【项目总结】历史符号在现代建筑中的重生——南京华贸中心幕墙设计建造解析

百科 2024-11-18 18:12 上海

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编者按

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　　南京城，六朝古都，是世界第一个人口超百万的城市，南京文化是中国古典文化和风雅文化的代表，与罗马城并称为“世界古典文明两大中心”。

图1 南京城

　　南京华贸中心重现了多种中国传统建筑元素，不仅赋予建筑深厚的历史文化底蕴，还提升了建筑的独特美感；不仅是对中国传统文化的传承，还运用现代建筑的手法进行了创新的演绎。

图2 南京华贸中心项目

　　整个项目的整体设计由有“全球天际线雕塑家”之称的美国KPF建筑设计师事务所负责，他们以简洁、大气而深具古都文化神韵的建筑风格闻名。建筑形体极具标志性和纪念性，与近在咫尺的世界第一大城垣——明城墙的弧度相呼应。将传统经典与未来商务生活方式的融合提升到新的高度，突显了南京作为历史名城的独特魅力，塑造城市中轴线上极富时代感、纪念感的地标作品。

　　KPF合伙人、设计总监Josh Chaiken表示：“南京华贸写字楼的设计灵感来自明城墙与项目紧邻玄武湖的特征。我们为南京华贸写字楼设计了简洁的垂直立面，越向上越收拢，高耸挺拔，强调写字楼的垂直性。楼体四面的弧度呼应明城墙曲线，成为建筑的标志性特点。”

　　高耸挺拔的主塔楼形似“天下第一塔”大报恩寺琉璃宝塔，优美的玻璃幕墙弧面呼应“世界第一大城垣”明城墙，T1与T2楼拥抱在一起构成的主塔楼，更像是古典文化与现代建筑交织在一起的产物。以建筑师的眼光看幕墙，以建筑有机整体思维把握幕墙设计的要点，解析历史文化，解析城市地标，把幕墙设计建造变成建筑设计创新的重要组成部分，让幕墙设计在历史的长河中演变、创新和发展。

图3 上图来源于KPF方案介绍

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工程概况

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　　南京华贸中心位于南京市鼓楼区中心地段，坐落在国内最大的皇家园林玄武湖畔，毗邻明城墙300米，是南京市的重点发展项目。整个项目由B区写字楼及裙楼购物中心和C区两栋住宅楼及裙楼商业街构成，总建筑面积约45万㎡，是一个集商务、商业、居住和文化等运营功能的大型综合体服务平台。北京华贸集团开发建设，中建三局总承包施工，华东院负责建筑结构工作，金辰设计院负责裙楼施工图，同创金泰担任幕墙顾问。

图4 南京华贸中心项目选址

　　一标段范围的主塔楼及住宅区商业幕墙的深化及施工由中建深圳装饰有限公司、中建装饰绿创科技有限公司完成，项目B区塔楼建筑表皮为双曲面单元幕墙，共有12个立面、12个转角，造型复杂。C区商业裙楼建筑外形变化多端，通过15种幕墙系统交汇实现外立面的完美闭合。B区塔楼玻璃幕墙面积约29000平方米、石材幕墙面积约620平方米、铝板幕墙面积约6250平方米以及不锈钢雨篷面积约600平方米，C区裙楼玻璃幕墙面积约6300平方米、石材幕墙面积约5400平方米、铝板幕墙面积约11000平方米以及格栅面积约1200平方米，幕墙总面积约60000平方米。

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塔楼建筑形体分析

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　　塔楼T1/T2楼分别由顶底两个类矩形轮廓扫掠形成，T1楼底部轮廓矩形有4个倒角；顶部矩形轮廓4段弧线及4个倒角；T2楼底部矩形轮廓1个倒角，顶部矩形轮廓2段弧线及1个倒角，T1/T2相交合并形成整个塔楼形体。整体形体从下至上逐渐内收，曲率、曲面变形程度逐渐变大，任意标高位置圆弧都不是同心圆，整体呈异形双曲面。

　　主塔楼的空间大小为东西方向72米，南北方向57米，T1塔高150米，T2塔高128米。项目整体建筑立面分格，宽度分格1.5m，高度为层高4.2m，由于平面弧度的变化及立面倾斜角度的变化，板块实际横竖分格尺寸均在变化，每块都不一样。在距离地面0.9米位置设扶手横梁，在层间位置设阴影盒及假横梁，室外设装饰条。幕墙立面上设置5种规格的装饰条，尺寸从下至上依次减小，不同尺寸的装饰条过渡，通过每5层层间位置的斜角过渡。

a.平面形体

b.空间形体

c.分格平面投影线

d.空间尺寸

图5 塔楼几何形体

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核心系统方案剖析 ✦

　　3.1 B区塔楼单元幕墙系统

　　外立面6个双曲异形弧面部分是横向隐框的WT-A系统，带竖向装饰条，约占总面积的81%；倒角面是竖隐横明的WT-B系统，占比约10%，倾斜面为竖隐横明的WT-C系统，是类矩形板块。

