[分享]凤凰中心幕墙工程设计施工往事

发表于2019-04-23     354人浏览     0人跟帖     总热度:79  

本文转载自公众号AC建筑创作(id:archicreation)

杨希诚深圳金粤幕墙装饰工程有限公司北京事业部总经理。

赵志芳深圳金粤幕墙装饰工程有限公司北京事业部副总经理。

 

此篇即为AC《建筑创作》杂志主编王舒展对杨希诚先生、赵志芳先生的采访,收录于AC《建筑创作》2015年第6期总第187期无尽空间:自由与秩序——凤凰中心专辑。采访使我们深入了解“凤凰中心”项目幕墙设计施工所面临的多方面前所未有的挑战 、所获得的重大技术工艺突破,而且向我们揭示了“凤凰中心”项目背后众多建设者不畏艰辛、攻坚克难的精神品质。

 

凤凰中心幕墙工程设计施工往事_1

凤凰中心幕墙工程设计施工往事_2


杨希诚:“凤凰中心”颠覆了我们建筑幕墙专业以往的工作习惯和边界。


常规的建筑都是有模数的,而这个项目则是通过50 条钢肋不断旋转变化,基本上没有一块玻璃、一段料是一样的。我们当时想,建筑如果要用这种类似“手工艺”的方式来做,那么这些材料的加工和实现,就会变得非常麻烦,将会产生很多难以解决的技术问题。

 


 

凤凰中心幕墙工程设计施工往事_3

50条三维曲线的钢结构肋形成的外罩幕墙框架

凤凰中心幕墙工程设计施工往事_4

屋面外罩钢结构局部放大 / 投标时的幕墙样板

 

面对这样一个超高难度,开始我们只是抱着“试试看,跟跟看”的心态跟踪这个项目。

 

坦白地说,在幕墙工程投标时,恐怕没有任何一个幕墙单位真正弄明白这个幕墙如何做。我们常规使用的幕墙通用节点标准图,已经根本无法适应建筑形态不断变化的幕墙要求。参加投标时,我们提供了幕墙样板;一般的幕墙样板,我们只需要不到一个月的时间、而“凤凰中心”这两块样板板块,我们做了三个半月,反复做了五遍。据我们所知,面对双曲面形态的高难度,其他几个幕墙厂家,日子也都很不好过。仅为我们几个幕墙投标厂家的样板提供钢架,“沪宁钢机”就花了很长时间,很多费用。我们做幕墙样板,一般要对施工可能性以及日后长期使用做综合考虑,而那一次投标,仅仅考虑“怎样能把玻璃板片做出来?”这一个问题,就已经把人难倒了;表面看起来是通过鳞片状平板拼合的双曲面,但实际上,很多沟槽拼缝都是在曲面拼合。我们当时觉得,能按时把样板做出来就已经谢天谢地了。

 

凤凰中心幕墙工程设计施工往事_5

内倾、外倾板片的区分 / 外幕墙面积约53575.96㎡

凤凰中心幕墙工程设计施工往事_6

内倾 / 外倾

 

关于后来金粤幕墙如何介入了“凤凰中心”工程,我们之间流传着一个笑话:一场大火,火势太大,大家束手无策之际,一辆消防车“刷”地冲到现场,一队人马麻利地冲上去一通浇水把火给灭了。事后大家采访消防车队,问“你们怎么这么厉害,能冲上去把火灭了?”;消防队员回答:“谁把我的刹车弄坏了?”(笑)

 

其实这个项目中,不是我们要刻意做什么,而是我们就这样不知不觉地越陷越深。开始我们领导层只在北京订了“如家”酒店,心想,我们在现场把问题解决,几天就回来了,干这一行二十年了,就算难又能难到哪里去?可没想到,一住进去就再也回不来了。

 

后来我们中标了。宣布中标时,我觉得压力特别大,完全不知道这个建筑是不是真的能做出来。从来没有人做过,而且坐下来想,脑袋就会特别大:这个项目相当于把一栋楼当做工艺品来做,“人力”如何能完成一个每个细节都不一样的建筑,真能做到么?


