馬 娟

上海園林綠化建設(shè)有限公司 上海 200333

現(xiàn)代景觀建筑物造型日趨復(fù)雜奇特，異形建筑物常選用金屬結(jié)構(gòu)[1]。金屬結(jié)構(gòu)具有造型輕盈、金屬用量小、投影面積大、結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜等特點。傳統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)建造技術(shù)采用現(xiàn)場拼接安裝，存在措施費用高、建造過程復(fù)雜、施工周期長等問題，亟待改進。

本文以2019年北京世園會上海展園鋁合金云巢為背景，針對性地介紹了鋁合金云巢結(jié)構(gòu)的高精度拼裝快速施工技術(shù)，旨在研究和總結(jié)一套金屬結(jié)構(gòu)高精度快速拼裝建造工藝，為今后大型綠地金屬景觀建筑物施工提供拼裝技術(shù)范本，也為行業(yè)沉淀和固化技術(shù)作出一定的貢獻。

1 工程概況

2019年北京世界園藝博覽會園區(qū)位于北京市延慶區(qū)媯水河沿岸，總面積960 hm2，上海展園位于圍欄區(qū)南側(cè)，靠近南部入口處的中華園藝展示區(qū)華東組團C30地塊，總面積為2 850 m2。

上海展園以“祥云園”為主題，通過景觀園藝的手段表達“祥云獻瑞，雨潤萬物”的愿景。上海園的東側(cè)一角設(shè)置1座鋁合金景觀建筑物云巢，占地面積大約270 m2，長約22 m、寬約21 m、高約8.6 m，整個云巢由弧形的鋼結(jié)構(gòu)作為骨架，內(nèi)部形成一個無柱的大型空間，構(gòu)架表皮采用六邊形輕質(zhì)鋁合金構(gòu)件覆蓋。由于表皮構(gòu)件的疏密疊加，從園中不同視角望去，展現(xiàn)出如天上流云一般的變幻效果，形成云的意象（圖1）。

圖1 2019年北京世園會上海園實景

2 工程重、難點分析

2.1 節(jié)點、桿件數(shù)量巨大，安裝工作量巨大

計算模型節(jié)點數(shù)10 206個，桿件數(shù)量20 016根，屋面板數(shù)量394塊。本項目預(yù)埋件209個，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)節(jié)點板1 016塊，其連接錨栓超過48 768個，六邊形和立柱鋁合金連接件13 564個，不銹鋼連接件2 502個，連接螺栓182 784個。編碼和安裝過程將耗費技術(shù)人員大量精力，且需調(diào)整時易發(fā)生錯誤。

2.2 桿件截面短而小，安裝空間極其狹小

殼體桿件大部分長度在1 m左右，小的只有30 cm左右，六邊形網(wǎng)格邊長為500 mm，高度為666 mm。高空作業(yè)，安裝受限。

2.3 多專業(yè)協(xié)同配合施工

本工程是多專業(yè)協(xié)同配合的綜合性工程，除與土建結(jié)構(gòu)施工配合外，與燈光安裝、室內(nèi)景觀等配合時，均要求有合理科學(xué)的技術(shù)措施加以保證。

3 鋁合金云巢結(jié)構(gòu)的設(shè)計

3.1 設(shè)計精度保證

本工程針對造型復(fù)雜的景觀建筑物設(shè)計精度低的難題，創(chuàng)新研發(fā)了運用Rhino與Grasshopper計算機軟件平臺：首先，通過平面六邊形網(wǎng)格定位確定各個頂點與形心點，根據(jù)實際使用功能高度確定造型整體框架；其次，在多層六邊形網(wǎng)格體現(xiàn)中，根據(jù)漂浮之云的概念，在模型空間限定云的基本邊界輪廓；最后，通過設(shè)定六邊形空間框架與云邊界的結(jié)合關(guān)系，運用遺傳算法，由軟件核算出最佳外輪廓形狀。

3.2 利用參數(shù)化設(shè)計編碼

參數(shù)化設(shè)計是將工程本身編寫為函數(shù)的過程，通過修改初始條件并經(jīng)計算機計算得到工程結(jié)果的設(shè)計過程，實現(xiàn)設(shè)計過程的自動化。本工程的每個零件和每個結(jié)構(gòu)弧度都不一樣，由國內(nèi)技術(shù)先進的廠家按照編碼定位進行預(yù)制后，進場精準裝配，用在景觀園林上還屬創(chuàng)新嘗試。為保證十余萬零部件連接可靠性，采用先進快速的錨固手段——Huck氣壓拉鉚螺栓。

