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隨著建筑形態(tài)的多樣化發(fā)展，傳統(tǒng)平板（詞條“平板”由行業(yè)大百科提供）鋁板已難以滿足復(fù)雜曲面幕墻的設(shè)計(jì)需求，因此可展曲面鋁單板的現(xiàn)場(chǎng)成型技術(shù)成為我們追求的目標(biāo)。本文主要探討了如何通過(guò)優(yōu)化表皮形態(tài)，利用四邊形可展曲面鋁板模擬復(fù)雜空間曲面，兼顧建筑美學(xué)、功能性與經(jīng)濟(jì)性。以下從曲面分類、表皮優(yōu)化、加工制作、安裝施工及實(shí)際應(yīng)用等方面進(jìn)行總結(jié)。
一、曲面分類與加工方法
曲面由母線運(yùn)動(dòng)形成，分直紋/雙曲曲面。可展曲面(柱面、錐臺(tái)面)可展為平面，不可展曲面(橢圓拋物面等)無(wú)法展開。直紋曲面含可展與不可展類型，雙曲曲面均為不可展。
截頭正圓柱的展開圖 正圓錐的展開圖
01、可展曲面(如柱面、錐臺(tái)面)
可展曲面鋁單板可以選擇現(xiàn)場(chǎng)成型的方式，就是將裁剪成形后的鋁單板平板，在工廠內(nèi)安裝加勁肋等構(gòu)件后，直接包裝運(yùn)輸?shù)焦さ兀诂F(xiàn)場(chǎng)最終安裝成型。這種方式的鋁板成型過(guò)渡平滑，現(xiàn)場(chǎng)可進(jìn)行精度調(diào)節(jié)，成型效果好，但構(gòu)造節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度較大。
02、不可展曲面(如橢圓拋物面、雙曲面)
不可展曲面鋁單板只能通過(guò)拉伸、沖壓、滾壓等塑性變形方式來(lái)加工成型，但曲面成型后的偏差是不可避免的，加工后的鋁單板如有反彈或精度偏差，還需要再修型、裁剪、修邊等加工過(guò)程，加工成本極高。
二、表皮形態(tài)優(yōu)化方法
應(yīng)用曲面鋁單板現(xiàn)場(chǎng)成型技術(shù)的前提是將曲面鋁板幕墻的表皮近似地優(yōu)化為可展曲面，優(yōu)化的總體思路一般包括：曲面還原、外表皮分析、穩(wěn)定外表皮分格、穩(wěn)定幕墻結(jié)構(gòu)等。
(1)曲面還原：將概念模型中的MESH網(wǎng)格轉(zhuǎn)換為連續(xù)可編輯的NURBS曲面，確保數(shù)據(jù)完整。
(2)外表皮分析：通過(guò)曲率、角度、距離等參數(shù)微調(diào)曲面形態(tài)，將控制線有理化為直線或圓弧。
(3)分格穩(wěn)定：將更多的板塊優(yōu)化為柱面或錐臺(tái)面的一部分，形成可落地的分格方案。
(4)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定：結(jié)合幕墻支承結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)的空間關(guān)系，設(shè)計(jì)合理的構(gòu)造體系。
案例應(yīng)用(北京新國(guó)展二期項(xiàng)目)：該幕墻造型設(shè)計(jì)主要是通過(guò)三維建模實(shí)現(xiàn)的，波紋造型間彼此圓滑過(guò)渡，構(gòu)成了空間造型獨(dú)特的建筑造型體。
波紋狀曲面鋁板幕墻
近似地簡(jiǎn)化為圓臺(tái)面的曲面
波峰波谷控制線簡(jiǎn)化：將動(dòng)態(tài)樣條曲線擬合為圓弧，以波峰圓弧為圓臺(tái)底面，波谷圓弧為圓臺(tái)截面。
表面優(yōu)化為圓臺(tái)面
圓弧線生成：分別抽取原模型曲面波峰波谷控制輪廓線，進(jìn)行弧線擬合，將控制曲線均有理化為圓弧線。
控制曲線有理化為圓弧線
選取波峰上的圓弧線，根據(jù)圓弧線的圓點(diǎn)向波谷移動(dòng)找到波谷圓弧線的圓心，再根據(jù)原模型波峰和波谷高差確定波谷端圓弧半徑。兩部分圓弧線放樣后將得到一段圓臺(tái)面。
