论复杂幕墙的过程控制管理及创新邯郸科技中心项目的创新应用

梁耀峰 马士英

（作者单位：邯郸城市发展投资集团有限公司）

1.项目概况

邯郸科技中心位于河北省邯郸东区，地上建筑分为科技中心主楼和科技产业馆，幕墙总面积约7万平方米。该项目与邯郸青少年活动中心、邯郸妇女儿童活动中心（拟建）装饰效果连贯，保持了设计创意的完整性，区域整体性强。项目建筑格调大气简洁，造型简洁方正，但又透露出燕赵古都的神韵。

本项目是邯郸市第一个采用单元式幕墙的建筑，外立面采用Low-E双钢化超白中空玻璃和不锈钢蜂窝板一体化设计的模块式插接单元幕墙，板面凸起和颜色变幻展现出丰富的立面效果，以独特的建筑形态彰显出城市特质。

建筑面积：164813平方米

建筑高度：106．8 米

幕墙面积：70620平方米

幕墙形式：单元式幕墙、框架式玻璃幕墙、自由曲面玻璃采光顶系统

设计单位：清华大学建筑设计研究院有限公司、河北建筑设计研究院有限责任公司

建设单位：邯郸市城投房地产开发有限公司

施工单位：斯特龙装饰股份有限公司

图1 邯郸科技中心鸟瞰图

图2 邯郸科技中心不同立面视觉效果

2.幕墙设计过程的控制

异形单元板块形态特殊，具有很强的艺术表现力，但其设计、制作、安装也较普通幕墙更为复杂。就邯郸科技中心项目而言，通过从概念设计、方案设计、施工图设计及过程把控，最终保证了建筑品质，并展现出不同角度变换的视觉效果。

2.1 三角形到平行四边形单元板块的精彩演绎

邯郸科技中心项目幕墙设计的初衷为三角形单元板块，通过对拼拼接出菱形、梯形、六边形等形状。经深入研究发现，原系统设计存在较大的渗、漏水隐患。为解决此问题，就邯郸科技中心单元幕墙设计，多次组织专家论证会对设计方案进行论证，并对系统的合理性，包括水密性、气密性和安全性等深入探讨，最终将单元幕墙系统进行改进，将原单元板块三角形改为平行四边形，通过标准单元的拼接形成最终丰富多变的立面效果。

改进后的平行四边形单元板块，完善了单元边框的设计方案和胶条搭接防水工艺，使系统和安装更加合理、可靠，并有效保证了幕墙的水密和气密性能。经过反复核算比较，最终采用单元公母料为同一种截面的幕墙系统，工程化程度高，减少型材种类，节约生产管理成本，提高生产效率，有效保证了工期和质量。同时，将BIM技术应用于本项目，对单元幕墙进行了技术优化和改进，为保证最终异形幕墙的质量提供了可靠依据。

图3 邯郸科技中心项目采用BIM技术

图4 专家论证会

2.2 单元幕墙的防水和气密性设计

单元式幕墙防水对于建筑物的整体质量有着重要的影响，是决定建筑物整体质量的关键因素。此项目中，进行了系统性的构造防水和气密设计，做到防水与排水相结合，从而提高了单元式幕墙的整体质量。经国家建筑工程质量监督检验中心检测，该项目单元幕墙水密性能达到3级、气密性能达到4级。

项目具体通过以下措施：（1）腔体型材设计斜坡倒水，保证进入湿区的水可以顺利排出；（2）分层设计批水，将上层单元腔体内冷凝水及渗透水及时导出，保证干区无水进入；（3）由于护边尼龙与硅胶的相容性较差，同时在紫外线的照射下会发生粉化的情况，将护边材料调整为与硅胶有良好相容性的铝型材；（4）在十字交叉口设置闭合海绵，保证气密性的完好。

2.3 异形开启系统设计

本项目外立面划分采用基本形状为三角形，组合成钻石形状的六边形，由于这种划分产生了梯形（异形）的玻璃开启扇，采用通常的铰链式或挂钩式上悬开启不能解决梯形开启扇的开启问题。经过反复论证，决定采用推杠式平推开启系统，配以3道密封胶条，可以有效地解决梯形开启的难题，与传统开启方式相比, 即保证了整个开启扇的安全，又提高了幕墙开启部分的气密性和水密性能。同时在开启状态下，与同样面积的上悬开启窗相比增大了30%以上的通风量，保证了室内自然换气的需求。

图5 曲面采光顶实景图

2.4 自由曲面采光顶平面划分技术

本工程内庭院位置的玻璃采光顶造型复杂，无法用线性参数表达，因此设计和施工难度极大。

针对此问题，项目采用计算机辅助技术将曲面合理划分成平板，同时将平板进行合理的排列组合，形成可以用坐标参数表达的几何体，模拟出曲面效果。在保证效果的基础上，极大地降低了工程成本。通过多维可调结构实现空间三维精准调整，提高了安装精度和安装效率，保证了整个工程的质量。