图6 塔楼幕墙系统分布图

　　3.1.1 WT-A系统剖析：

　　方案比选：双曲面的建筑形体，幕墙立柱及装饰线条方向选型至关重要。有两种方案：一种是立柱沿面板法线布置，有效的降低了单元板块的设计及加工组装工作，但对视线遮挡、室内通透性及装饰条的垂直度影响较大；另一种是立柱沿轴线方向布置，能避免上述问题，但对设计人员技术及单元板块的加工组装有较高要求。为了完美呈现出建筑的效果，最后采取了第二种方案。

图7 立柱平行法线方向

图8 立柱平行轴线方向

　　表皮分析：以塔楼东面为例进分析，如下图。立柱平行于轴线，相邻板块面板夹角不断变化，面板与立柱角度也随之不断变化，并且同一板块的公母立柱内倒倾角也不一致。由于横向与竖向上幕墙各参数均在渐变，经过BIM表皮分析，异型翘曲板块占比高达81%，每个板块加工参数变化量达数百个，对于材料生产组织、单元板块加工组装、产品的定位安装都是极大的挑战。

a.东面横剖曲线

b.东面靠近中间位置竖剖曲线

c.东面靠近转角位置竖剖曲线

d.板块翘曲分析

（注：白色为无翘曲，由蓝至红翘曲依次增大）

图9 塔楼形体分析

　　要解决由12个类似立面、12个转角组成的幕墙工程，首先从小的单元体入手。每个板块都是一个复杂的几何形体，提取典型板块，对变量数据拆解，主要有以下5类：平面内立柱与横梁的夹角A，平面外单元板块的倾斜角度B，在水平面内相邻单元板块的夹角C，板块内立柱与玻璃面的夹角D，在平面外单元板块的翘曲值Z。

图10 单元板块变量

　　采用BIM技术对塔楼立面的单元板块数据进行统计分析，归类统计各参数的变化范围，平面内立柱与横梁的夹角A是87.15°~92.5°，平面外单元板块的倾斜角度B为87.15°~89.2°，在水平面内相邻单元板块的夹角C是180°~181.9°，板块内立柱与玻璃面的夹角D为71.25°~110°，角度范围跨度较大，在平面外单元板块的翘曲值Z是0~28mm。

a.西面板块A值分布图

b.东面板块B值分布图

c. 东面板块C值分布图

d.东面板块Z值分布图

图11 板块各参数的变化范围

　　实现途径：针对单元板块的变量参数，提出解决途径：（1）针对平面内立柱与横梁的夹角A变化，采用异形面板适应在平面内其不断变化；（2）针对单元板块的倾斜角度B应用不同的横梁截面；（3）针对相邻单元板块间夹角C、立柱与面板夹角D的变化，采用不同立柱截面与横梁二面角的方案；（5）针对板块翘角Z，0—5mm玻璃面板采用平板，在满足最小结构胶和最小密封胶尺寸下，也符合结构安全，通过胶条结构胶吸收，5—20mm面板平板，应用玻璃冷弯技术,20mm以上采用双曲玻璃。

图12 单元板块冷弯

　　方案论证：为验证上述途径的可行性，更好地实现板块之间的平滑过渡和紧密衔接，保证整个弧面系统在竖向上的稳定性和连贯性，除以上的参数统计分析，我们还做了如下探索和应用。

　　1）单元板块立柱角度适应

　　单元立柱和竖向装饰线条与玻璃完成面夹角在71.25°~110.75°区间连续变化，初版方案以每2.5°区间开一套立柱，当立柱开模角度为95°时，适应夹角D为93.75~96.25°板块，以前端分格控制点为基准旋转，即板块按照夹角D为95°组装，安装时旋转板块满足实际夹角D，经过模拟、样板验证存在如下问题：

　　q1.公母料插接关系不断变化，室内立柱间缝隙变化范围12~20mmmm；

　　q2.上下层立柱角度旋转再渐变、室外扣盖存在上下错台，无法对齐;

