侯欽超 天津市西青區(qū)商業(yè)局房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)公司

1 前言

“曲面建筑”起源于什么時(shí)間？目前沒(méi)有人記得具體時(shí)間，但是根據(jù)相關(guān)史料記載起源時(shí)間最早的曲面建筑是中國(guó)，發(fā)生在中國(guó)人類(lèi)歷史的中原人口大南遷（中國(guó)歷史上人口最多的集中大南遷發(fā)生在唐朝后期），那時(shí)候這類(lèi)建筑能夠抵御山林野獸及強(qiáng)盜的入侵，比如“土樓”建筑至今還是有不少民族居住在這里（圖1），從節(jié)能的角度分析由于泥土本身的熱惰性造成這類(lèi)型的建筑冬暖夏涼。

圖1 土樓（世界文化遺產(chǎn)建筑）

那個(gè)年代雖然還沒(méi)有“建筑師”這個(gè)名詞，但已經(jīng)具備了手繪畫(huà)圖的能力。

隨著地域不斷擴(kuò)大、人口不斷增加，開(kāi)始有了聚集人群生活區(qū)——“城鎮(zhèn)的初期”，開(kāi)始了人類(lèi)的城鎮(zhèn)區(qū)域規(guī)劃。

大清康熙年間，數(shù)學(xué)技術(shù)傳入中國(guó)并不斷得到學(xué)習(xí)應(yīng)用，開(kāi)始出現(xiàn)了相對(duì)復(fù)雜的建筑設(shè)計(jì)，但仍然處于手繪畫(huà)圖設(shè)計(jì)階段。

隨著PC計(jì)算機(jī)的推廣應(yīng)用及相關(guān)設(shè)計(jì)軟件的引入（R14），開(kāi)始了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的二維時(shí)代。

進(jìn)入21世紀(jì)以后，智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)代替了PC計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，二維設(shè)計(jì)軟件逐步被三維（甚至多維）計(jì)算機(jī)軟件所取代，逐步出現(xiàn)了更加復(fù)雜的曲面建筑及異形曲面建筑。AUTOCAD的二維逐步被Autodesk三維取代，還有Sketchup、Solidwork、3Dmax、Rhino、Grasshopper、revit、dynamo 等等三維軟件，這些軟件均采取線(xiàn)性代數(shù)原理利用計(jì)算機(jī)專(zhuān)用語(yǔ)言編輯而成，隨著線(xiàn)性代數(shù)向多維空間的進(jìn)一步深入未來(lái)建筑會(huì)逐步實(shí)現(xiàn)多維設(shè)計(jì)。

2 異形曲面建筑實(shí)例

三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用給社會(huì)提供了許多異形曲面的建筑，被廣泛應(yīng)用到商業(yè)及辦公建筑、大型文化建筑上，同時(shí)基本上建筑外圍護(hù)所采用的材料均是玻璃和金屬鋁板較多（圖2～圖7）。

圖2 文旅性建筑

說(shuō)明：這是一種新型建筑，采用發(fā)泡類(lèi)材料直接模具成型，這類(lèi)技術(shù)板塊之間密封性能不是太好，材料老化會(huì)給壽命帶來(lái)影響。

圖3 某機(jī)場(chǎng)建筑玻璃及金屬鋁板的應(yīng)用

圖4

說(shuō)明：該項(xiàng)目外立面的每一塊石材均是雙曲面，頂部有雙曲面玻璃和多塊金屬鋁板組成多曲面單塊鋁板。雙曲面玻璃的底部是直徑136m的環(huán)形中央大堂，多曲面金屬鋁板的內(nèi)部是多功能休息茶廳，晚上打開(kāi)燈光從金屬板的月牙洞口可照射出各個(gè)角度的燈光，同時(shí)為了保證茶廳的天然綠植生長(zhǎng)允許雨水滲漏。

圖5 某海邊文旅商業(yè)建筑（玻璃和金屬鋁板）

圖6 某商業(yè)建筑（金屬鋁板）

圖7 某展覽館建筑（金屬鋁板）

類(lèi)似這種異形曲面建筑還有許多，在這里就不一一舉例了，這些異形曲面建筑從使用功能和使用質(zhì)量角度具體如何呢？首先從外觀效果來(lái)說(shuō)遠(yuǎn)視幾乎沒(méi)有毛病，但是經(jīng)不起走近細(xì)看，當(dāng)你走近細(xì)看就會(huì)發(fā)現(xiàn)類(lèi)似（圖8～圖14）這種問(wèn)題出現(xiàn)在你的眼前。如果你是一位負(fù)責(zé)任的建設(shè)單位、企業(yè)家、建筑師、設(shè)計(jì)師、施工員等等，我相信你會(huì)默默去想千萬(wàn)別某一天出了問(wèn)題。

