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摘要：本研究通過(guò)西安華潤(rùn)生命之樹項(xiàng)目，探討了特異型幕墻設(shè)計(jì)的創(chuàng)新思維及其在設(shè)計(jì)與實(shí)施過(guò)程中的應(yīng)用。面對(duì)超大板塊運(yùn)輸組裝、結(jié)構(gòu)空間局限、多專業(yè)交叉復(fù)雜空間定位、拼接位置毫米級(jí)偏差控制和溫度變形釋放等挑戰(zhàn)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)采用了豎向斷縫與疊合拼縫技術(shù)、環(huán)梁與背負(fù)鋼架的轉(zhuǎn)換、BIM技術(shù)的空間切分原則、高精度定位板和溫度變形設(shè)計(jì)等創(chuàng)新方法，成功解決了設(shè)計(jì)難題，確保了項(xiàng)目的順利實(shí)施和高質(zhì)量完成。生命之樹項(xiàng)目不僅展示了特異型幕墻設(shè)計(jì)的獨(dú)特魅力與藝術(shù)價(jià)值，還通過(guò)其精湛工藝和卓越性能成為西安的新地標(biāo)。研究結(jié)果證明了創(chuàng)新思維在特異型幕墻設(shè)計(jì)中的重要性，并為后續(xù)類似項(xiàng)目提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。未來(lái)，隨著建筑行業(yè)的發(fā)展和人們對(duì)建筑美學(xué)與功能性的更高要求，特異型幕墻設(shè)計(jì)將有更廣闊的發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞：特異型項(xiàng)目;空間分配;參數(shù)化設(shè)計(jì);疊合拼縫;空間定位轉(zhuǎn)換;多專業(yè)交叉;高精度定位
1 引言
1.1研究背景
隨著現(xiàn)代建筑技術(shù)的不斷進(jìn)步，特異型幕墻設(shè)計(jì)已經(jīng)成為展現(xiàn)城市風(fēng)貌和提升建筑品質(zhì)的重要手段。特異型幕墻設(shè)計(jì)在建筑行業(yè)中的重要性不容忽視，它不僅關(guān)系到建筑物的外觀美感，還涉及到建筑的功能性、節(jié)能性以及安全性等多個(gè)方面。
在西安電視塔與隋唐天壇的古今中軸線交匯之處，致力于打造傳承中華文化世界級(jí)文商旅綜合體的華潤(rùn)置地在西安曲江新為當(dāng)代西安種下一顆“生命之樹”。這將是對(duì)古城文化的回溯與探尋，也是東方文化面向世界新的生長(zhǎng)。
“生命之樹”由英國(guó)建筑“鬼才設(shè)計(jì)”大師托馬斯·赫斯維克(Thomas Heatherwick)親自操刀，他在與中國(guó)山水相遇后，為這片土地帶來(lái)了太多驚喜。
而“生命之樹”是一場(chǎng)與長(zhǎng)安從東到西的遇見�！按隧�(xiàng)目是西安的一個(gè)縮影，一個(gè)城中之城，融合了西安優(yōu)秀的歷史、文化與活力”，托馬斯·赫斯維克將用一座新的文化地標(biāo)建筑，一個(gè)具有活力的新商業(yè)空間，為西安這座城市寫下一段新的文化敘事。
1.2研究目的
本研究的目的是探索并實(shí)踐基于創(chuàng)新思維的特異型項(xiàng)目幕墻設(shè)計(jì)在西安華潤(rùn)生命之樹項(xiàng)目中的運(yùn)用。研究目的包括以下幾點(diǎn)： 首先，通過(guò)深入研究創(chuàng)新型的幕墻設(shè)計(jì)理念和方法，旨在為生命之樹項(xiàng)目打造前所未有的幕墻形態(tài)，使其外觀如藝術(shù)品般獨(dú)特，成為一處引人注目的地標(biāo)。 其次，研究旨在通過(guò)方案與BIM設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（詞條“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”由行業(yè)大百科提供）進(jìn)行協(xié)同推進(jìn)的螺旋式設(shè)計(jì)，確保項(xiàng)目方案的設(shè)計(jì)的實(shí)施落地性。 