　　q3.装饰条固定在立柱上，随立柱旋转，装饰条垂直度需要后期调节。

图13 以分格控制点旋转板块方案

　　该方案将所有难度集中在现场安装环节，质量细节全靠工人师傅们，极不利于整体质量控制。借助样板的经验，在和顾问、业主、建筑师多次探讨，我们做了如下改进方案：

　　a.缩小开模角度级差，由原来2.5°缩小为1°和1.5°，曲率变化大的区域采用1°，总共15套立柱模具；

　　b.保证室内公母立柱插接缝隙，不以分格控点为基准旋转，改为横梁绕与立柱前端交点旋转。

图14 横梁绕与立柱前端交点旋转方案

　　横梁绕与立柱交点旋转适应立柱与玻璃面的夹角变化，保证立柱和装饰线条平行轴线方向，玻璃与轴线的夹角变化通过横梁斜切角度来适应角度的变化，公母料插接关系不变，室内外缝隙均保持15mm不变，立柱与室外装饰条关系保持不变，同时横梁开模宽度小0.5mm，避免前端对齐时，后端突出立柱面。该方案将难度留在加工厂处理，品控更能保障，现场安装难度降低，建筑效果易实现。

图15 单元板块绕分格点转

图16 横梁和玻璃绕横梁前端转

　　此方案结构胶厚度会产生微小拉伸或者压缩即偏差值S，经核算满足结构安全使用。旋转后踢脚线与横梁间会产生缝隙，即偏差值M和Q，同时由于踢脚线不在角平分线上，会产生固有偏差值N，经模拟分析，偏差值均在2mm范围以内，做样板验证后方案可行。

图17 各偏差值示意图

图18 样板安装效果

　　2）单元板块中横梁方案

　　在竖直方向单元板块的内倒倾斜角度B变化范围87°~89°，中横梁考虑了两种方案：一种是设置找平扣盖来解决角度的变化引起的横梁不平齐，但找平型材存在积灰的内凹缝隙；另一种通过不同角度横梁截面，来适应角度的变化，避免凹缝，同时方便安装，提升效果与质量。

图19 有找平扣盖方案

图20 横梁开模方案

　　3）单元板块下横梁角度适应

　　一种方案设置后安装的找平扣盖，此扣盖与立柱间存在无法密实的缝隙，且扣盖后端存在不可消除的台阶N值。找平扣盖与踢脚线一体，后安装，拼缝效果难以控制。下横梁深化方案同中横梁，取消了找平扣盖，内侧设置单独踢脚线。

　　4）装饰条垂直度保证

　　原方案采用销轴连接控制顺直，需设置封口板，多一道分缝，需后调节顺直度；改进后采用满套芯控制顺直，无需封口板及后调节，一次成活。

　　3.1.2 WT-B系统剖析

　　方案比选：WT-B系统为横明竖隐倾斜面单元幕墙，与WT-A双曲弧面交接位置夹角为钝角且随标高而减小，首层交接处角度135°，铝板线条进出位尺寸350mm；屋顶逐渐渐变为113°，铝板线条进出位尺寸150mm。方案一：转角线条条较大直接与结构相连，局部设计为框架幕墙；方案二转角为单元系统，通过设置一个半圆形型材，使转角组合公型材在半圆形上转动变换角度，一套模具实现所有转角的变化；选用方案二。

　　方案论证：经实践论证，因半圆形型材尺寸误差，加工组装误差，异形铝板加工精度误差（2~3mm），且转角铝板的定位安装误差等影响，铝板装饰线条的顺直度不佳。为改善转角效果，我们采用了改进措施：

　　a.加强转角左右型材与圆弧型材的连接刚度，增加连接钢件；b.重新开模，将铝板与圆弧型材的接触面修改为平面，并增加定位凸台。室内转角侧铝板由于角度在不断变化，封口采用型材需要沿宽度方向切割，切割后边缘粗糙，接缝不平，改进后用铝板粘结，避免后切割，保证效果。

图21 WT-B转角系统深化方案

图22 WT-B转角系统改进方案

　　3.1.3 WT-C系统剖析

　　方案比选：WT-C系统同为横明竖隐倾斜面单元幕墙，与WT-A双曲弧面交接位置夹角为锐角且随标高而减小，底部夹角为88°，顶部夹角为80°。原方案为角度变化”V”形板块，角度变化通过前段咬合型材旋转实现，咬合型材外部包覆折弯铝板作为假立柱。”V”形板受力弱，室内侧包覆铝板折角效果较差，运输吊装难度大，存在变形。改进方案为板块在角部断开，由正常插接的板块转角，角度变化由可变化角度的组合公型材实现，转角装饰线条通过高刚度保证效果。