3.3 選材時減輕景觀建筑物質(zhì)量

本工程針對框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和質(zhì)量重的技術(shù)難題，采用鋁合金材料作為建筑物的框架，利用鋁合金材料質(zhì)輕且柔軟、強度好、耐蝕性能好、加工性能好、可回收利用等優(yōu)點，確保云巢的景觀性能，且符合本次世園會的可持續(xù)發(fā)展要求。

3.4 云巢結(jié)構(gòu)特點

云巢上部結(jié)構(gòu)采用全鋁合金結(jié)構(gòu)，其中橢球面部分采用單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，桿件采用工字型鋼截面150 mm×100 mm×8 mm×10 mm，其余各層結(jié)構(gòu)采用鋁合金六邊形網(wǎng)格梁加立柱結(jié)構(gòu)體系，網(wǎng)格梁截面尺寸為B30 m×80 mm×6 mm，立柱截面為邊長80 mm等邊三角形，上部各層結(jié)構(gòu)的大部分區(qū)域支撐于下部橢球面單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)之上，其余部分支撐于下部混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上，支座均采用鉸接支座。橢球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)下部支撐于混凝土基礎(chǔ)頂面，支座采用剛接連接。橢球面結(jié)構(gòu)頂部區(qū)域布置屋面板，其余結(jié)構(gòu)均為鏤空構(gòu)架，無覆蓋材料（圖2）。

圖2 云巢單層殼體結(jié)構(gòu)和六邊形及立柱結(jié)構(gòu)

4 施工技術(shù)要點

4.1 精確加工

本工程設(shè)計的穹頂網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)及其節(jié)點，其結(jié)構(gòu)的曲線變化處理均在節(jié)點板上考慮，同時多層六邊形結(jié)構(gòu)桿件、節(jié)點數(shù)量眾多，節(jié)點構(gòu)造復(fù)雜，因此節(jié)點的加工精度應(yīng)嚴格控制，這也是本工程質(zhì)量控制的難點。整個構(gòu)件加工可分割為五個步驟。為確保加工精度和提高生產(chǎn)能力，選用精度高的數(shù)控車床和立式多軸加工中心，并配備質(zhì)量過關(guān)的進口刀具。

4.2 預(yù)埋件施工

在土建基礎(chǔ)及云巢結(jié)構(gòu)施工前即引入結(jié)構(gòu)預(yù)埋件的作業(yè)，保證預(yù)埋件及時準確的定位安裝，是后續(xù)整體工程順利施工的重點。精確的定位測量放線是本工程施工成功的前提保證。施工時采用全站儀、水準儀等進行測量。

現(xiàn)場要用全站儀嚴格控制埋件的設(shè)計精度。位置確定后采用固定支架把預(yù)埋件與基礎(chǔ)鋼筋固定牢固，確保基礎(chǔ)澆筑混凝土?xí)r預(yù)埋件不發(fā)生移位。為防止混凝土結(jié)構(gòu)施工對埋件位置造成影響，對埋件進行臨時剛性支撐固定。

1）混凝土澆筑前再次復(fù)核埋件坐標，確保埋件位置的準確性（每個埋件在不同的施工階段將復(fù)測3～5次）。

2）澆搗混凝土?xí)r，埋件施工人員、測量人員不間斷地現(xiàn)場觀測，用紅外線全站儀直接對準埋件定位點進行復(fù)核，如出現(xiàn)問題立即采取相應(yīng)措施進行調(diào)整。

4.3 殼體結(jié)構(gòu)施工

1）按施工圖測量相應(yīng)的預(yù)埋件，將工廠制作好的鋁合金桿件、節(jié)點從殼體結(jié)構(gòu)的支座處開始安裝，同步搭設(shè)腳手架。

2）從殼體結(jié)構(gòu)采光頂開始安裝，穹頂安裝合攏后固定采光頂支座，然后安裝采光板，再安裝云巢立桿連接件。腳手架根據(jù)云巢的搭設(shè)方向逐步后退，邊搭邊拆，腳手架總高度搭至9 m，基本負載以人員操作為主，無堆載。