再者，本研究強(qiáng)調(diào)特異型項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思維和方案對(duì)于最終實(shí)施的影響，以及如何通過(guò)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法來(lái)降低實(shí)施難度，提高精度控制。 最后，本研究旨在為其他類似項(xiàng)目提供可借鑒的設(shè)計(jì)方法，打造更多具有藝術(shù)性和創(chuàng)新性的精品項(xiàng)目。 通過(guò)以上研究目的的實(shí)現(xiàn)，我們期望能夠?yàn)槠渌愃祈?xiàng)目提供有效的設(shè)計(jì)方法和策略，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的設(shè)計(jì)效果和功能性能。
2 創(chuàng)新思維在特異型幕墻設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
2.1創(chuàng)新思維在幕墻設(shè)計(jì)中的重要性
生命之樹，其樹身巍峨高達(dá)57米，由七層精心設(shè)計(jì)的平臺(tái)構(gòu)成，象征著絲綢之路穿越的七個(gè)不同氣候帶。它不僅重現(xiàn)了絲綢之路上亞歐大陸的異域風(fēng)情，更通過(guò)其延伸的60片巨型葉片，展示了植物隨季節(jié)更迭而變換的生機(jī)與色彩。一日之內(nèi)，四季之景，生命之樹以不同的姿態(tài)和色彩綻放，彰顯了植物生命力的壯麗，呈現(xiàn)了一個(gè)充滿活力、色彩斑斕的藝術(shù)杰作。
本項(xiàng)目中的60片葉片，巧妙地構(gòu)成了60個(gè)形態(tài)各異、大小不一的平臺(tái)，如圖3所示。這些葉片由10根主干延伸出的樹枝所支撐，每一片都致力于完美復(fù)現(xiàn)銀杏葉片的優(yōu)雅形態(tài)。葉片的外緣設(shè)計(jì)得極為纖薄，逐漸向樹枝中心收縮，由精細(xì)的褶皺和葉脈構(gòu)成。生命之樹的中心核心筒（詞條“核心筒”由行業(yè)大百科提供）內(nèi)設(shè)有觀光電梯，而螺旋式上升的旋轉(zhuǎn)樓梯則將各個(gè)平臺(tái)與葉片巧妙地連接起來(lái)。此外，通過(guò)精心設(shè)計(jì)的拉力環(huán)，每個(gè)葉片的樓梯得以穩(wěn)固地搭建在環(huán)上，共同構(gòu)筑了生命之樹的宏偉結(jié)構(gòu)。每個(gè)葉片的四周，還特別設(shè)計(jì)了錯(cuò)落有致的欄桿，象征著生命之樹不斷向上、向光生長(zhǎng)的不屈精神。
本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)過(guò)程中融入了眾多創(chuàng)新元素，正是這些創(chuàng)新方案的巧妙運(yùn)用，確保了這件藝術(shù)品得以完美呈現(xiàn)，成為令人矚目的藝術(shù)與工程的結(jié)合體。
2.2 西安華潤(rùn)生命之樹幕墻設(shè)計(jì)的基本設(shè)計(jì)理念
本項(xiàng)目由于造型復(fù)雜，交叉專業(yè)多，空間極限等問(wèn)題，使得整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)難度非常大。將深化設(shè)計(jì)過(guò)程可概括為：找規(guī)律、定規(guī)則、分蛋糕、歸類別。
找規(guī)律：六十個(gè)葉片各不相同，空間關(guān)系復(fù)雜。通過(guò)BIM團(tuán)隊(duì)與HS的深入交流，我們找到了表面生成的底層規(guī)律，并優(yōu)化程序，使每片葉片能獨(dú)立重構(gòu)。研究中發(fā)現(xiàn)葉片平臺(tái)邊緣均為直線，利用此發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)出規(guī)律性的龍骨和支點(diǎn)布置。
