建筑幕墙创新技术在宁波城市展览馆工程中的应用

王 澜 徐增建

1. 宁波东部新城开发投资集团有限公司 浙江 宁波 315040；

2. 宁波建工建乐工程有限公司 浙江 宁波 315200

宁波市城市展览馆工程整体造型似一台巨型风车。外立面采用了玻璃和青绿色的釉面陶板相结合的双层幕墙。建筑形体复杂，玻璃及陶板面板种类众多，加工和施工难度很大。幕墙设计到施工全程采用了数字技术等其他创新技术，最大限度地保证了原建筑的设计效果，简化了工程的施工步骤，有效减少了材料浪费，缩短了施工周期，降低了施工成本，对其他类似项目具有很好的指导和借鉴意义。

1 工程概况

宁波市城市展览馆外立面由双层幕墙组成，内层为玻璃和铝板幕墙，外层为陶板幕墙[1-2]，幕墙总面积约18 500 m2。幕墙工程根据翼片位置分为5个区块，主要幕墙系统包含：内层曲面全明框玻璃幕墙系统；环绕玻璃幕墙外侧，沿玻璃外立面环绕上升至屋顶，疏密不断变化的曲面鳞片状彩釉陶土板幕墙系统；中庭钢桁架结构中空夹层玻璃采光顶；干挂开缝式石材幕墙系统；钢结构夹层钢化玻璃雨篷和夹层钢化玻璃栏板等（图1）。

图1 宁波市城市展览馆实景

2 工程重难点

本工程外层幕墙由异形彩釉陶板呈鳞片状排列分布，左右2块错峰搭接，陶板幕墙立柱骨架为269根，每根具有唯一性。陶板面板7 459种规格，共27 883块。陶板形状根据造型要求专门研发定制，要求陶板安装构造不仅仅需要满足x、y、z方向上三维调节，而且需要板面能以一定角度旋转，实现整体扭曲效果。内层玻璃幕墙系统平面上两相邻板块间外夹角区间为161°～196°，竖直方向上幕墙面板与水平面夹角区间为30°～121°，且两方向上角度均无规律变化，存在内倾、外倾及垂直各形式，玻璃幕墙系统必须满足角度不断变化的要求。玻璃幕墙立柱骨架为475根，均为异形多段扭转拼接，玻璃种类有16种，1 679块规格尺寸均不相同，要求玻璃幕墙构造应能适应所有角度变化，而且必须安装简洁方便、安全可靠。

幕墙立面形体复杂，不断呈内倾、外倾变化，玻璃幕墙立柱与主体结构连接，陶板立柱需与玻璃幕墙立柱通过钢牛腿进行连接，大多数立柱由2根或3根矩形钢管上、下扭转拼接而成，骨架均具有唯一性。现场安装均为三维空间定位，加之主体钢结构复杂，施工误差相对较大，给幕墙设计、加工、储运、放样和安装带来了非常大的难度，无法利用传统的吊篮和脚手架施工安装。加之各幕墙构件定义数据繁多，传统的二维设计及施工技术无法满足要求。中庭大面积的玻璃采光顶如何实现遮阳、阻挡紫外线对室内展品的损伤、节能减排也是本项目的一个重点内容。

3 建筑幕墙创新技术在本工程中的应用

3.1 带飞翼异形彩釉陶板的研发

建筑最外表皮带飞翼异形彩釉陶板的截面形状、材质特性以及表面处理方式，对建筑完成效果影响很大。通过制作工艺、生产成本、制作可行性、外观耐久性等多项技术要求的对比，对面板材料的选择进行了大量的研究，最终选定了陶板作为本项目的面板材料。为满足层层拼叠搭接的鳞片状外形效果，对陶板截面进行了特殊设计和定制，连接固定位置采用多腔闭口形式，充分考虑了材料、强度和连接构造需要。拼叠搭接位置采用单壁变截面厚板悬挑形式，保证了连续搭接层次分明、立体感强的外形要求，陶板截面如图2所示。

