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摘要：深圳灣文化廣場作為文化地標建筑，是深圳城市發(fā)展“新十大文化設(shè)施”之一，承載著非常重要的文化屬性：自然、藝術(shù)、科技創(chuàng)新，賦予了深圳新的城市名片。項目共有八個隨機分布的石頭，組成極具特色的石群建筑。石群建筑的整體呈雙曲造型，幕墻形式主要為石材幕墻，石材面板分為50mm、80mm和100mm三種不同寬度的石條。石條長度無規(guī)律、錯縫密拼，密拼縫僅4mm，通過石條的隨機布置，以呈現(xiàn)出自然、順滑的建筑曲面。據(jù)統(tǒng)計，本項目石條約34萬條，每個石條的尺寸和外形均不相同，又因石條布置無規(guī)律可循，對設(shè)計和施工均帶來了巨大的挑戰(zhàn)。
關(guān)鍵詞：石群建筑;石條;錯縫密拼;雙曲;調(diào)節(jié);更換;BIM;Rhino+GH參數(shù)化;
1 工程概況
深圳灣文化廣場項目占地面積約5萬㎡，總建筑面積約18.8萬㎡，主要功能為展覽陳列區(qū)、藏品庫區(qū)、公共教育及綜合服務(wù)區(qū)、輔助用房及停車庫。項目位于深圳市南山區(qū)后海中心區(qū)，分為南北兩館，建筑最大高度52.3m。南館：A座浮水石館(19.3m)、B座望云石館(31.3m)、B座懸云石館(26.3m)、流紋石館(12.3m)四部分組成，其中流紋石館非幕墻范圍。北館：C座倚虹石館(25.3m)、C座攝云石館(52.3m)、D座銜海石館(15.4m)、珍珠石館(10.3m)四部分組成，其中珍珠石館非幕墻范圍。各石頭分布如(圖1)所示，典型效果如(圖2)所示。
2 主要幕墻系統(tǒng)和重難點
本工程主要幕墻系統(tǒng)包括：石材幕墻、采光頂幕墻、外傾玻璃幕墻、裙房幕墻、百葉幕墻、玻璃欄板（詞條“欄板”由行業(yè)大百科提供）、出屋面電梯玻璃房幕墻等。石材幕墻作為本工程的主要幕墻系統(tǒng)，共有約34萬條錯縫密拼石材，且石條走向無規(guī)律，存在橫向、斜向、豎向等各種角度的石材(圖3)，設(shè)計和施工均存在較大的難度。鑒于本工程石材幕墻的特殊性，僅對石材幕墻系統(tǒng)進行分析和論證，主要難點體現(xiàn)在：
(1) 石材幕墻系統(tǒng)可調(diào)節(jié)設(shè)計
(2) 石材防墜落設(shè)計
(3) BIM應(yīng)用
針對以上問題，對如何實現(xiàn)立面效果、如何保證安全以及減少設(shè)計和施工難度分別進行論證和闡述。
3 石材幕墻系統(tǒng)的可調(diào)節(jié)設(shè)計
3.1 系統(tǒng)介紹
如(圖4)所示，本工程石材為4mm密拼縫，50mm、80mm、100mm三種不同寬度的石材隨機組合，采用鋼支座+鋼立柱+鋁橫梁三層骨架設(shè)計，多層轉(zhuǎn)接以吸收誤差，鋁橫梁分為三種規(guī)格，分別對應(yīng)不同寬度的石材，以便于石材的定位和安裝。
由于石材系統(tǒng)調(diào)節(jié)難度大，石材和鋁橫梁僅靠不同厚度的墊片進行調(diào)節(jié)，安裝精度難以保證。在前期制作工程樣板時，出現(xiàn)了石材表面凹凸不平、石材縫隙寬窄不一以及石材安裝完成后出現(xiàn)松動等情況，如(圖5)所示。
3.2 深化設(shè)計
鑒于石材曲面造型復雜且無序，定位難度大，安裝難度大，石材系統(tǒng)應(yīng)具備調(diào)節(jié)能力以適應(yīng)誤差，滿足安裝要求。對此進行如下深化：①鋼骨架單元化設(shè)計，支座可調(diào);②鋁橫梁散裝，間隙可調(diào);③石材掛件系統(tǒng)設(shè)計為水平方向，便于調(diào)節(jié);④石材掛件三維可調(diào)，深化設(shè)計節(jié)點圖如(圖6)所示。
3.3 安裝步驟和調(diào)節(jié)示意
①安裝鋼支座(圖7)：為了吸收主體結(jié)構(gòu)誤差，鋼環(huán)梁前后可調(diào)±25mm，鋁合金支座鋁支座可旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)角度±9°，以滿足曲面造型變化的需求(圖8);
②安裝鋼骨架(圖9)：鋼骨架設(shè)計成單元化，提高施工效率，同時將骨架支座設(shè)計成三維可調(diào)，調(diào)節(jié)量為±25mm(圖10)，以便于吸收各方向的誤差;
③安裝鋁橫梁(圖11)：鋁合金橫梁開設(shè)腰孔，使鋁橫梁間隙可調(diào)±5mm，同時鋁橫梁旋轉(zhuǎn)角度可微調(diào)約±1°(圖12);
④安裝鋁掛座(圖13)：為了便于調(diào)節(jié)，鋁合金掛座設(shè)計成水平支座，鋁掛座前后可調(diào)±5mm(圖14);