圖8 內(nèi)部受力固定龍骨加工難度大，安裝偏差較大，角碼無(wú)法固定

當(dāng)然了對(duì)于建設(shè)單位、建筑師會(huì)有更深遠(yuǎn)的影響，特別是大型公用性質(zhì)的建筑，哪一家建設(shè)單位投資建設(shè)的、哪一位建筑師設(shè)計(jì)的項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)，在施工設(shè)計(jì)的時(shí)候都會(huì)歡喜，因?yàn)樗麄円步ㄔO(shè)了一項(xiàng)與眾不同的大型體量建筑物，而且建筑藝術(shù)美感特別具有一定的代表性，利用各種BIM軟件實(shí)現(xiàn)各部位多方位體現(xiàn)，然而并沒(méi)有去調(diào)研某一種建筑材料的生產(chǎn)工藝做出的產(chǎn)品如何？

圖9 龍骨定位難度大造成鋁板折邊必須切掉固定

圖10 由于前道工序偏差大，收口處鋁板整條折邊必須切掉單邊固定

圖11 鋁板焊接上去的折邊沒(méi)有等到安裝就開(kāi)始開(kāi)裂

通過(guò)（圖8～圖14）實(shí)際項(xiàng)目所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，可以給建筑師、設(shè)計(jì)師、企業(yè)家?guī)?lái)一定的思考，任何一個(gè)項(xiàng)目在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)的初期階段就應(yīng)該多調(diào)研、多實(shí)地考察，在選擇建筑效果用材料的時(shí)候就要多想想，如果所選擇的外觀效果特別好，但沒(méi)有考慮當(dāng)前的材料制造工藝的可行性、制造質(zhì)量的安全性就有可能還會(huì)發(fā)生類(lèi)似的質(zhì)量安全問(wèn)題。

圖12 鋁板折邊沒(méi)有等到安裝就開(kāi)始開(kāi)裂

圖13 即使最簡(jiǎn)單的曲面鋁板折邊也需要焊接才能完成

圖14 曲面鋁板折邊焊接質(zhì)量

也許有人會(huì)提出疑義：“不會(huì)吧”？那么多小汽車(chē)的外殼（圖15）不都是金屬板制造出來(lái)的嗎？而且曲線(xiàn)比建筑用得更多?

其實(shí)回答這個(gè)問(wèn)題非常簡(jiǎn)單，一輛小汽車(chē)多少錢(qián)，雖然汽車(chē)降價(jià)但是由于汽車(chē)外殼金屬板都是標(biāo)準(zhǔn)化模具一次性沖壓制造出來(lái)的，而且早就實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化量產(chǎn)，即使這樣按照平米計(jì)算也比建筑金屬鋁板單價(jià)貴不少。

金屬鋁板雖然現(xiàn)在制造工藝技術(shù)比以往先進(jìn)許多，能夠采取拉彎、壓彎等技術(shù)把金屬鋁板制造出曲面效果，但是固定所需要的錨固折邊目前還不能一次性整板制造出來(lái)，仍然再采用焊接工藝與曲面大板錨固，而且還不能整條縫隙滿(mǎn)焊錨固，因?yàn)闈M(mǎn)焊材料變形較大會(huì)改變本來(lái)制造好的曲面效果。

圖15 小汽車(chē)外殼的曲線(xiàn)美

因此不同的制造工藝可滿(mǎn)足不同的制造質(zhì)量，在目前制造工藝沒(méi)有改善的前提下建議還是少設(shè)計(jì)金屬鋁板用于異形曲面建筑外墻。

3 總結(jié)

21世紀(jì)的建筑不可逆的朝著參數(shù)化發(fā)展，但是很多人把參數(shù)化誤解成奇特外形，或者曲面建筑。參數(shù)化的正確理解應(yīng)該是把建筑的功能需求和潛在影響等概念通過(guò)信息在現(xiàn)有科技（比如電腦配置）的范疇下盡可能地降解到可以用數(shù)學(xué)和邏輯來(lái)表達(dá)的數(shù)據(jù)。

脫離了強(qiáng)有力的目的性、邏輯性和當(dāng)前技術(shù)可行性，漫無(wú)目的的曲面，無(wú)論怎么曲，無(wú)論多少種變化，在建筑業(yè)發(fā)展中的宏觀層面上，都是沒(méi)有太大意義的。通過(guò)計(jì)算和多角度綜合分析，需要曲面的時(shí)候曲面（或者其他任何形態(tài)）才合理，建筑整體也會(huì)更加合理，否則就是把錢(qián)浪費(fèi)在奇奇怪怪不實(shí)用的形態(tài)上。