幕墙设计优化成本控制必要性
现代建筑市场竞争日益激烈，建筑企业面临着巨大生存与发展压力，要想更好地可持续发展和发挥竞争优势，必须及时掌握行业发展趋势，以便企业下一步经营发展方向的确定。
1）持续的供应链紧张，能源、材料和工资成本的上涨，劳动力的短缺和潜在的经济衰退，这些不利因素促使全球工程建筑业正面对着一个复杂多变的环境。
2）项目收益降低、生产力不足、重大项目失败，以及大型工程建筑企业破产等问题也在长期困扰着行业的发展。为了中标，必须降价，降价后的利润会大幅度下降。同时，对工程资质、人员的核查力度也在加大，查扣的力度也越来越大，企业的招聘成本也越来越高。
3）狼多肉少难中标：从2021年下半年起，好的楼盘将会减少，尤其是房地产板块的房价会持续下跌。
所以，企业的第一要务是提升对材料和设备成本的估算准确度，从而进行优化，因此项成本在项目成本中占较大比例。
一、幕墙的定义及其系统分类
幕墙由面板与支承结构体系(支撑装置与支撑结构)组成，可相对主体结构有一定位移能力或自身有一定变形能力，悬挂在主体结构上、不承担主体结构荷载与作用的建筑外围护结构。
根据框支承幕墙安装方式分类：
构件式幕墙：指在工厂制作的是一根根立柱、横梁等和一块块面板，再运往工地将立柱用连接件安装在主体结构上，再在立柱上安装横梁，形成幕墙框格后安装面板以及框架构件等；
单元式幕墙：由各种面板与支承框架在工厂制成完整的幕墙结构基本单位，以单元形式在施工现场直接安装在主体结构上的建筑幕墙。
1.1典型项目幕墙系统
二、设计优化标准
| 序号 | 设计内容 | 设计标准 |
|---|---|---|
| 1 | 建筑立面效果 | 了解甲方的成本控制目标，与建筑师深入沟通，提供多种立面分格尺寸影响下的对比不同幕墙系统下的综合单价。 |
| 2 | 建筑功能 | 与建筑师、开发商充分沟通，与其它相关专业密切配合，提供多种满足功能要求的比选方案。 |
| 3 | 节能 | 在建筑节能专业提出的节能方案的基础上，与节能专业充分沟通，使综合能耗在最经济的基础上满足规范与绿建要求。同时幕墙专业综合建筑节能参数进行热工计算，以确定最经济的能满足功能、效果的幕墙系统方案与材料配置。 |
| 4 | 幕墙系统 | 根据项目开发进度要求，考虑建筑功能、效果、节能、结构安全、防水、防火等性能要求，综合考虑加工、施工、材料采购等关键节点的影响，确定最合理可行的幕墙系统。 |
| 5 | 幕墙结构 | 对不同设计条件下的面板与龙骨进行结构分析，与建筑、结构专业充分沟通，采用最经济可行的力学计算模型，在保证结构安全的同时提高材料的利用率。使其强度与挠度的利用率达到90%左右。 |
| 6 | 材料 | 配合幕墙系统设计，向开发商与建筑师提供多方案的材料及其配置用法等。明确向开发商与建筑师介绍每种材料在用法与效果等方面的优势与劣势。 |
三、国内幕墙设计与施工的现状
四、国内建筑项目现状导致的问题
五、幕墙设计优化的解决思路
5.1幕墙设计优化分析的内容
5.2石材幕墙
(1) 铝合金背栓挂件：成本较高；可调节性最好，拆卸方便；石材板块可用较大板块；结构安全性最高。
(2) 铝合金SE挂件：成本适中；可调节性较好，拆卸方便；可采用深胶缝处理方式；石材不易受污染。
(3) L型不锈钢石材挂件：成本低；可调节性差，不易拆卸；胶缝部分石材易污染；结构安全性一般。
可通过石材材料替换、线条优化、龙骨优化三个方面实现石材幕墙成本优化。
(1) 材料替换：
石材选样时应进行充分比选 ，在效果、成本间作出平衡。
替换：次要部位替换为真石漆、一体板等可有效降低外檐成本。
厚度：厚度越低、越经济，由25增加到30mm，成本上升20%。
幅宽：幅宽每上升100mm，板材成本增加3%~5%。
表面处理：亚光面、抛光面，造价低廉，易控制感官的平整度。
(2) 线条优化：