3）殼體結(jié)構(gòu)施工時在室內(nèi)搭設(shè)盤扣式腳手架，桿件從支座開始逐步往上施工，主體施工完成后再施工3個通道處的殼體結(jié)構(gòu)。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)桿件之間采用盤式節(jié)點，安裝時應(yīng)對照圖紙確認桿件、節(jié)點板的類型與規(guī)格準確無誤，確認鎖緊螺栓的類型和數(shù)量準確無誤，使用Huck氣壓拉鉚螺栓，檢查螺栓尾部是否全部脫落，確認鎖扣可靠（圖3）。

圖3 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)桿件連接節(jié)點構(gòu)造

4.4 立柱及六邊形網(wǎng)格梁施工

1）殼體結(jié)構(gòu)主體封頂后開始施工立柱及六邊形網(wǎng)格梁，從中心點開始向各個方向往外推進。

2）具體步驟為：先放樣立柱位置，臨時固定立柱，然后安裝此立柱上所有各層節(jié)點板，最后逐層安裝六邊形網(wǎng)格梁。完成第一個六邊形結(jié)構(gòu)后，先往外安裝一層六邊形網(wǎng)格梁，再插立柱并臨時固定，然后安裝剩余各層六邊形網(wǎng)格梁，以此類推完成整個結(jié)構(gòu)的安裝。

3）三角形立柱與六邊形橫梁之間的連接是本項目節(jié)點設(shè)計的一大難點，設(shè)計時采用立柱貫通，橫梁與立柱之間采用鋁合金節(jié)點板連接，節(jié)點板之間在3個方向分別設(shè)置豎向鋁合金固定件，鋁合金固定件與立柱之間采用不銹鋼螺栓連接（圖4）。

圖4 立柱與六邊形橫梁之間連接構(gòu)造

4）從縱軸線往兩側(cè)搭設(shè)，搭設(shè)時用全站儀加以監(jiān)測，三角型材與埋件先作暫時固定，搭至6層后才能最終固定，確保有調(diào)節(jié)施工誤差的余地。總拼裝完成后，應(yīng)該檢查網(wǎng)殼曲面形狀的安裝誤差，最大允許誤差應(yīng)不大于直徑的1/3 500或±35 mm。確認安裝偏差符合要求之后，方可拆除安裝支架。

4.5 覆蓋材料、收邊施工

六邊形網(wǎng)格梁及立柱結(jié)構(gòu)安裝完畢后，在橢球面結(jié)構(gòu)頂部區(qū)域布置屋面板，屋面板數(shù)量394塊，其余結(jié)構(gòu)均為鏤空構(gòu)架，無覆蓋材料。屋面板采用厚8 mm的亞克力板作為覆蓋材料，并用硅酮密封膠和泡沫棒密封，最后門洞采用鋁合金板材收邊。

4.6 入口通道增加鋁板、內(nèi)部滴灌栽培保綠

1）現(xiàn)場所有結(jié)構(gòu)已經(jīng)安裝完成，但為了提升云巢整體效果，在三個通道內(nèi)表面增加三角鋁板，并在鋁板內(nèi)做垂直綠化。

2）云巢的內(nèi)部懸吊花球，運用滴管栽培的生物技術(shù)將科技與植物相融合，從而凸顯了植物風(fēng)貌與科技融合的空間感。

3）云洞的投影范圍內(nèi)有一處水面上的綠島，上面種植修竹穿云而出，形成相互穿插的形態(tài)，配合土建小品、燈光布置、音樂環(huán)繞和植物配置等，最終將云巢打造得像一座科創(chuàng)之城（圖5）。

圖5 云巢施工成品效果

5 結(jié)語

創(chuàng)新應(yīng)用景觀鋁合金云巢結(jié)構(gòu)進行現(xiàn)場拼裝施工，并在施工過程中解決了鋁合金云巢結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜、節(jié)點多的問題，施工便利、安全可靠、質(zhì)量有保障，大大降低了深化人員和現(xiàn)場拼裝人員的工作量，縮短了施工工期。最終，上海園摘得AIPH大獎和組委會大獎，室內(nèi)展區(qū)獲組委會特等獎。景觀鋁合金云巢施工技術(shù)，可為今后類似項目提供很好的借鑒價值。

[1] 陳穎.鋼結(jié)構(gòu)景觀蘑菇樹整體施工技術(shù)[J].建筑施工,2021,43(2):198-200.