凤凰中心幕墙工程设计施工往事_7

屋面外幕墙系统组成:A.标准单元;B.顶部单元(即可开启天窗);C.底部单元;D.非标准单元(拱底部分)

 

真正干,和前面的投标完全是两个概念。一上来,就是系统问题,如何建模、建立数据传导等一系列问题。公司专门派了一个技术团队和我们北京驻地团队一起,从大年初六开始,一个月时间,每天早上8 点到晚上10 点,不断讨论工程的技术问题,我们的同事石建军几乎就睡在办公室。一个月后,我们完成了两块幕墙标准单元板块的建模,虽然这一版模型是用CAD 软件建出来的(数据信息与建筑设计并不十分精确符合),但是其中包含了我们对于整个幕墙的系统性思考,真正向施工迈进了巨大一步。在两块标准单元板块上,我们解决了第一个大问题:逻辑关系。逻辑关系非常重要,没有一个确定的逻辑关系,什么都做不了;还解决了第二个大问题:幕墙系统如何适应这样的逻辑关系;90% 的问题都在这个月内得到了解决。

 

当我们在邵韦平总建筑师的办公室里,将这一个月的工作成果向“凤凰”项目的甲方田义总、谷德雨总汇报后,大家都对幕墙的实施建造有了更强的信心。也在这时,甲方才与我们签订了正式的合同。


凤凰中心幕墙工程设计施工往事_8

凤凰中心幕墙工程设计施工往事_9

确定幕墙板块与钢结构基础控制面、基础控制线、混凝土主体结构的关系

 

接下来,“凤凰”甲方希望我们尽快拿出施工方案,但这时其实还有一个重大的问题没有解决。这个问题是,邵总带领的建筑设计团队是用CATIA软件建立的三维模型。表面看起来这不算是个问题,但实际上问题很大。我们在“小蛮腰(广州电视塔)”项目上,是采用Rhino(犀牛)软件模型完成的,与我们配合的沪宁钢机也是采用Rhino 软件;而对于CATIA 软件,我们都十分陌生;我们从北航专门找来CATIA 研究室的师生、上海一个专门研究开发CATIA 软件的公司,一起合作,希望他们帮助我们用CATIA 实现我们幕墙系统的建模;听起来很简单,但工作开始一个星期后,每个单位的工作人员都到了忍耐的极限,都受不了了,快疯了,“没法弄!”,“思路不对接!”,“怎么也套不进去!”,最后都走了。后来是我们自己的幕墙人员把软件的逻辑学下来,把软件吃透,自己把幕墙模型搭建起来。从计算机的配置到软件的理解、再到软件系统如何实现幕墙系统,我们又非常费力地用了近一个月的时间攻关。

 

 

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软件配置、模型数据提取,建立初步的幕墙模型。图片来自“金粤幕墙”提供的资料

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幕墙模型生成的定位加工、安装控制数据、逆向校核

 

玻璃幕墙系统在施工前,都会在电脑中完整地模拟一遍施工搭建,从中发现问题并预先防范、解决。如果没有电脑搭建的模拟过程,直接在现场施工,可能遇到的技术问题就没办法解决了,风险太大。在CATIA 软件中,同样要完成模拟装配的过程;但在“凤凰中心”项目上就不是简单的模拟,还有一系列复杂问题。比如钢结构沉降的问题,当沉降发生后,钢结构变化到什么程度?怎样把变化在幕墙系统中消解掉?幕墙的安装精确到毫米,幕墙的胶缝一般也就16 毫米;而钢结构沉降变形的尺寸变化的数量级比16 毫米大多了,同时这种沉降变形带来的一系列影响该如何处理?再比如,在双曲面上,存在很多不确定的问题,玻璃板片成鳞片状,本来已经大大简化了施工难度,但每个玻璃板片之间的构造是相互较劲的,板片与板片的交接处就变得异常复杂;很多条构造线交接与此,究竟该是什么样的构造?而且,双曲肋之间的幕墙鳞片,可能出现板片的四点不共面,总会有一个点无法在双曲肋上直接定位,这时你如何用一个最小的面去收束?如何面对这些问题,通过理论推导进行解决?这些都是要在CATIA 建模过程中攻克的。

 

又经过了一个月,我们熟练地应用CATIA 攻克了这些问题,终于来到施工工地,甲方领导也亲临现场。那时我们已经可以把50 条主肋中的一榀幕墙建立出一个完整的封闭模型,而且实现了初步的“数据交换”。

 

 

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通过对支撑钢结构误差测量,确定实体与理论模型误差

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四点支撑支座设计

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圆立柱组框

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单元板块衔接对插

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单元板块衔接对插

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热工性能设计

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幕墙深化设计节点;纵横剖面

 