避免整体线条设计，使用平板开槽、拼接实现，降低成本。
简洁：造型越复杂，长边越长，成本越高。设计简洁，降低成本。
替换：EPS或铸石+真石漆的方式，可有效降低成本。
磨边：线条使用45°斜边抛光，较圆边抛光更节省线条造价。
比例控制：优先使用直行线条，降低弧形线条、弧形板使用比例，精简装饰构件。
槽钢较方通更节省造价（约10%~15%）
龙骨壁厚：精确计算测算，使布置间距与型钢选型成本最优。
纵向间距：合理受力计算，每增大100mm，成本下降6%~10%。
横向间距：石材板材高度600mm为钢架+板材最优。
组合挂接：外扩尺寸合理布置，选择适宜的挂接方式，降低成本。
原片是影响成本的最大因素，具有以下特点：
种类—白玻、超白、色玻
尺寸—常规尺寸（2400*3600）、超长尺寸，如采用非常规尺寸，成本升高。
厚度—常规厚度5-12mm、超厚15mm、19mm，厚度越厚，价格越高。
切裁率—原片切裁率不同，价格不同。
5.5优化案例
5.5.1玻璃结构分析优化
将8+12A+8中空钢化LOW-E玻璃修改为6+12A+6中空钢化LOW-E玻璃。
满足建筑功能、效果、施工、品质等要求。
采用有限元软件进行结构分析。
5.5.2穿孔铝板结构分析优化
开孔率大，则风压自然也会更小（在此按不开孔最大荷载进行验算）。以下截图为80%的开孔率铝板开孔布置（填充部位为开孔）,无论是实际施工还是理论处理，要达到80%的开孔率几无可能。下图结构分析云图，以1m*1m的板块在同样荷载作用下的挠度变形结果为例进行说明。注：规范规定挠度极限值为dmax=1000/60=16.7mm.
3mm厚穿孔板变形云图（8.8mm）
4mm厚穿孔板变形云图（7.6mm）：
5.5.3钢结构分析优化
采用有限元分析软件，根据钢结构所处部位的风荷载，整体建模进行结构分析，并经多次调整，以确定最优、利用率最高的方案。
5.5.4幕墙热工（节能保温）性能（材料配置）分析优化
采用有限元软件，根据建筑不同部位的节能要求，建模进行热工分析，确定玻璃的配置、型材的构造、保温棉的厚度与容重。
5.5.5铝合金型材结构分析优化
满足建筑功能、效果、施工、品质等要求。
采用有限元软件进行结构分析。
5.5.6幕墙系统节点构造分析优化
满足建筑功能、效果、施工、品质等要求。
将不必要的材料取消（原双层钢桁架结构优化为单层钢结构），亦可实现建筑要求。
采用有限元软件进行结构分析，钢结构立柱2002006钢管修改为2001006钢管，钢结构横梁2002006钢管修改为120805钢管。
屋顶幕墙竖剖标准节点图
屋顶幕墙横剖标准节点图：
本计算规则仅适用于投标预算报价。 材料消耗量指各项材料分摊到工程分项单位面积的用量，包括损耗率； 材料消耗量计算有效位数保留小数点后两位，以立方米、吨为单位的可保留三位小数； 预算所统计的各项材料通常指成品（不需再加工），其报价应包含制作、加工、包装运输、仓储、增值税金等一切费用； 铝型材、钢材、铝塑板、蜂窝铝板、单层玻璃、镀锌钢板、不锈钢板等按原材料统计时，其预算单价必须考虑加工时的优化出材率（出裁率）、各种损耗、包装运输、仓储、增值税金等一切费用； 各种原材料加工为成品时的利用率如下：铝材97%，钢材95%，单层玻璃85%，铝塑板80%，不锈钢板90%，镀锌铁皮85%； 各种材料的正常损耗率如下：铝材6~8%，钢材6%，玻璃1~3%，石材1~2%，铝单板1~2%，铝塑板25%，镀锌铁皮25%，结构胶25%，耐侯胶30%，胶条5%，五金系统2%，不锈钢标准件5%，其它5%； 铝型材的预算单价应考虑包装费及运输费用； 石材、玻璃、铝板在计算工程量时不用扣除胶缝，但在计算单位含量时，石材、玻璃要按其净面积计算，铝板要按其展开面积计算含量。 玻璃、铝板、石材等为弧面或异型时，需单独统计和报价。 弧型幕墙的铝型材、钢材等需要弯弧时，应单独统计，另加弯弧加工费。
