直播："安全·节能·反思·升级"—2013幕墙国际论坛

摘要：2013幕墙国际论坛30日下午在上海盛大召开。

  主持人：接下来我们有请来自美国Gensler设计事务所的高级建筑师，上海中心项目负责人彭武先生跟我们分享的是复杂建筑表皮的设计和建造。

  彭武：各位专家，各位同行大家下午好！我来自gensler事务所，我借这个平台给大家介绍一下我们事务所一直08年开始做的这个项目，上海中心。跟大家分享一下我们从设计之初到现在的一些经历。

美国Gensler设计事务所的高级建筑师 上海中心项目负责人 彭武

  Gensler是一家全球性的建筑设计事务所，我们的总部在旧金山，在全世界有将近40个办公室。我们在上海和北京都有办事处。我们从06年就开始参与上海中心的一个前期的规划和竞标设计。然后在这个设计之初，我们的一些概念就是说，我们希望因为我们不想讲太多关于建筑的东西，是希望这个建筑能体现上海的一个精神的。它实际上也是属于全体中国人的建筑，它有一些对历史的回归，也有对未来得展望。我们希望它是也是一个绿色的，能够代表一个未来技术的一个设计。

  我跟我们整个的建筑表皮有关的就是我们的形体，大家都知道上海中心从底到上是一个120度的旋转的设计，我们对这个旋转从90度到210度都做了很多的分析，包括它的收温的比例。这些跟我们的整个测试过程都是相关的。我们会把这些我们做好的这些分析模型交给我们的风动工程师，他们会做一系列的测试。早期我们用了是1：500的小模型。然后在测试过程中，工程师会给我们一些选项，就是他们会给一个比较好的参数，比如从90度到210度，当然在测试的结果里面，工程师反应你更多的旋转，那么你作用在这个建筑表皮上的压力是递减的。

  大家我们再回过去看一下旋转，如果我们的旋转的角度太大，我们这个里面的扭转太剧烈了，这个和我们和谐的群落是有冲突的，所以我们最终选择的是120度的旋转度。在关于基本形体测试完成之后，我们会做一个更大的模型，这个模型是1：75的，在加拿大那边是一个9米乘9米的一个民用的风动测试。然后我们可以看到这种测试实际上验证了我们这个表皮上的一个压力的一个分布，就是说这是一个比较典型的，我们整个塔楼的低区的分剖面，这是一个高区的分剖面。实际上就是说，我们最后也发现这种压力比较高的区域在这个角落，大家也看到然后最后乱流是一个摆动的效果，它会引起这个楼的晃动。

  所以这种不对称的几何实际上会减轻楼本身的一个摆动。所以这个测试结果也是证明我们这个扭转的几何对整个压力的减少是有帮助的。我们可以比较高效的来设计我们的结构，在设计的过程中，我们整个结果的尺寸也是随着这个测试不断的减少，包括我们的巨柱，我们的框架。实际上在这些测试过程中，我们要借助一些新的平台来测定我们这个几何底。因为它的形体实际上，虽说是一个简单的扭转，但是对我们怎么来了解这个几何本身也是有挑战的，所以我们也借助了新的参数和平台。这个是08年的时候写下的最早的一个几何的公式，我们用的是一个非线性的数学方式。

  其实这个建筑本身就是两个大的弧，然后我们截取一个部分，一个大弧一个小弧，这样我们通过最简单的三角函数来驱动整个几何外形。所以在我们的设计的，在做很多讨论的时候，我们就把这个叫A1，这是一个A1参数，大家知道你来调整这个A1的时候你怎么来形成这个集合的变化。然后我们在这个典型区域就把这个幕墙做了一个区分，一个大弧和一个小弧。然后我们用了一个函数的方式来进行区分这个曲线，所以我们这个曲线更接近于一个自然的状态，它是一个加速上升的过程。然后我们把这个共识定义出来以后，我们就可以计算我们每一层的精确的几何变化，实际上我们只要把高度的参数输进去就可以了，你就可以知道你每一层的分割和它的弧度，各种各样的一个参数。

  这个定义几何完成了以后，我们就可以把它输入到我们的软件里面，可以定义几何任意的调整。实际上你看到我们重要的参数都有一个按纽，然后我们也会把我们的一些相关的，比如说我们建筑的钢结构，支撑我们外形的机构，和里面幕墙也一起做进去。然后我们会加入更多更复杂的参数，比如说我们的支撑结构，我们待会会讲到我们上海中心里面是一个圆柱体叠加的外形，外面是一个旋转的。所以它有两层表皮，在这个两层表皮之间是我们的钢结构，这些结构和我们幕墙的板块关系是非常紧密的，所以我们把这些东西全部在三维里面表达出来，才能表达我们对这些定位的点。