定規(guī)則：幕墻二次環(huán)梁和葉片背負(fù)鋼架的布置，依據(jù)葉片規(guī)格與直邊關(guān)系進(jìn)行。在異形空間中，直邊作為基準(zhǔn)簡(jiǎn)化了支座設(shè)計(jì)的六維定位為三向定位，降低了施工難度。
分蛋糕：全專業(yè)空間極為有限，僅靠幕墻規(guī)律和規(guī)則不夠。我們推廣幕墻設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，將空間分配給各專業(yè)，如同分蛋糕。以基準(zhǔn)面為基礎(chǔ)，協(xié)調(diào)各專業(yè)空間需求，初步切分后進(jìn)行特殊化設(shè)計(jì)。葉片外觀變動(dòng)時(shí)，單獨(dú)調(diào)整并確認(rèn)。
歸類別：
項(xiàng)目中交叉情況多，但通過(guò)梳理分析，我們找出分類規(guī)則，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)顆粒度。結(jié)構(gòu)和圖紙?jiān)O(shè)計(jì)均按類別進(jìn)行，規(guī)則輸入程序?qū)崿F(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)。所有施工基于模型，圖紙為輔助，節(jié)點(diǎn)是規(guī)則設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，圖紙正向出圖，模型修改同步更新圖紙，提高設(shè)計(jì)效率。
3 設(shè)計(jì)方案的制定與實(shí)施
3.1難點(diǎn)一：塊超大問(wèn)題和解決方案
本項(xiàng)目采用每三個(gè)“V”型面板構(gòu)成一組葉片，共計(jì)8組葉片安裝于單一平臺(tái)，如圖4所示。經(jīng)過(guò)精確的尺寸分析，我們發(fā)現(xiàn)最大一組葉片的尺寸達(dá)到4340mm寬，最長(zhǎng)為15536mm。鑒于此尺寸無(wú)法進(jìn)行整體運(yùn)輸，我們決定在工地進(jìn)行組裝，并深入探討了斷縫隙的設(shè)計(jì)方案。
方案一采用橫向斷縫隙的方法，若超長(zhǎng)板塊需橫向斷縫，則所有板塊均需增設(shè)橫向斷縫。如圖6所示，橫向增加斷縫將顯著影響整體美觀。此外，由于葉片均為雙曲形狀，橫向斷縫的拼接精度控制極為復(fù)雜�？紤]到結(jié)構(gòu)空間的限制，異形空間曲面（詞條“曲面”由行業(yè)大百科提供）板的安裝定位本已頗具挑戰(zhàn)，若增加橫向斷縫，將導(dǎo)致加工和施工難度大幅上升，外觀效果難以保證。在樣板階段，我們也嘗試了整體葉片與橫向分段葉片的對(duì)比，進(jìn)一步驗(yàn)證了橫向分縫的難度。
最終，我們采納了方案二，即將分縫設(shè)置在每個(gè)“V”型相交的陰角處，即采用豎向斷縫，如圖7所示。然而，由于每片葉片均為雙曲形狀，若采用傳統(tǒng)對(duì)拼方式，將不可避免地出現(xiàn)大小不一的縫隙，影響外觀效果的精致度。經(jīng)過(guò)深入研究與設(shè)計(jì)，我們采用了疊合拼縫技術(shù)，將相鄰兩片葉片的拼縫巧妙地連成一線，有效消除了加工誤差對(duì)外觀的影響。疊合拼縫的理念也被巧妙地應(yīng)用于本項(xiàng)目的其他細(xì)節(jié)處理中，使得項(xiàng)目的細(xì)節(jié)處理達(dá)到了近乎完美的境界。最終，每個(gè)葉片在工廠內(nèi)進(jìn)行預(yù)拼裝，確認(rèn)無(wú)誤后拆解，將每個(gè)“V”型面板和背負(fù)鋼架分別運(yùn)輸至工地，并依據(jù)預(yù)先對(duì)準(zhǔn)的孔位進(jìn)行精確拼裝，確保了安裝的精度。
3.2難點(diǎn)二：結(jié)構(gòu)空間局限
