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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）鋁板已難以滿足復雜曲面幕墻的設(shè)計需求，因此可展曲面鋁單板的現(xiàn)場成型技術(shù)成為我們追求的目標。本文主要探討了如何通過優(yōu)化表皮形態(tài)，利用四邊形可展曲面鋁板模擬復雜空間曲面，兼顧建筑美學、功能性與經(jīng)濟性。以下從曲面分類、表皮優(yōu)化、加工制作、安裝施工及實際應(yīng)用等方面進行總結(jié)。
一、曲面分類與加工方法
曲面由母線運動形成，分直紋/雙曲曲面。可展曲面(柱面、錐臺面)可展為平面，不可展曲面(橢圓拋物面等)無法展開。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、錐臺面)
可展曲面鋁單板可以選擇現(xiàn)場成型的方式，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，直接包裝運輸?shù)焦さ兀诂F(xiàn)場最終安裝成型。這種方式的鋁板成型過渡平滑，現(xiàn)場可進行精度調(diào)節(jié)，成型效果好，但構(gòu)造節(jié)點復雜，設(shè)計難度較大。
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拉伸、沖壓、滾壓等塑性變形方式來加工成型，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)計合理的構(gòu)造體系。
案例應(yīng)用(北京新國展二期項目)：該幕墻造型設(shè)計主要是通過三維建模實現(xiàn)的，波紋造型間彼此圓滑過渡，構(gòu)成了空間造型獨特的建筑造型體。
波紋狀曲面鋁板幕墻
近似地簡化為圓臺面的曲面
波峰波谷控制線簡化：將動態(tài)樣條曲線擬合為圓弧，以波峰圓弧為圓臺底面，波谷圓弧為圓臺截面。
表面優(yōu)化為圓臺面
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)圓弧線的圓點向波谷移動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面。
控制曲線有理化為圓弧線
三、現(xiàn)場成型加工制作技術(shù)
經(jīng)過分析研究，鋁板現(xiàn)場成型的方式還是比較適合該項目的圓臺面等可展曲面板的加工和安裝的。具體分析如下：
(1)項目中幾乎每一塊鋁單板的外形尺寸、曲率半徑均不相同，加工費時費力，很難實現(xiàn)。現(xiàn)場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)約了大量時間，也方便了鋁板運輸，減少了運輸環(huán)節(jié)對鋁板精度的影響。
(2)現(xiàn)場成型，使得鋁板成型過渡平滑，還可以通過現(xiàn)場調(diào)節(jié)，鋁板造型的完成精度較高。
(3)從投資造價角度分析，可以減少曲面板的成型費用，提高經(jīng)濟性。
在加工廠中，先將經(jīng)過前述表皮優(yōu)化后的圓臺面展開鋁平板及其加勁肋預安裝在一起，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輸?shù)焦さ噩F(xiàn)場。
可展曲面板的加工組裝
四、現(xiàn)場安裝施工流程
(1)將加工廠預組裝好的鋁單板平板半成品組件運至安裝現(xiàn)場，鋁單板加勁肋是沿圓臺面的母線方向(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、進出位置等都將直接影響鋁單板的現(xiàn)場成型安裝以及精度，因而其安裝位置必須準確(圖右)。
鋁板外觀 龍骨安裝
(4)鋁掛件的安裝定位，鋁掛件是實現(xiàn)鋁平板現(xiàn)場成型的關(guān)鍵部件，可準確控制鋁板成型，安裝時注意進出位置必須準確，安裝必須牢固。安裝時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)注意及時調(diào)整校準鋁板位置，鎖緊所有連接螺栓。
掛件安裝
鋁平板通過可調(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償能力。
五、結(jié)語
現(xiàn)場成型曲面鋁平板技術(shù)通過模擬可展曲面形態(tài)，已在北京銀河SOHO、新國展二期等工程成功應(yīng)用。設(shè)計時需沿母線方向布置加勁肋并靠近板邊，同時優(yōu)化曲面曲率半徑以提高成型效率。該技術(shù)是對現(xiàn)場成型曲面鋁單板設(shè)計、組裝、安裝進行的新的嘗試，提供了一種通過平板模擬可展曲面表皮的解決方案，具有推廣價值。