  因为对后期的加工，各种图纸都非常有关系。那我们在所有的参数链接以后，实际上我们只要把我们最关键的参数进行调整，就可以控制整个塔楼的几何比如我们旋转90度和旋转180度，它所有的几何关系都是即时反应的。这个关系设定以后，我们就会把我们所有的构建的参数输进去，比如我们每一个机构构建的半径，你可以在中间过程加入这些数据。因为当时我们整个的计算平台还不是那么的高效，我们的电脑还没办法进行全楼的运算，我们当时是按照每个区来进行运算的，它可以自动生成每个区复杂的几何，包括平面，剖面。这个是看到我们把所有的构建都全部放在这个模型里面了，然后我们可以把这些数据导文件里面交给不同的顾问来进行分析，包括每个楼层的图纸。

  我们在定义这个表皮的时候，我们就发现就是说，旋转和收分会带来一个几何的变化，就是我们怎么来分这个表皮的板块。就是说我们自然的状态下，我们所有的竖框都是要顺着扭转的方向走了，所以我们每个板块的上部平面和下部平面不是一个平面的关系，所以它下面会有翘起，像一个鱼鳞一样的。然后我们在设计的过程中，也是针对这个，因为前面讲的这个自然的虽然这个几何体发展的幕墙分块会有一些问题。比如说那种竖框的一些构造各方面会特别复杂，我们那个板不是一个平行的关系，所以我们也发展了另外一个系统，我们叫它平滑体系。就是这个板会贴着这个皮进行处理，尽量保持我们这个表皮是一个垂直的状态。然后还有在这个过程中，我们也发现如果要真正完成做到这个框和框之间的连接是一个比较好的差间，我们当中也做了很多的冷弯(音)，这个其实也是有风险的，我们用的一些玻璃，各方面有一些结构上的限制。

  这个是我们后来发展了一个简单的体系，我们这个平面是垂直往上升的，这个我们叫一个退台体系因为这个平面扭转的关系，我们有一个正退台和反退台的关系。所以大家也会看到这个设计平台，实际上是一个视觉化的编程，我们把所有的参数，几何关系我们设定一个运算的过程。所以它是通过比较关键的点来进行一个海量运算的过程。然后这个东西的好处，我们可以在过程中进行一个随便插入一些控制手段，比如我们在设计的过程中我们发现我们这个结构吊挂的杆件和我们幕墙的竖框有碰撞，那我们就把这个竖框用一个滑条输进去，它就可以控制整个塔楼的所有竖框，跟着这个一起移动。如果你这个换成别的工具来做，就很难形式一个精确的定义。其实我们只要通过一个参数进行一个全都控制就可以了。

  完成这个工作以后，我们就可以把我们所有的关于建筑复杂的表皮的数据然后输入到我们最终的技术文档里面，我们把所有的参数通过一个图示表示出来，就是角度，斜度，框的大小。然后我们所有的参数通过这个软件输入到我们的表格里面，然后形成最终的文件。这个几何分析的过程是非常重要的，这个工作花了挺多的时间，然后我们会用一些新的平台，因为像这种它不光是对几何进行分析，它会有一个工程化的处理，我们甚至会把一些改造的结点输进去进行一个分析。所以我们只要做一个板块就可以了。然后把这种变化的规律输进去，它就会自动生成整个楼层。实际上也是基于我们之前定义的函数，这样可以进行整个塔楼的一个系统性的建模。然后当然了在这整个幕墙的设计过程中，我们也做了很多分析的工作，包括它光反射的分析，因为我们在模型里面把整个陆家嘴还有这个塔楼全部建出来了，我们可以从这个模型里面对每个板块反射的位置进行准确的定义，包括整个塔楼本身的一个辐射的分析，还有内层表皮的一个遮阳的分析。

  因为实际上我们内层表皮在这里有很多挑台，这个挑台有比较大的遮阳的作用。刚才讲到我们上海中心是有两层幕墙，我们内幕墙有一个比较复杂的东西，就是我们整个幕墙是要防火的，所以这个玻璃的防火是一个比较困难的东西，我们在做这个之前花了很长的时间来选择不同的系统。因为玻璃本身它是要防火玻璃，必须要求在火灾发生的时候，要有一个小时的时间保证这个玻璃不会破碎。所以我们也用一些软件来模拟了整个中庭失火的时候它的一个升温曲线，我们通过这个温度的曲线来设计这样一个幕墙系统。后面我们会稍微讲一点，然后在这个分析过程之后，我们有一个幕墙系统的升化了。所以基本上我们分成的就是有一个A幕墙，我们叫外幕墙，B幕墙是内幕墙，两个幕墙之间就是我们的支撑结构。