夹角88°

夹角80°

图23 横梁开模方案

　　3.1.4 挂接系统设计及定位控制

　　主体结构边为弧线，幕墙立柱方向与轴线平行，两者之间水平夹角在不断变化，挂接系统需适应这种变化，我们采用了一种可调角度的分体式挂耳，后端设置抗侧向力构造。在弧线结构外边线上，每个地台码的与外边线的夹角不一致，为适应预埋件，地台码的尺寸需要分类定制，地弹码的地位需要三点定位，为保证施工的精度，全过程全站仪划线跟踪控制预埋件，地台码位置，实现每一步的精准定位。

图24 单元挂接系统

　　3.2 B区塔楼大堂大玻璃系统

　　首层入口大堂长35米，高9.5米，宽度分格1.5米，高度上在门上方（3米位置）设置分缝，原建筑方案采用点爪式样方案，高度方向设置3道夹具，为提升效果，在不增加的造价的前提下，我司建议采用隐框方案，占用室内空间更小，效果更简洁通透。

图25 大堂玻璃幕墙实景

图26 大堂隐框玻璃幕墙系统

　　3.3 C区裙房幕墙系统

　　C区裙房包含5#楼裙楼、6#楼裙楼、7#楼裙楼、8#楼裙楼幕墙工程，幕墙面积约19200平方米，本次项目幕墙设计主要内容为玻璃幕墙、铝板幕墙、石材幕墙、玻璃栏杆、铝合金格栅、铝板窗、玻璃窗、雨棚、铝合金百叶等；钢架面积约5500平方米，1~4层单跨跨度4.8米，5 层单跨跨度4.05米。

图27 裙房幕墙分布范围

　　3.3.1 DY-01竖明横隐玻璃幕墙一

　　1）系统介绍

　　该系统位于7#南北面，8#内庭东西面，玻璃幕墙二层采用单跨简支梁结构体系，三层采用双跨结构体系。层高分别为4.8 米、5.8 米，玻璃分格形式：横向玻璃分格：2360mm，竖向玻璃分格：800mm、2700mm、1900mm。

　　龙骨——立柱采用进深103mm 的铝合金型材，材质为6063-T6，横梁采用80 系列铝合金型材, 进深102mm，材质为6063-T5。铝合金立柱固定在玻璃幕墙两侧的钢桁架上。横梁采用铝包钢的形式（60*60*5mm 镀锌钢方通）。隔热形式采用10mm 厚PVC 隔热垫块，室外可视面采用氟碳喷涂，室内可视面采用粉末喷涂，不可见面采用阳极氧化。

　　面板——HS8+1.52PVB+HS8（双银Low-e）+12A+FT12 超白钢化夹胶中空玻璃、层间梁位置采用2mm 粉末喷涂铝背衬板。

　　室外装饰——3mm氟碳喷涂造型铝板和型材装饰线条。

图28 DY-01 实景图

　　2）系统深化

　　整理铝板分缝关系，美化建筑立面分格：顶部转角位置铝板窗套位置分缝与窗眉对齐，避免断缝在转角，顶部窗套位置去掉分缝，与侧面窗套统一；一层玻璃幕墙与雨棚铝板增加分缝，及二层窗之间分缝关系的协调；装饰条固定深化及室内效果，室内铝板做成一个整体，减少缝隙。

　　室外的大装饰线条造型固定方式由扣接深化为螺钉连接，避免掉落风险，平整度更有保障，同时更安全。（根据江苏地标《DB-T 4065-2021》，装饰线条超过50mm，应通过机械连接）。

图29 原始方案

图30 深化方案

　　3.3.2 DY-02竖明横隐玻璃幕墙二

　　1）系统介绍

　　该系统位于5#南面，6#南北面，二层采用单跨简支梁结构体系，三层采用单跨坐立式结构体系。层高分别为为4.8 米、3.55 米，分格形式：横向玻璃分格：1075mm，竖向玻璃分格：800mm、3200mm、1600mm。

　　龙骨——立柱采用进深153mm 的铝合金型材，材质为6063-T6，横梁采用70 系列铝合金型材, 进深72mm，材质为6063-T5。隔热形式采用10mm 厚PVC 隔热垫块，室外可视面采用氟碳喷涂，室内可视面采用粉末喷涂，不可见面采用阳极氧化。