⑤安裝石材(圖15)：為了滿足石材面板的調(diào)節(jié)，石材掛件設(shè)計為左右可調(diào)節(jié)±5mm，上下可調(diào)±2mm，同時石材掛件也設(shè)計為水平方向，便于調(diào)節(jié)(圖16);
⑥安裝完成(圖17)：通過多層調(diào)節(jié)，盡可能滿足安裝要求和精度控制;
4 石材防墜落設(shè)計
由于石材存在一定的墜落風險，且本工程石條數(shù)量巨大，為防止石條墜落造成人員和財產(chǎn)的損失，設(shè)計階段應(yīng)全面考慮防墜措施，尤其應(yīng)著重考慮吊頂區(qū)域的石材防墜。
4.1 石材掛件的防墜設(shè)計
由于石材通過M6不銹鋼（詞條“不銹鋼”由行業(yè)大百科提供）空心鉚釘進行連接，為了滿足安裝要求，石材實際的工藝孔存在正公差，從而產(chǎn)生晃動，長期晃動會造成石材的損壞，發(fā)生墜落，因此石材掛件和石材之間應(yīng)涂抹結(jié)構(gòu)膠(圖18)。吊頂區(qū)域的石材采用通長掛件，即便石材局部斷裂（詞條“斷裂”由行業(yè)大百科提供），通長掛件依然可以通過槽口將石材勾住，防止發(fā)生墜落。
4.2 石材的輔助防墜措施
由于天然石材屬于脆性面板，有發(fā)生斷裂的風險，比如在受到撞擊或者安裝不合理造成的應(yīng)力集中，甚至連接不合理造成石材脫落，均可能造成石材的墜落。在石材掛件設(shè)計合理的前提下，增加輔助防墜措施，如增加防墜網(wǎng)和防墜繩(圖19)，可有效避免石材的墜落，同時防墜網(wǎng)建議五面防護，對石材進行全面保護。
5 BIM應(yīng)用
本工程石群建筑整體呈雙曲造型，34萬條石材均不相同，對深化設(shè)計、加工制造、施工管理以及后期維護等均帶來了巨大挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的設(shè)計方式已很難適用于造型復雜的項目，因此BIM全過程應(yīng)用可大大降低項目的風險。
5.1 曲面優(yōu)化
本工程石材數(shù)量巨大，為了簡化曲面加工難度，減少雙曲板，通過BIM的參數(shù)化設(shè)計(圖20)對石材面板進行優(yōu)化和分類，以便于進一步優(yōu)化工作。
為了保證立面效果，優(yōu)化后將石材階差控制在2mm以內(nèi)，以翹曲值以及拱高2mm為限值，進行曲面優(yōu)化(圖21)。優(yōu)化內(nèi)容：①翹曲值>2mm，采用雙曲板，不優(yōu)化;②翹曲值≤2mm且拱高>2mm，優(yōu)化為單曲板;③翹曲值≤2mm且拱高≤ 2mm，優(yōu)化為平板;
a)翹曲值分析 b)拱高分析 c)階差控制
通過優(yōu)化，大大減少了曲面石材，以望云和懸云石為例，優(yōu)化對比如下(圖22)。
5.2 石材精細化管理
為了便于施工管理，通過BIM依次對各石頭進行編號、對各石頭進行分區(qū)、對各分區(qū)的石條進行詳細編號(圖23)，以便于指導石材加工和現(xiàn)場施工，提高施工效率。
5.3 維護和更換
在后期維護過程，當石材破損需要更換時，利用3D掃描設(shè)備（詞條“設(shè)備”由行業(yè)大百科提供）對破損區(qū)域進行掃描，再與BIM模型進行對比，找到破損石條，并提取該石條的加工信息(圖24)。同時，本工程將預留部分大板石材備品，便于供應(yīng)更換石材。
石材更換步驟(圖25)：①在石材后側(cè)開孔;②安裝鋁合金掛件和錨栓;③石材孔內(nèi)注膠;④安裝石材并塞入限位墊片;⑤待結(jié)構(gòu)膠硬化后，取出限位墊片，完成更換。
6 結(jié)語
近年來，隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，建筑師的設(shè)計理念也隨之創(chuàng)新，很多極具特色的建筑應(yīng)運而生。深圳灣文化廣場作為文化場館類建筑，附有一定的文化屬性：石群與城市、現(xiàn)代與自然的碰撞，充滿了藝術(shù)氣息。
本文對深圳灣文化廣場石群幕墻的系統(tǒng)方案，進行了簡要闡述，特別針對石材系統(tǒng)的調(diào)節(jié)、防墜和BIM應(yīng)用等方面進行了分析和研究，旨在提供一些關(guān)于錯縫密拼石材的設(shè)計思路。除此之外，本工程依然存在很多難題需要解決，比如石材的加工效率和精度控制、型材拉彎的精度控制、施工過程中的管理等，都需要更進一步的深入研究和實踐，才能保證工程順利完成和完美呈現(xiàn)。
參考文獻
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作者單位：深圳市方大建科集團有限公司