图2 陶板截面

为了保证陶板成品的平整度，考虑加工时陶板刚度不足、容易变形，陶板模具在飞翼位置设置了辅助空腔保证整体刚度，在烧制完成定形后再切除多余部分的腔体，陶板原始烧制截面如图3所示。

图3 陶板原始烧制截面

陶板釉面颜色和光泽度的选择直接影响建筑最终完成效果，为此制作了大量的材料颜色小样比对，最终采用了青绿色的釉面陶板，使得建筑与周边景观协调自然，同时意在延续和发扬宁波的“青瓷”文化。

3.2 异形陶板组合单元构造系统

立面陶板呈参数化排布，竖向和左右间距均在不断变化，加之陶板尺寸较小，安装工艺对整体效果和施工进度影响非常大。按照常规的连接安装工艺，每块陶板均需要独立安装固定，每块陶板一般需要4个连接固定点，2根横梁。安装效率低，材料成本和人工成本高，而且大量的连接点和骨架的布置会影响到陶板的室内视觉效果。本工程用2根铝合金方管穿入陶板空腔，将上下2块或3块陶板串成一个安装单元，采用M5不锈钢机械螺栓间隔相连，既不影响立面效果，又能很好地满足串联陶板单元的受力要求。通过此构造措施，将27 883块异形陶板，组成了13 453个陶板单元，大大简化了施工步骤，减少了一半安装横梁，大大缩短了现场安装时间[2]。

3.3 陶板组合单元三维可调两点安装系统

陶板幕墙钢管横梁前端设置通长钢板带，钢板带断续开设长孔，水平可调，每个陶板单元上下设置2个安装固定点，固定点角码连接件垂直面和水平面上各设置2个竖直向一定长度的椭圆孔，实现前后、上下及角度可调。这4个孔的左右布置间距和横梁钢板带上的开孔间距必须协调，以保证陶板连接件上至少有2个螺栓孔和横向钢板带的螺栓孔相重叠，满足陶板单元在横向钢板带上任意点位的连接安装和角度调节需求。陶板单元两点安装三维可调技术的运用，减少了一半横梁和连接固定件，大大加快了陶板的安装进度，缩短了施工工期，在降低材料成本的同时降低了人工成本，从而降低了工程造价。

3.4 明框玻璃幕墙自适应大角度变化构造系统

曲面玻璃幕墙传统做法是在玻璃与型材接触位置设置可调节转接头，在角度变化多、变化范围大的时候转换模具多，现场调节复杂，造价相对较高。本工程内层玻璃幕墙系统采用平板玻璃来拟合整体异形的曲面轮廓，玻璃板块间夹角变化值范围广，将玻璃与骨架间接触位置的三元乙丙橡胶条设计为弧形，使得玻璃与胶条接触面为弧面，从而使得玻璃能够绕胶条实现允许角度值范围内的旋转，满足所有玻璃板块间的夹角要求，顺利达到拟合曲面幕墙轮廓设计的要求。为了保证胶条与玻璃接触面积及受力均匀，将胶条设置为实心结构，邵氏硬度适当降低，控制在50～60之间，保证在玻璃安装时具有一定的压缩量，使得玻璃和胶条完美贴合，现场安装简便，不需要调节，节约了成本，加快了施工进度。具体构造如图4所示。

图4 阳角明框玻璃幕墙弧形橡胶条连接构造节点

3.5 采光顶PTFE网格膜单元安装技术

展览馆中庭顶部为大面积中空夹层玻璃采光顶，改善了室内自然采光要求，同时带来了节能问题和紫外线辐射的问题。通过在玻璃下侧悬挂聚四氟乙烯PTFE网格膜，开孔率20%，不仅起到了遮阳作用，避免阳光直射到室内，使大厅光线充足而柔和，阻挡了紫外线对室内展品的照射，同时可以起到防坠落作用。