现场仍然是问题一箩筐。幕墙单元板片请“首钢钢构”来做钢框架,我们将计算机数据提供给他们,他们按照常规经验,以为3200 个钢框架15 ~ 20 天就可以做完,结果20 天时间一个都没做出来。谷总(“凤凰"项目甲方:谷德雨)跑到加工厂去看,回来后脸色更加铁青。每个钢框架都有微差,构件又有很多独特的要求,比如怎样确定合理的截面壁厚,既能保持受力强度,又能减少自重减少成本?最后主体结构用“钢”,外部附属结构用“铝”,这样才能实现高强度和低造价。再比如,钢框架在焊接时会有变形,在最开始做框架时就要把这种变形考虑进去并进行控制,最后关于这方面的工艺控制,我们自己编了一本小册子,跑到加工车间与工人一块儿研究。工人不知道你为什么要这样一个精度,这些框架为什么要这样控制,“好好的钢架上还要加丝扣,焊接后丝扣又套不进去了”等这些细节问题。大家一起研究,共同编写了工艺控制手册,照着标准做,终于在现场挂出来两片幕墙单元。

 

终于有了现场的阶段性成果,大家好不容易高兴了两天。半个月过去了,现场仍然只挂了那两块幕墙,没有任何其他进展,大家又开始焦虑。甲方责问,“为什么不赶紧继续安装啊?”,我说,“真装不了,我只能装两个。”因为这么复杂的幕墙体系,我们不能胡挂啊,必须对整体有一个预判,如果盲目挂上出了问题再拆了重挂,就更受不了了。谷总见到我就抱怨工地上我们公司的罗工,说,“你们那个罗,就是一个大嘴,什么问题一张嘴就说往上做,你倒是给我做一个瞧瞧啊!”这次是谷总着急最狠的一次,我给他写“施工组织设计”,他翻了翻说,“你就告诉我啥时能完活儿吧?”,我说,“我真告诉不了你。”谷总说,“那就啥都别说了。”刚下楼没一会儿,总公司来电话,说谷总明早第一班飞机飞深圳,要到总公司找领导。没办法,我也迅速订了第二天早班飞机,跟着谷总回到深圳总公司。见到公司领导,谷总说,“我的耐心是有限的”。

 

可是从技术角度来看,确实不能盲目安装。很多甲方看不到的、预想不到的问题,我们要提前考虑到。首先我们必须对钢结构进行监测,要观察整个钢结构沉降的情况,然后做预判。为了监测,谷总自己也费了很多心,他找来了一家能做三维扫描的德国公司,打算把整个楼的钢结构状况扫描下来。但一次扫描就要半个月时间,花费150 万。而且也不可能随时扫描,扫描后还要在计算机中核对模型,而且他们核模用的是CAD,转化到CATIA 中还有数据损失,我们还要自行修补。因此,最终我们必须自己做出监测方案,定点监测。我们和做结构设计的BIAD 的朱忠义博士反复碰过,当初也是做过风洞实验模型的,钢结构最大变形在哪儿,设计时是如何考虑的,我们是比较了解的。从整个钢结构的系统思考出发,我们必须自己分析真正可行的钢结构变形监测,并据此制定出幕墙安装的整体方案。

 

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测量防线原则

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单元幕墙定位与支座定位


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现场实测与理论模型值的校核


回想起来,“凤凰中心”的最大经验,就是赵总时常鼓励我的,“办法总比困难多”。做完这个项目,我觉得真是这样。再大的困难,把它一点一点分解,拆开、拆到无限小的时候,这个事情就解决了,但是拆解的过程很痛苦。这个项目的钢结构的监测等问题不断被降解,降解到最后,真正的幕墙“打点”就都可以打在了“腰眼”上了。经过之前的详细分析,背后又有大数据支持,工作就变得简单了。CATIA 模型出来之后,我们对每个细节都做了思考。比如说,每个玻璃鳞片与钢结构之间都有一个圆管“抱箍”,为了保证一个个鳞片在空间上的“跑动”,最初这个抱箍的设计非常复杂。它必须能“抱住”,还要能调节能旋转,上面还有一个万向节头,要适应3 个维度6 个轴向都能动。但是真正施工时,不可能用这么复杂的节点,必须简化。最终我们在抱箍上有一个旋转,设置一些牙口能左右移动,钢框架上的圆管做螺扣可以上下调节,可移动的范围都不大,都只在2 ~ 3 厘米,用很简单的方式解决了问题。最后,我们这个抱箍获得了技术专利。

 

凤凰中心幕墙工程设计施工往事_22
支座自由度:可左右调±25mm,上下调±30mm

凤凰中心幕墙工程设计施工往事_23
钢抱箍

 