控制曲線有理化為圓弧線
三、現(xiàn)場(chǎng)成型加工制作技術(shù)
經(jīng)過(guò)分析研究，鋁板現(xiàn)場(chǎng)成型的方式還是比較適合該項(xiàng)目的圓臺(tái)面等可展曲面板的加工和安裝的。具體分析如下：
(1)項(xiàng)目中幾乎每一塊鋁單板的外形尺寸、曲率半徑均不相同，加工費(fèi)時(shí)費(fèi)力，很難實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)場(chǎng)成型鋁單板可以在加工廠內(nèi)完成平面鋁單板的加工，節(jié)約了大量時(shí)間，也方便了鋁板運(yùn)輸，減少了運(yùn)輸環(huán)節(jié)對(duì)鋁板精度的影響。
(2)現(xiàn)場(chǎng)成型，使得鋁板成型過(guò)渡平滑，還可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)，鋁板造型的完成精度較高。
(3)從投資造價(jià)角度分析，可以減少曲面板的成型費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)性。
在加工廠中，先將經(jīng)過(guò)前述表皮優(yōu)化后的圓臺(tái)面展開鋁平板及其加勁肋預(yù)安裝在一起，加勁肋應(yīng)沿鋁平板的短邊布置，上下兩跟加勁肋盡量靠近鋁板邊緣，并在上下兩根加勁肋上分別安裝好鋁合金掛件，在每根加勁肋的左右端部也安裝上鋁合金掛件，組裝好的鋁單板平板半成品組件一起運(yùn)輸?shù)焦さ噩F(xiàn)場(chǎng)。
可展曲面板的加工組裝
四、現(xiàn)場(chǎng)安裝施工流程
(1)將加工廠預(yù)組裝好的鋁單板平板半成品組件運(yùn)至安裝現(xiàn)場(chǎng)，鋁單板加勁肋是沿圓臺(tái)面的母線方向(即從波峰到波谷的方向)布置的 (圖左)。
(2)定位拉彎圓鋼管主龍骨（詞條“主龍骨”由行業(yè)大百科提供）的位置，沿波峰處和波谷處的曲面控制線各設(shè)置一道拉彎圓鋼管主龍骨，圓鋼管的彎弧與圓臺(tái)面的底面或截面的彎弧應(yīng)是同圓心的(圖右)。
(3)定位鋁連接件的位置，由于鋁板是直接安裝在鋁掛件上的，鋁掛件的高度、進(jìn)出位置等都將直接影響鋁單板的現(xiàn)場(chǎng)成型安裝以及精度，因而其安裝位置必須準(zhǔn)確(圖右)。
鋁板外觀 龍骨安裝
(4)鋁掛件的安裝定位，鋁掛件是實(shí)現(xiàn)鋁平板現(xiàn)場(chǎng)成型的關(guān)鍵部件，可準(zhǔn)確控制鋁板成型，安裝時(shí)注意進(jìn)出位置必須準(zhǔn)確，安裝必須牢固。安裝時(shí)先從一端開始依次壓彎鋁板，將鋁掛件靠緊鋁連接件，再將鋁掛件準(zhǔn)確插入鋁連接件卡槽內(nèi)定位，定位后在鋁板上端安裝限位片連接螺栓（詞條“螺栓”由行業(yè)大百科提供）。安裝后應(yīng)注意及時(shí)調(diào)整校準(zhǔn)鋁板位置，鎖緊所有連接螺栓。
掛件安裝
鋁平板通過(guò)可調(diào)連接件沿彎弧方向滑插安裝，貼附圓鋼管后以限位片固定，實(shí)現(xiàn)曲面成型。該工藝可吸收翹曲（詞條“翹曲”由行業(yè)大百科提供）及施工誤差，兼具靈活性與容差補(bǔ)償能力。
五、結(jié)語(yǔ)
現(xiàn)場(chǎng)成型曲面鋁平板技術(shù)通過(guò)模擬可展曲面形態(tài)，已在北京銀河SOHO、新國(guó)展二期等工程成功應(yīng)用。設(shè)計(jì)時(shí)需沿母線方向布置加勁肋并靠近板邊，同時(shí)優(yōu)化曲面曲率半徑以提高成型效率。該技術(shù)是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)成型曲面鋁單板設(shè)計(jì)、組裝、安裝進(jìn)行的新的嘗試，提供了一種通過(guò)平板模擬可展曲面表皮的解決方案，具有推廣價(jià)值。