　　面板——采用HS8+1.52PVB+HS8（双银Low-e）+12A+FT10 超白钢化夹胶中空玻璃、层间梁位置采用2mm 粉末喷涂铝背衬板。

　　室外装饰——铝合金格栅和造型铝板包边。

图31 DY-02 实景图

　　2）系统深化

　　室内铝板及格栅深化，室内铝板盒子和玻璃幕墙的立柱后端做平齐，节约室内空间，改善室内效果。铝合金格栅安装采用整体装配式后装，内侧铝板拼缝位置更方便打胶密封，避免安装格栅时破坏铝板表面，装配式安装更能保证格栅垂直度。

图32 原始方案

图33 深化方案

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建造安装难点分析 ✦

　　4.1 材料组织难度大

　　项目型材种类：塔楼型材开模200余套、型材总重量500t，平均每套模具对应型材约2.5t，每层涉及型材种类多，数量分布不均，甚至有的材料不足0.2t。

　　下单生产方面：大批量下单，小批量提货，避免型材厂频繁更换模具，提升加工效率，减小加工厂压力；按照1至18层、19至屋顶层分区，每3层一个批次来制定材料下单和供货要求，严格按批次发货，确保发货配套性。

　　型材截面区分：本项目型材角度接近，截面类似，因此型材开模阶段，对于类似型材增加识别筋，保证易于加工识别，减少出错几率。

　　4.2 单元板块加工组装和吊装难度大

　　单元板块数量4393块，无相同板块，加工厂的质量及进度控制是本项目的重中之重。

　　解决措施：a.深化设计全程采用LOD500深度BIM模型导出1：1加工图，保证图纸输出精度和效率；b.在机加阶段复核型材机加各个截面尺寸，确保机加尺寸；c.组框完成后复核型材框前端对角线尺寸；d.玻璃安装完成后复测板块后端对角线尺寸。

　　本项目存在大量弯弧异形幕墙的单元板块，板块均需倾斜落位，要同时保证挂点及装饰线条精准对插，安装精度要求极高，安装全部采用我司自主研发可移动伸缩吊2.0可实现本项目单元板块的准确安装，同时提高施工效率、安装质量及施工安全性。

图34 塔楼俯视单元分格线

图35 现场板块吊装机械

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全过程BIM技术应用 ✦

　　为保证设计建造的准确性和提高工作的效率，南京华贸中心项目幕墙工程进行全过程深度BIM技术应用，包括形体分析、方案选型、材料下单、数字加工模型、加工数据提取，现场定位安装等方面。

　　通过编制LOD500信息集成系统的全异形单元幕墙程序方案。完整的实施了全异形单元板块幕墙通过模型选型、模型下单、模型出图、模型安装等过程，解决了异形玻璃板块玻璃尺寸多；冷弯玻璃板块加工难；变化角度转角单元板块实现复杂及变化角度单元板块挂接复杂等难题。通过一千多个GH电池及python程序相互关联，构建一个存储信息量达百万条的数字化模型。程序将各类单元板块进行快速规整建模，并将相应物件进行信息存储，模型深度达到可加工精度(深度LOD500)。

　　一个月完成建筑曲面形体方案的正向设计，三个月完成幕墙参数化建模、加工图及下单工作。极大的提高了设计效率及精确度，正确率100%，效率提升95%。

图36 全过程BIM技术应用

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结束语 ✦

　　南京华贸中心极具标志性和纪念性的建筑风格，外观简洁、挺拔又大气。其主塔楼看似简单的幕墙形式，藏匿着许多细节，需要工程人员反复的推敲和精准的判断，对于设计建造产品的关键部位，应该留在更能把控的设计和加工环节，用一流的设计实力和极致的生产管控，为优美的地标建筑盖好每一片瓦。

　　建筑物是一座城市历史回忆的载体，也是一段历史文化沉淀的产物。在南京城的中心、在文化的古都，一个历史符号已经孕育而生。

图37 塔楼鸟瞰图

图38 塔楼实景图

图39 塔楼实景图

图41 裙楼实景图

图42 裙楼实景图

图43 裙楼实景图

△ 2024年9月，南京华贸中心幕墙工程观摩合影（左起：中建装饰绿创科技有限公司幕墙分公司南京华贸项目经理何攀、《幕墙设计》& 幕墙工程网总编唐琦、中建装饰绿创科技有限公司幕墙分公司设计分院副院长廖欢、中建装饰绿创科技有限公司幕墙分公司南京华贸项目商务经理陈飞）

文 | 中建装饰绿创科技有限公司 方立胜、杨侗伟、倪浩、谢超、何攀

责任编辑 | 唐琦

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