玻璃面材：分品种规格（弧面玻璃及其它异型玻璃单独统计）按图示尺寸以平米计算。隐框玻璃幕墙不必扣除胶缝，明框幕墙玻璃应扣除一部分铝材占用面积（通常按玻璃嵌槽深度为15MM计算玻璃的净尺寸）。 钢材：以千克计（先计算长度，再折算成重量）。（表面处理可另行列项按展开面积计算） 铝型材：包括竖龙骨、横龙骨、玻璃附框、扣盖、扣座、压块、连接铝角码、撞角码等，先分规格计算长度，再乘以各自线密度，以千克计算重量。（不同表面处理方式的铝材应分开列项） 密封胶：先按图计算出不同胶缝的长度，再折算成支数来计算（通常包装500毫升密封胶可打16毫米宽*10毫米深胶缝3米，包装592毫升密封胶可打16毫米宽*10毫米深胶缝3.5米）。或者按以下方法计算：胶缝宽度（mm）*胶缝厚度（mm）（厚度按10mm计算或按宽度的一半计算）*胶缝长度（米）/每支胶的体积（毫升）=胶的支数。 结构胶：先计算玻璃注胶长度，乘以注胶层宽度和厚度（一般情况宽度为厚度的两倍，一般取定为16毫米宽*8毫米深胶缝），得出结构胶的体积，再折算为双组份胶多少升或单组份胶多少支数来计算。 密封胶条：分规格形状按图示以米计算长度，再折算成重量以公斤计算。 防火岩棉：按设计图示尺寸以立方米计。 镀锌铁皮、收边铝板等：按设计图示尺寸以展开面积计算。 埋件和钢支座：按设计图示分规格计算其数量，再计算其重量。 螺栓：包括不锈钢螺栓、化学螺栓、膨胀螺栓及其它主要连接螺栓，以套计。 五金件：开启扇多点锁以套计算；滑撑、铰链以支计算（一个开启扇含一套多点锁、两支滑撑、两支铰链，挂钩式做法不需铰链，具体按图示计算）。 防雷连接：按设计图示计算防雷连接片的数量，以及防雷均压环的长度。 其它材料：包括双面胶条、泡沫棒、美纹纸、橡胶垫块、隔离垫片、电焊条、防锈漆等，通常按一项计算，按经验值报5~10元/平方米。
玻璃：分品种规格按图示尺寸以平米计算。玻璃打孔加工按个计算。 驳接头：以套计。分中空和单玻，沉头和浮头。 驳接爪：分规格以套计。常用四爪、三爪、二爪、单爪，材质有304#和316#。 转接件：以套计。分可调和不可调。 拉杆，拉索：按不同规格以米计算长度。 锁头：分规格以套计。 支撑杆（悬空杆）：按设计图示以套计，不同规格、长度要分开列项。 钢结构：按设计图示计算重量。（表面处理可按展开面积另外列项计算） 埋件：分规格计算其块数，再计算其重量。 防火封修（包括镀锌铁皮、铝板、防火板、防火玻璃等）：按设计图示计算展开面积。 钢构件：以个或套计，再折算成重量。 密封胶和结构胶：先计算胶的体积，再折算成单组份胶支数来计算（参照玻璃幕墙）。 钢槽：以米计算长度，再折算成重量。 螺栓：包括通栓、化学螺栓、膨胀螺栓及其它主要连接螺栓，以套计。 其它材料：包括泡沫棒、美纹纸、橡胶垫块、隔离垫片、电焊条、防锈漆等，通常按一项计算，按经验值报5~10元/平方米。
玻璃：分品种规格按图示尺寸以平米计算。带肋玻璃幕墙按面玻璃和肋玻璃分开计算。 吊挂件：分别按单吊夹、双吊夹计算数量，以套计。 钢槽：按设计图示计算出长度再换算成重量。 埋件：分规格计算其块数，再计算其重量。 钢支座：按设计图示计算数量，再换算成重量。 密封胶和结构胶：先计算胶的体积，再折算成单组份胶支数来计算（参照玻璃幕墙）。 螺栓：包括化学螺栓、膨胀螺栓及其它主要连接螺栓，以套计。 其它材料：包括泡沫棒、美纹纸、橡胶垫块、隔离垫片、电焊条、防锈漆等，通常按一项计算，按经验值报5~10元/平方米。