  这边比较清楚的看到这边是外幕墙，这个是支撑结构，这个是B幕墙，这个典型的平面可以看得清楚，这个是外幕墙的轮廓，中间是我们的结构加强层，外幕墙就吊挂在结构加强层的位置。所以我们在每个区里面，也可以看到有三个空间的中庭，而这个中庭的效果就是这样子的，现在已经差不多施工到这个位置了，整个的钢结构，然后幕墙在这个位置。所以在这些区域已经可以看到这些空间效果了。所以我们整个幕墙体系我们分成A1，A2，A3，A4，A5，这是我们的外幕墙。A1就是中庭区的幕墙，A2是设备槽的幕墙，A2是我们开槽的位置，A4、A6是一个塔关，因为我们这个是一个室外的，它不考虑一个隐蔽性的问题。这个图就可以看出来地我们这个A1的幕墙是悬挂在这个位置的，然后它有一些旋转的过程，所以会出现这个退台。那么之前我们也讲到这个幕墙的类型，我们通过之前的一些分析来做，我们有一个鱼鳞式的，有一个平滑的冷弯体系，还有一个退台体系。然后在一些角部，会有一些开槽的角部异型板，基本上都在这个边上。

  所以我们在收分的过程中，因为我们的分割数是固定的，从底到顶它的分宽度会逐渐减少，差不多50%。我们可以看到低区的宽度是2米19，到高去就变成1米25了。我们那个板块大概每一层减少10毫米这样子，但是每一层玻璃本身都是一样，这个是风动实验做的一个结果，我们看到正压和负压的分布，我们看到在热区，会有一些压力比较高的区域，正压相对来说会比较小的。但是我们在设计不能结构的时候，实际上不是按照这个压力最大区域来设计的，就是我们分析了一下，实际上我们有一个平衡，就是我们板块的尺寸和压力，实际上在这样一个位置，这个板块差不多一米两米左右，它作用在玻璃上的平均压力可能是最高的，所以我们玻璃的尺寸是机遇这个结果来进行设计的。然后我们的工程师会进行一些计算，对这个墙度本身会不会变形什么的，我们最后用的都是超白片。我们刚刚也讲的，我们这个上下平面不是平行关系的时候，就会有一个退台的效果，这是一个正退台，也有一些反退台。所以大家当时定的一个系统基本的关系就是这样的。

  所以我们差间的位置是放在这里的，然后有一些旋转的扭腿挂在钢结构上面，因为我们中庭是一个空间结构，然后还有一个散热装置。所以最后整个的外幕墙的系统，就是这样一个基本的关系，我们有后面的那个钢管结构，环梁，有两个吊杆，前面有一个板块。我们单位的系统基本上按照这样一个L形来做的。从后面看的时候，我们这样一个支撑结构。然后我们有散热装置，这里有一个出气口，里面有热水加热的铜管在里面。最后那个样本基本上是按照这个体系来做的，我们看到两个剖面最通常的一个单元体的关系，我们看到这一片夹交玻璃，然后副台的水槽有一个分体的水槽。

  然后整个中庭现在正在做这个，基本上做出来的效果跟这个比较接近。现在我们正在做中庭登架的一个施工，这里面可以看到整个中庭完成的一个效果，我们的外内墙和内幕墙。然后在工程这一块，我们的承包商实际上会基于我们之前给出的所有的几何数据，还有我们板块当时研究，他们自己会重新建立一个BM模型，里面包括了所有的板块，还有水平单元。然后他们会在程序里面利用这个BM软件来进行一些加工的关系。在样本阶段实际上做了很多的工作，然后真正的实施过程中有一些调整。因为我们当时在发出那个标注文件的时候，也是给出了一些不同的理念，比如整体单元式还是分体单元式，所以很多厂家针对我们这个做了很多的测试模型。最后定下来的系统，我们还是用的一个全铝框的系统。

  然后这是最后我们带12年的8月2号进行的第一次板块的挂装，这是当时吊装的时候一些庆祝仪式。我们看到第一个班期吊装的那几天，进度还是蛮快的，到今年的8月2、3号我们就结构封顶。所以在整个施工过程中，我们整个结构是通过钢结构来实现，然后这个钢结构是悬挂在我们结构设备留楼层的。所以我们是做一层往下放，做一层往下放，所以看到我们这个是悬挂体系。我们的幕墙挂在这种柔性的体系上，这个精度控制是非常大的一个挑战，所以我们的承包商还有我们的总包也想了很多的办法来实现这个东西。我们这的直接就做在钢结构上面了，所以这个对精度要求非常高，这个吊挂过程数据化的施工过程非常重要。那么这个环梁，在这个尺度下面要实现那种毫米级的精度确实是非常大的挑战。

  所以在现场整个的吊装，每一层吊装完成之后会进行一个扫描的概念，把这个钢结构的位置会发给工厂。然后实际上我们的幕墙承包商也会对生产的板块进行一个扫描的工作。然后会对这个结构和这个板块做一些数据的对比。因为在现在这个情况下，实际上钢结构的位置直接决定这个板块是否能够正确的安装进去。所以这个从我们设计到现在已经五年过去了，整个幕墙，包括外幕墙吊装的过程比我们想象快的多，在天气好的情况下他们基本上15到20分钟就可以完成一个板块的安装。这个是当时快要完成第一区幕墙的时候，所以幕墙整个从我们当时最早的形体概念到目前整个几乎施工到这个位置，这个过程中我就给大家介绍到这里，谢谢！

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