3.施工过程控制管理与创新

众所周知，单元式幕墙的质量是由设计水平、材料质量、加工质量、组装质量、安装质量等众多因素决定的。随着建筑外观要求的提高，外墙面材尺寸的不断加大，给施工增加难度的同时，又存在一定的安全隐患。邯郸科技中心项目从施工的安全管理入手，对异形单元幕墙的施工做出了一些探索与研究工作。

3.1 异形单元幕墙吊装系统的创新研究，提高安装效率和质量

邯郸科技中心项目单元板块为平行四边形，单体面积约为16平方米，重1吨左右，在面积和重量上是一般单元板块的2-3倍，且重心分布不规则，若采用普通吊装设备，吊装就位难度极大，影响制作和运输装卸效率，甚至影响单元板块的效率和质量。

针对以上问题，该项目研发了一种简单实用的单元板块吊装系统，通过多次模拟实验，结合以往类似工程经验，根据现场实际情况创造性地发明了一种异形单元吊装系统。通过在建筑物顶端安装能够围绕整个建筑幕墙范围的滑轨，与滑轨配套设置运行驱动装置和起吊系统，能够完成幕墙各个位置的异形单元板块吊装，吊装过程中可以手动操作也可以遥控操作，极大的提高了吊装效率并且降低了劳动强度。

3.2 异形单元板块专用运输支架的创新研究，保证板块运输安全

同时，本工程单元板块超大超重，在加工制作和安装过程中，不宜二次倒运。针对此问题，本项目在运输支架的设计上，采用小单元模块化可拆卸结构，这种结构部件统一，互换性强，方便大批量制作和运输，而且这种结构可以根据单元板块的大小进行调节，适用性强。在小单元模块支架上进行单元面材安装，安装完毕后直接将带板块的小单元支架起吊组装成5排高的单元货架，放置到运输车上。车到现场后可以由叉车将小单元模块直接运输到位，方便快捷，极大地提高了运输效率。

图6 项目实景照片

图7 项目内庭照片

4. 新型节能环保材料应用探究

新型节能环保材料的应用是顺应社会发展趋势的，不仅能有效改善人们的生活环境，更主要是提高建筑物的保温隔热性能。邯郸科技中心对新型节能环保材料，如不锈钢蜂窝板、超白中空低辐射玻璃等，在建筑工程中的应用进行了一些探究。

4.1 不锈钢蜂窝板的创新应用

随着不锈钢板性价比的提升及幕墙应用技术的进步，作为可循环使用材料，不锈钢板在建筑外立面的应用为建筑设计多样化、个性化提供了新手段。此项目中，不锈钢蜂窝板的创新应用，具有极大的现实意义。

邯郸科技中心主楼外立面装饰以单元式幕墙为主，面积约为3.5万m2，其中蜂窝不锈钢装饰造型的面积约为2.6万m2。外立面材料原采用3mm不锈钢板，折弯造型，因造型板块尺寸较大（4.2m×0.45m），重量较重，造成幕墙结构承受荷载较大，加工折弯工艺难度大，给施工带来很大的困难。

经多方协调、深化设计及视觉样板效果确认后，最终采用15mm不锈钢蜂窝板（正面采用1mm厚拉丝不锈钢板，背面采用1mm厚铝板，中间采用铝蜂窝夹芯），即以高强度不锈钢板作为面、铝板背板与铝蜂窝芯经高温高压复合制造而成的复合板材，具有重量轻、强度高、刚度好、耐蚀性强、性能稳定等特点，其次不锈钢蜂窝板在施工过程中不仅施工简单、便捷，且综合性能非常理想，具有显着的保温效果。

图8 不锈钢蜂窝板应用实景图

4.2 超白中空低辐射玻璃的创新应用

超白玻璃是一种超透明、高品质、多功能的新型玻璃产品，它不像普通玻璃那样断面给人以绿色的感觉，其外观晶莹剔透，有极高的透光率，能提供非常好的视觉效果。

本项目中，采用双中空超白钢化LOW-E玻璃，中空层厚度12mm，加上中空玻璃隔热条暖边技术，使整个玻璃的传热系数降低，使整个幕墙保温性能有显著的提高，又保证了良好的透光性能。同时，玻璃自爆率也因超白玻璃内部杂质的减少而降低许多。

图9 超白中控玻璃应用实景图

5.结语

邯郸科技中心以简洁、精致的建筑外形，由内而外一脉相承的设计理念，已成为邯郸东区独树一帜的地标性建筑。该工程立面幕墙存在较高的技术复杂性，并在设计施工中采用了多项新技术、新工艺、新材料，并对异形单元幕墙系统及不锈钢蜂窝板等材料的应用，进行了比较深入的探索与研究。在运用已有成熟技术的基础上，对传统设计理念和施工方法进行创新与改造，其创新点之多、难度之大，许多地方都打破了常规，为河北省乃至全国异形单元幕墙的设计与施工，积累了丰富的经验。