双层呼吸式玻璃幕墙分类：外循环开敞式呼吸式幕墙、内循环封闭式呼吸式幕墙。 外循环开敞式呼吸式幕墙系统分项包括：外层为单片玻璃幕墙（一般在外层的层间梁部位设置进、出风口百叶），内层为断热中空玻璃幕墙（有开窗或门进行换气并可进入通道维修、清洁），两层幕墙之间有通道（通道宽度一般有400~600mm），每层通道铺设可上人的钢格栅，在每层通道靠近外层幕墙侧设置遮阳百页或遮阳帘。 内循环封闭式呼吸式幕墙系统分项包括：外层为断热中空玻璃幕墙（全封闭，不设开窗），内层为单片玻璃幕墙（通常在内层幕墙的底部设10~30mm高的换气孔，或者设置百页、窗或门进行换气、维修、清洁，顶部开孔与大楼通风系统连通形成内循环），两层幕墙之间有通道（通道宽度一般只有100~300mm），内外两层幕墙可组装成一个整体箱体，通道一般不可上人，在每层通道靠近外层幕墙侧设置遮阳百页或遮阳帘。 双层呼吸式玻璃幕墙的工程量一般按外层幕墙面积计算，也可以将外层幕墙、内层幕墙、遮阳百页、通道钢格栅等分别列项报价。 分项报价时应按上述两种不同类型的呼吸式幕墙分别列出其所包含以下内容：外层玻璃幕墙、进出风口电动百叶、内层玻璃幕墙（窗）、通道钢格栅、遮阳百页等分别列项进行计算。 外层玻璃幕墙的计算规则详见（一）玻璃幕墙的计算规则。 进出风口电动百叶 a、铝型材：分规格计算各种铝材长度乘以线密度以千克计算重量。 b、防虫（鸟）网：按图示尺寸以平米计。 c、电机：按规格以套计算。 内层玻璃幕墙（窗）的计算规则详见（一）玻璃幕墙的计算规则或（八）铝合金门窗工程的计算规则。 通道钢格栅：按图示尺寸以平米计。 遮阳百页：分为电动控制或手动控制。 a、铝百页：按平方米计算。 b、遮阳帘布：按平方米计算。 C、电动控制或手动控制系统：按规格以套计算。
铝单板：按图示尺寸以平米计，铝板折边在25mm以内不计。（弧面及异型铝板单独统计） 铝型材：分规格计算各种铝材长度乘以线密度以千克计算重量。 钢材：先分规格计算长度，再折算成重量以千克计。 埋件和角钢支座：分规格计算其块数，再计算其重量。 保温岩棉：按设计图示以立方米计算。 密封胶：先按图计算出不同胶缝的长度，再折算成支数来计算（通常包装500毫升密封胶可打16毫米宽胶缝3米，包装592毫升密封胶可打16毫米宽胶缝3.5米）。或者按以下方法计算：胶缝宽度（mm）*胶缝厚度（mm）（厚度按10mm计算或按宽度的一半计算）*胶缝长度（米）/每支胶的体积（毫升）=胶的支数。 其它材料：包括泡沫棒、美纹纸、橡胶垫块、隔离垫片、电焊条、防锈漆等，通常 按一项计算，按经验值报5~10元/平方米。
铝塑板：按图示尺寸以平米计。计算铝塑板出裁率时，折边一般按25mm考虑。（弧面及异型铝板单独统计） 铝龙骨：分规格计算各种铝材长度乘以线密度以千克计算重量。 铝附框和加强筋：通常采用铝方通、角铝、槽铝等，按重量计算；按经验值为1.5~2.5kg/m2。 钢材：先分规格计算长度，再折算成重量以千克计。 3M胶带：铝附框和加强筋通常采用3MVHB胶带（厚度1.1，宽度15~25）与铝板粘贴，按胶带延长米计算，按经验值为2~4m/m2。 埋件和角钢支座：分规格计算其块数，再计算其重量。 保温岩棉：按设计图示以立方米计算。 密封胶：先按图计算出不同胶缝的长度，再折算成支数来计算（通常包装500毫升密封胶可打16毫米宽胶缝3米，包装592毫升密封胶可打16毫米宽胶缝3.5米）。或者按以下方法计算：胶缝宽度（mm）*胶缝厚度（mm）（厚度按10mm计算或按宽度的一半计算）*胶缝长度（米）/每支胶的体积（毫升）=胶的支数。 其它材料：包括泡沫棒、美纹纸、橡胶垫块、隔离垫片、电焊条、防锈漆等，通常按一项计算，按经验值报5~10元/平方米。