本項(xiàng)目中鋼結(jié)構(gòu)與葉脈的分縫關(guān)系如圖8所示，鋼結(jié)構(gòu)中心與樹葉中心之間不存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)鋼結(jié)構(gòu)的懸臂梁與葉脈分縫亦無(wú)對(duì)縫關(guān)系，導(dǎo)致整體設(shè)計(jì)的連接體系復(fù)雜化。通過(guò)全面的形體研究與分析，鑒于每個(gè)平臺(tái)邊緣均為直線，故采取與直邊平行布置環(huán)梁龍與背負(fù)鋼架的方式確定龍骨和定位點(diǎn)的定位規(guī)則，如圖9所示，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜空間定位的轉(zhuǎn)換。在特異形項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，點(diǎn)、線、面的空間定位轉(zhuǎn)換以及多維度空間定位的簡(jiǎn)化思想極為關(guān)鍵。本項(xiàng)目通過(guò)環(huán)梁與背負(fù)鋼架的轉(zhuǎn)換，運(yùn)用碼件實(shí)現(xiàn)了三維X\Y\Z直角坐標(biāo)系的調(diào)節(jié)，簡(jiǎn)化了空間定位中的角度調(diào)節(jié)，顯著降低了施工難度，如圖10所示。
3.3難點(diǎn)三：樓板和葉片空間狹小且多專業(yè)交叉
生命之樹的每個(gè)平臺(tái)上面都種植有不同的綠植，如圖11所示，所以需要從樓板完成面往下做下沉的樹坑，樓板面和葉片完成面為了保證外觀效果，空間已經(jīng)十分局限，在布置上樹坑，就成本增加了難度。此外還水管、電線也要走樓板之下，讓原本有限的空間更加捉襟見肘。最后通過(guò)制定各專業(yè)的定位原則和占用空間的原則，如圖11所示，讓設(shè)計(jì)可以全面推進(jìn)。原先樹坑是大小無(wú)規(guī)律的布置，通過(guò)幕墻龍骨的校核，讓將樹坑設(shè)置在環(huán)梁和背負(fù)鋼架的橫向龍骨之間，不會(huì)打斷橫向龍骨。同時(shí)應(yīng)用BIM技術(shù)，將各專業(yè)的設(shè)計(jì)空間像切蛋糕一樣進(jìn)行切分，遇到特殊位置再做特殊處理。
3.4難點(diǎn)四：拼接位置的毫米級(jí)偏差控制
在樹葉向樹枝干位置的收縮過(guò)程中，以及樹枝干上橫向斷縫的出現(xiàn)，如圖13所示，實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)的偏差控制，確保近人尺度的視覺體驗(yàn)顯得尤為關(guān)鍵。這種精細(xì)的控制不僅提升了整體的美觀性，而且對(duì)于保持設(shè)計(jì)的連貫性和整體性至關(guān)重要。如圖14所示，通過(guò)在每個(gè)分縫位置采用激光雕刻的高精度定位板進(jìn)行精準(zhǔn)定位，上下板塊在同一限位板上限位，從而確保造型的連貫性與定位的精確性。這種技術(shù)的應(yīng)用，使得每個(gè)部件的結(jié)合都達(dá)到了幾乎無(wú)偏差的效果，極大地增強(qiáng)了產(chǎn)品的整體質(zhì)感。
3.5難點(diǎn)五：溫度變形的釋放
在本項(xiàng)目中，我們特別選用了不銹鋼材質(zhì)的金屬面板，以確保結(jié)構(gòu)的耐久性和強(qiáng)度。同時(shí)，整個(gè)主體結(jié)構(gòu)是基于鋼結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)建的。正如之前所進(jìn)行的詳細(xì)分析所指出的那樣，考慮到葉片的尺寸非常龐大，并且在設(shè)計(jì)上沒有設(shè)置任何分段縫隙，加之本項(xiàng)目所在地西安地區(qū)，具有夏季炎熱和冬季寒冷的顯著氣候特征，因此，我們必須對(duì)溫度變化可能對(duì)結(jié)構(gòu)造成的影響進(jìn)行深入而周密的考量。如圖15所展示的那樣，葉片的設(shè)計(jì)已經(jīng)充分考慮了從升溫70℃到降溫50℃這樣一個(gè)廣泛的溫度變化區(qū)間，并且基于此溫度范圍進(jìn)行了精確的溫度變形設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)巧妙地利用了葉片褶皺形狀所固有的剛度特性，將背負(fù)鋼架精心設(shè)置在葉片的中偏上段位置，這樣做的目的是為了在葉片的長(zhǎng)度方向上將溫度變形的約束點(diǎn)定位在中部，并且在葉片的兩端進(jìn)行釋放。