为什么我们敢做这样的简化,主要因为有大数据的支持。现场的状况可以通过大数据反馈回来,虽然幕墙板片是在三维空间上分布的,但我们对建筑有了整体把控。加入一段钢结构沉降发生20 ~ 30 厘米的变化,这是比较正常的,我们通过大数据的分析,可以很可靠地将这个比较大的变形,分解到一系列的多个鳞片上,每个鳞片消化多少变形,怎么消化,都是非常清晰的。我们把板片3 ~ 5 个分为一节,一节一节、一榀一榀地装,每装完一榀,就测一次位移变形,然后再装下一榀,留下调节的位置;最终我们把变形调节的位置都留在了顶部。同时也考虑到只要有板片上去,就有荷载影响和钢结构变形,因此从一开始就有很多控制方式。比如,从两侧对称安装。最后按照我们这一套方法安装,误差很小,在我们幕墙行业的技术规程允许范围内,尽管做了最坏的打算,但其实最坏的情况并没有出现。


凤凰中心幕墙工程设计施工往事_24

施工误差的控制:各施工分区间:预留收拢位置板块,消化变形

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施工误差的控制:施工分区内同步,对称安装

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施工误差的控制:分段安装,分级控制

 

谷总在总公司办公室发怒的时候,正是黎明前的最后一刻黑暗。那时候我们已经将系统性的分析研究的工作量完成了大部分,攻克了最难的部分,只差最后把细节落实。深圳会议不久,各种“顽疾”很快迎刃而解,经过了这样的磨难,我们也突然发现,我们和谷总渐渐要成为交心的朋友了。再谈起罗工时,他总是说,“你们那个罗,简直是个天才,什么问题到他那儿都能解决,真是厉害!”。罗,四川人,个不高,貌不惊人,却是西北工大的高材生,我们北京事业部的技术顶梁柱。他说话挺冲的,总是实话实说不拐弯,谷总问:“能不能装”?他就直接答,“不能装,装不了”。所以一开始让人感觉总是强调困难,但其实他在心里一直想办法。等到工地现场谷总发愁怎么办的时候,却又发现什么问题都解决了。

 

工地上,施工总包方用了3 个塔吊,而我们却用了4 个塔吊,以便能在安装幕墙时保证全方位施工以及效率和速度。施工采用满堂脚手架,我们请来了全国的施工专家来论证这个脚手架的搭法,结果是,这个楼根本没有一个脚手架搭建的方案。专家说,这个项目的脚手架没办法出图,建筑每个地方的变化都不同,没办法知道每根脚手架管子要多长,只能“比划”着来,若长了,就换个短的;若短了,就换个长的,只能小心点了。没办法,出不了脚手架搭建图。但这个满堂脚手架不得了,用量极大,花费也非常高,完全不是甲方给的措施费包得住的。但我们必须做下去并且完成好。金粤幕墙作为这么多年的老牌企业,做好十个项目没什么,做坏一个项目我们的品牌就全完了。“凤凰中心”项目只能成功,不能失败。到了工程后半程,我们完全不计成本,全力向前推进。


凤凰中心幕墙工程设计施工往事_27满堂架脚手架效果图与内外多排脚手架效果图

凤凰中心幕墙工程设计施工往事_28

凤凰中心幕墙工程设计施工往事_29

脚手架搭设、实施


后来我们和凤凰中心的甲方成了交心的朋友,每次见面都很开心,但这并不意味着所有的挑战和攻关都已经结束,后面我们又共同面对了很多的困难。比如说,加工双曲铝板,没有一块铝板是一样的,我们找了很多个铝板厂家,所有的异形雕刻机冲床全部都开动了。后来忽然听说,铝板厂家偷偷给幕墙技术人员“塞钱”,一平方米铝板塞一块钱。为什么搞这样的事儿呢,这不是要把我们企业搞乱了吗?铝板厂家三天三夜拆图拆不出来,就私下让幕墙技术人员帮他们做接口软件,直接输入生产设备就不再需要熬夜画图了。知道了这些情况,我们就和铝板厂家商量,别再私下塞钱了。公司用实物奖励基层的技术人员,鼓励他们尽快把接口软件编出来,方便铝板厂家的加工。

 

