)營(yíng)提供了可靠的基礎(chǔ)支撐。