PTFE网格膜面积约占玻璃采光顶面积3/5，外轮廓造型同采光顶平面，除周边与边线交接处为异形多边形外，标准分格为9 900 mm×4 500 mm的板材错缝排布。为方便安装，将膜材与矩形钢管框架在地面按照设定的预应力张拉完成，形成安装单元，每个单元板块上设置6个角码连接件，安装时整体吊装到设计标高位置与下钢梁钢结构支座采用螺栓连接固定即可，避免了每块膜材在高空安装张拉的烦琐施工工艺，安装方式简单、方便、快捷，膜材平整度高。

3.6 辐射制冷透明膜在采光顶中的应用

透射型辐射制冷膜是一种新型的节能材料，不同于传统的隔热膜、遮阳膜和辐射膜，其由有机高分子材料、无机功能材料等构成，利用高选择性红外辐射窗口，将物体的热量通过特定波段（8～13 μm波长）的红外电磁波传递至建筑外，能够在保持较高可见光透过率、满足人体室内采光需求的同时，实现不耗能、昼夜利用辐射持续高效制冷的目的。

在采光顶玻璃外侧满铺辐射制冷膜，将室内热量通过膜表面以红外辐射的形式向空气中传递，实现在不消耗能源的情况下24 h持续对室内进行降温，使玻璃表面的温度低于周边环境温度，将室内自然采光需求、人体舒适度和节约能源有机地统一起来，实现了高效节能。同时具有阻挡紫外线和近红外线、减少太阳辐照得热的效果，可降低室内温度，节省空调用电量，提高人体舒适度（图5）。

图5 辐射制冷超材料（薄膜）的组成与制冷机理

3.7 利用幕墙系统立柱搭设安装平台的施工技术

本工程双层幕墙形体复杂，角度变化繁多，无法利用常规脚手架和吊篮安装面板。为了简化现场工作量，所有幕墙立柱均在工厂参数化加工组装完成，现场直接吊装，面板安装时利用幕墙系统立柱在两层幕墙中间空腔搭设安装平台，在中间空腔位置安装玻璃面板和陶板，玻璃在室外侧安装，陶板在背面安装，安装方法安全、简单、方便、快捷。

3.8 BIM技术在设计施工中的应用

基于该项目的重要性及整体的复杂性，整个工程包括土建钢结构、室内精装修、外幕墙及景观等均全过程采用BIM技术，其中幕墙工程因其高标准、高要求更是BIM技术应用的重中之重。方案设计阶段通过幕墙、钢结构、土建、安装和景观专业模型的整合，进行各专业的碰撞检查和协调设计，利用BIM模型对玻璃面板进行面积及曲率等各种分析后，最终采用平板拟合曲面、单曲拟合双曲面造型，大大降低了工程造价。幕墙设计阶段利用BIM技术辅助施工图设计，利用模型导出骨架线模三维图，通过对模型的剖面导出二维剖面图以及玻璃与陶板的立面分格图，确保了施工图的直观性及准确性。加工储运阶段根据分类后的构件进行参数化设计，批量提取加工数据，提交加工厂加工。现场安装阶段根据BIM模型，提供现场骨架三维放样数据信息。正因为BIM技术的成功应用，才保证了项目的顺利实施。

4 结语

宁波城市展览馆是宁波市政府重点项目，外形灵动自然，幕墙形体复杂，施工难度大。设计、施工过场中采用了BIM技术等16项创新技术，保证了整体效果，节省了工程造价，2019年运行以来获得了一致好评，2020年获得国优装饰精品工程奖、科技创新工程奖、优秀设计奖等奖项。陶板单元技术通过小拼大的构造工艺，实现了板块单元式安装，将四点固定有效地简化为两点固定，解决了复杂曲面上的安装点不共面问题。适应任意点位的连接装置，应用范围更加广泛，适用于各种形式幕墙骨架的连接，具有很高的社会价值和经济效益。