再比如,钢结构最外层有一个半椭圆截面的装饰铝管,截面尺寸大约150×300 毫米。我们幕墙挤压型材的极限,差不多就是这个尺寸。首先就很难挤出来,构造要求就很严格;其次,它还要在空间上跑“双曲线”,就更难了。铝型材塑性是比较差的,在这么大的一个体量上跑“双曲”,怎么保证?这个问题我们研究了很多个月,从一开始就琢磨,却一直没有解决办法。那时候找遍了所有的厂家,我都快得神经病了,开车在四环上随便看见个曲面铝型材的建筑都要下车看看,后来终于找到一个厂家有兴趣,于是一起不停地研究。最终的解决方案,回头来看其实特别简单。双曲线,无非是在X 轴、Y 轴两个方向上的弯曲。但在一段范围内,我们可以在X 和Y 轴中间找到一个矢量曲线,使这个矢量曲线在最大限度上接近双曲线,用一段一段的单曲线,实现整体双曲线的“拟合”。当时我们已经会使用CATIA 进行数据处理了,7 公里总长的双曲铝带,我们就是通过一段一段的数据处理,将其中的大部分铝型材的段落简化为单曲。


凤凰中心幕墙工程设计施工往事_30

凤凰中心幕墙工程设计施工往事_31

凤凰中心幕墙工程设计施工往事_32

铝板根据边界曲线建立曲面


铝型材真正拉弯的时候,还有一些细节工艺要处理。我们将铝型材旋转到计算机算出的角度,为了稳定铝型材的塑性,我们从河北省找到一种不软不硬的塑料,太软顶不住,太硬又不能变形。然后把塑料条切开成连接着的小段,像“蓑衣黄瓜”,这样它可以随着铝型材一起变形。在铝型材里外各夹上一个,一次拉弯拉出来,再放回去,那个形状就是我们要的。即使这样,代价还是比较大。一根铝型材长度2 米,夹具每个长300 毫米,两端加在一起就600 毫米长,这600 毫米的长度就废了。光是这样废掉的料头就很多,但这个问题还是解决了。


赵志芳:这个铝带从建筑的东立面开始做,我们今天去看,其实还是能发现不少比较毛糙、不严丝合缝的地方,有些地方拟合得也不是十分顺滑。但即便如此,当时找到这样的解决方式,也是非常之难的。不少幕墙施工队和我们都保持着不错的关系,而这个项目的幕墙施工队,我们却换了好几家。开始时,我们把最好的幕墙施工队都找来,就是想弄明白究竟谁能干这个活儿。还不是说“能不能干好”,只问“谁能干”,这个过程中就发生了很多“可笑”的事情。

 

杨希诚:有一个施工队,干了一星期后,有一天早上人全部消失了。“啊,怎么会消失呢?”,“他们早上起来偷偷地全撤了”;打电话连着三天不开机;第四天终于联系上了,问施工队工头什么情况,对方说,“您看我们和“金粤”在全国那么多项目上的合作一直都挺好的,但是我们来了这个项目后发现实在是干不了您这个活儿。我们不好意思说,也不好意思要钱,所以我们就偷偷走了”。

 

赵志芳:这还是一个不错的情况,有的施工队的情况就比较麻烦了。干了几个星期后,了解了工程难度,又干不出来,就虚报工人人数来多要钱,要不到就让工人代表在我们的办公室里堵着,占着办公室打牌。后来我们通过很多方式沟通,花钱买猪肉犒劳工人们,鼓励他们把活儿干出来。在这个项目中,除了攻克技术难关之外,像施工队这样的问题还有很多,非常不容易。

 

杨希诚:参与这个项目的人,从甲方负责人、设计方、制作施工方,大家都付出了巨大的心血。在建筑逐渐成形的过程中,每个人都背负着巨大的压力。最终效果行不行,好不好?一直都在高度紧张的状态中。幕墙工程完成,凤凰卫视刘长乐总裁第一次来看时,谷总和我们都极为紧张,不知道成果是否能令他满意。他看后评价说,“幕墙很棒,室内装修部分应该更加努力与建筑外观整体匹配。”我们才松了一口气。

 

到了施工后期,我们会发现,路过工地的人,不管是中国人还是外国人,不管是年老的年少的,都会停下来用手机拍照。甚至工人们在施工间隙,也会掏出手机,照这个房子。这是很让人满足的事情。

 

赵志芳:我们杨希诚杨总,在凤凰中心项目完成后,成为中国建筑装饰工程协会幕墙工程委员会的专家,经常受到邀请去做专业讲座。现在幕墙行业内,如果不知道“凤凰中心”,你就落伍了。“凤凰中心”已经成为代表国内幕墙制造安装水平的标杆。


凤凰中心幕墙工程设计施工往事_33
鸟瞰幕墙工程整体演进




来源:结构    微信公众号    钢结构

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