石材面材：分品种按平米计算。弧面及异型石材需单独统计，石材线条按延长米计算，石材造型按个数计算。 钢材：包括竖龙骨、横龙骨、支撑件、连接钢材等，先分规格计算长度，再乘以各自线密度，以千克为单位计算重量。（注意表面处理方式） 石材铝合金龙骨：先分规格计算长度，再乘以各自线密度，以千克为单位计算重量。 埋件和钢支座：分规格计算其块数，再计算其重量。（注意表面处理方式） 螺栓：包括不锈钢螺栓、化学螺栓、膨胀螺栓及其它主要连接螺栓，以套计。 密封胶：先按不同宽度的胶缝计算其延长米，再除以每支密封胶可施打的长度折算成支数，通常一支包装500毫升的密封胶可施打10毫米宽*8毫米深胶缝6米，包装592毫升的密封胶可施打10毫米宽*8毫米深胶缝7米；或者按以下方法计算：胶缝宽度（mm）*胶缝厚度（mm）（厚度按10mm计算或按宽度的一半计算）*胶缝长度（米）/每支胶的体积（毫升）=胶的支数。 石材胶：以千克计算重量，T型挂件以30个/千克，L型挑件以20个/千克；一般按经验值0.1~0.3kg/m2估算。 挂件：铝合金挂件以套计；T型挂件、L型挑件，以套分别计算；背栓分规格以套计算。 保温岩棉：分规格（容重和厚度）以立方米计算体积。防火岩棉：分规格（容重和厚度）按立方米计算体积。 镀锌铁皮及铝板封边：按展开面积以平米计算。 石材防护剂和防水涂料：按重量计算，先计算总施工面积，再除以每公斤产品可施工面积。 其它材料：包括泡沫棒、美纹纸、橡胶垫块、隔离垫片、电焊条、防锈漆等，通常按一项计算，按经验值报5~10元/平方米。
玻璃面材：分品种规格（弧面玻璃及其它异型玻璃单独统计）按图示尺寸以平米计算。玻璃尺寸应扣除部分铝材面积。（通常按玻璃嵌槽深度为12MM计算玻璃尺寸）。 铝型材：包括框料、扇料、压条、组框角码、撞角码等，先分规格计算长度，再乘以各自线密度，以千克计算重量。 隔热条：断桥铝型材采用PA66隔热条的，按延长米计算；（注意隔热条截面形式） 玻璃胶：先按图计算出室内室外两侧胶缝的长度，再折算成支数来计算（通常包装300毫升玻璃胶可打6*6毫米胶缝8米）。 密封胶条：分规格形状按图示以米计算长度，再折算成重量以公斤计算。 墙边胶：先按图计算出室外铝框与洞口的胶缝的长度，再折算成支数来计算（通常包装300毫升密封膏可打6~8米）。 泡沫填缝剂：按支数计算。门窗洞口采用泡沫填缝剂塞缝时，按需填塞的缝隙的体积除以每支发泡剂膨胀后的体积，得出数量再乘以2即为其支数（因为大部分发泡胶的实际膨胀倍数只有其标示的一半，所以要乘以2）； 镀锌卡板：按铝框周长除以卡板固定间距350MM计算其个数。 膨胀螺栓、射钉、射弹：以套计。 五金件：多点锁、两点锁、执手锁、球锁、勾锁、七字执手、插销锁、双面锁、地锁以套计算；滑撑、铰链以支计算。 合页：平开铝合金门常用合页，以套计算，通常标准高度一扇窗用两套合页，单扇平开门用3套合页（采用多点锁的平开窗、上悬窗以及地弹簧门，不单独计算合页）。 地弹簧：以个计算，按门扇尺寸分轻、中、重型号（一扇门一套地弹簧）。 门夹：包括上夹、下夹、锁夹、顶夹、曲夹等，分规格以个计。 不锈钢门拉手：按规格以个计。
面材：玻璃、铝板、不锈钢板、阳光板等均按设计图纸尺寸以展开面积计算平方米数； 钢结构：分规格型号计算重量，以公斤计；钢材表面处理可另行列项按展开面积计算；无缝钢管、工字钢、方钢管、钢板、角钢、槽钢等分开计算； 铝材：按重量计算，以公斤计；不同表面处理要分开； 埋件和钢支座：按重量计算，以公斤计或按套计算； 点驳件：分不同规格型号计算数量（参照点式玻璃幕墙）； 密封胶和结构胶：先计算胶的体积，再折算成单组份胶支数来计算（参照玻璃幕墙）。 排水槽：通常采用不锈钢板或铝板制作，按其展开面积计算，不锈钢板也可按重量计算； 五金件：有些采光顶可能有开启窗，电动开启或手动开启，其五金件均按套数计算； 其它材料：可参照玻璃幕墙计算。
氟碳喷涂：以喷涂面积计算其平米数； 粉沫喷涂：以喷涂面积计算其平米数； 防锈漆：按钢材重量计算； 热镀锌：按钢材重量计算； 防火涂料（漆）：按钢材重量计算或以施工展开面积计算； 防水涂料：以施工展开面积计算；
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