通過(guò)這種創(chuàng)新的設(shè)計(jì)方法，我們成功地將所有拼縫的寬度控制在了15mm以內(nèi)，確保了結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性。至于葉片寬度方向上的溫度變形問(wèn)題，則通過(guò)葉片褶皺的自然形態(tài)得以有效地釋放和調(diào)節(jié)，這一點(diǎn)在圖16中得到了清晰的展示。
4 結(jié)論與展望
結(jié)論
本研究通過(guò)對(duì)西安華潤(rùn)生命之樹項(xiàng)目中特異型幕墻設(shè)計(jì)的深入探索與實(shí)踐，成功地將創(chuàng)新思維應(yīng)用于項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)施過(guò)程中。在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段，我們面臨了諸多挑戰(zhàn)，如超大板塊的運(yùn)輸與組裝、結(jié)構(gòu)空間的局限性、多專業(yè)交叉的復(fù)雜空間定位、拼接位置的毫米級(jí)偏差控制以及溫度變形的釋放等。然而，通過(guò)采用豎向斷縫與疊合拼縫技術(shù)、環(huán)梁與背負(fù)鋼架的轉(zhuǎn)換、BIM技術(shù)的空間切分原則、高精度定位板以及溫度變形設(shè)計(jì)等創(chuàng)新方法，我們有效地解決了這些難題，確保了項(xiàng)目的順利實(shí)施與高質(zhì)量完成。
生命之樹項(xiàng)目不僅展現(xiàn)了特異型幕墻設(shè)計(jì)的獨(dú)特魅力與藝術(shù)價(jià)值，更通過(guò)其精湛的工藝與卓越的性能，成為了西安這座古城的新地標(biāo)。項(xiàng)目的成功實(shí)施，充分證明了創(chuàng)新思維在特異型幕墻設(shè)計(jì)中的重要性與應(yīng)用價(jià)值，為后續(xù)類似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)施提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)與借鑒。
展望
隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展和人們對(duì)建筑美學(xué)與功能性的要求日益提高，特異型幕墻設(shè)計(jì)將迎來(lái)更加廣闊的發(fā)展前景。在未來(lái)的設(shè)計(jì)中，我們應(yīng)繼續(xù)深化對(duì)創(chuàng)新思維的研究與應(yīng)用，不斷探索新的設(shè)計(jì)理念與方法，以滿足市場(chǎng)與社會(huì)的多元化需求。
總之，特異型幕墻設(shè)計(jì)作為展現(xiàn)城市風(fēng)貌和提升建筑品質(zhì)的重要手段，其發(fā)展前景廣闊。我們應(yīng)緊跟時(shí)代步伐，不斷創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念與方法，為建筑行業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)更多的智慧與力量。
5 參考文獻(xiàn)
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[2]應(yīng)俊，幕墻視角下的復(fù)雜異形建筑表皮精細(xì)化設(shè)計(jì)，建筑規(guī)劃與設(shè)計(jì)，1671-9344(2022)04-0073-03
作者單位：1.廣州格雷特建筑幕墻技術(shù)有限公司
2.西安中央文化商務(wù)區(qū)控股有限公司
作者：吳可娟1 張金太2 朱力2 楊禮山1
