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摘要：本研究通過西安華潤生命之樹項目，探討了特異型幕墻設計的創新思維及其在設計與實施過程中的應用。面對超大板塊運輸組裝、結構空間局限、多專業交叉復雜空間定位、拼接位置毫米級偏差控制和溫度變形釋放等挑戰，項目團隊采用了豎向斷縫與疊合拼縫技術、環梁與背負鋼架的轉換、BIM技術的空間切分原則、高精度定位板和溫度變形設計等創新方法，成功解決了設計難題，確保了項目的順利實施和高質量完成。生命之樹項目不僅展示了特異型幕墻設計的獨特魅力與藝術價值，還通過其精湛工藝和卓越性能成為西安的新地標。研究結果證明了創新思維在特異型幕墻設計中的重要性，并為后續類似項目提供了寶貴經驗。未來，隨著建筑行業的發展和人們對建筑美學與功能性的更高要求，特異型幕墻設計將有更廣闊的發展前景。
關鍵詞：特異型項目;空間分配;參數化設計;疊合拼縫;空間定位轉換;多專業交叉;高精度定位
1 引言
1.1研究背景
隨著現代建筑技術的不斷進步，特異型幕墻設計已經成為展現城市風貌和提升建筑品質的重要手段。特異型幕墻設計在建筑行業中的重要性不容忽視，它不僅關系到建筑物的外觀美感，還涉及到建筑的功能性、節能性以及安全性等多個方面。
在西安電視塔與隋唐天壇的古今中軸線交匯之處，致力于打造傳承中華文化世界級文商旅綜合體的華潤置地在西安曲江新為當代西安種下一顆“生命之樹”。這將是對古城文化的回溯與探尋，也是東方文化面向世界新的生長。
“生命之樹”由英國建筑“鬼才設計”大師托馬斯·赫斯維克(Thomas Heatherwick)親自操刀，他在與中國山水相遇后，為這片土地帶來了太多驚喜。
而“生命之樹”是一場與長安從東到西的遇見。“此項目是西安的一個縮影，一個城中之城，融合了西安優秀的歷史、文化與活力”，托馬斯·赫斯維克將用一座新的文化地標建筑，一個具有活力的新商業空間，為西安這座城市寫下一段新的文化敘事。
1.2研究目的
本研究的目的是探索并實踐基于創新思維的特異型項目幕墻設計在西安華潤生命之樹項目中的運用。研究目的包括以下幾點： 首先，通過深入研究創新型的幕墻設計理念和方法，旨在為生命之樹項目打造前所未有的幕墻形態，使其外觀如藝術品般獨特，成為一處引人注目的地標。 其次，研究旨在通過方案與BIM設計和結構設計（詞條“結構設計”由行業大百科提供）進行協同推進的螺旋式設計，確保項目方案的設計的實施落地性。 再者，本研究強調特異型項目的設計思維和方案對于最終實施的影響，以及如何通過創新設計方法來降低實施難度，提高精度控制。 最后，本研究旨在為其他類似項目提供可借鑒的設計方法，打造更多具有藝術性和創新性的精品項目。 通過以上研究目的的實現，我們期望能夠為其他類似項目提供有效的設計方法和策略，以實現預期的設計效果和功能性能。
2 創新思維在特異型幕墻設計中的應用
2.1創新思維在幕墻設計中的重要性
生命之樹，其樹身巍峨高達57米，由七層精心設計的平臺構成，象征著絲綢之路穿越的七個不同氣候帶。它不僅重現了絲綢之路上亞歐大陸的異域風情，更通過其延伸的60片巨型葉片，展示了植物隨季節更迭而變換的生機與色彩。一日之內，四季之景，生命之樹以不同的姿態和色彩綻放，彰顯了植物生命力的壯麗，呈現了一個充滿活力、色彩斑斕的藝術杰作。
本項目中的60片葉片，巧妙地構成了60個形態各異、大小不一的平臺，如圖3所示。這些葉片由10根主干延伸出的樹枝所支撐，每一片都致力于完美復現銀杏葉片的優雅形態。葉片的外緣設計得極為纖薄，逐漸向樹枝中心收縮，由精細的褶皺和葉脈構成。生命之樹的中心核心筒（詞條“核心筒”由行業大百科提供）內設有觀光電梯，而螺旋式上升的旋轉樓梯則將各個平臺與葉片巧妙地連接起來。此外，通過精心設計的拉力環，每個葉片的樓梯得以穩固地搭建在環上，共同構筑了生命之樹的宏偉結構。每個葉片的四周，還特別設計了錯落有致的欄桿，象征著生命之樹不斷向上、向光生長的不屈精神。
本項目在設計過程中融入了眾多創新元素，正是這些創新方案的巧妙運用，確保了這件藝術品得以完美呈現，成為令人矚目的藝術與工程的結合體。
2.2 西安華潤生命之樹幕墻設計的基本設計理念
本項目由于造型復雜，交叉專業多，空間極限等問題，使得整個項目的設計難度非常大。將深化設計過程可概括為：找規律、定規則、分蛋糕、歸類別。
找規律：六十個葉片各不相同，空間關系復雜。通過BIM團隊與HS的深入交流，我們找到了表面生成的底層規律，并優化程序，使每片葉片能獨立重構。研究中發現葉片平臺邊緣均為直線，利用此發現設計出規律性的龍骨和支點布置。
定規則：幕墻二次環梁和葉片背負鋼架的布置，依據葉片規格與直邊關系進行。在異形空間中，直邊作為基準簡化了支座設計的六維定位為三向定位，降低了施工難度。
分蛋糕：全專業空間極為有限，僅靠幕墻規律和規則不夠。我們推廣幕墻設計經驗，將空間分配給各專業，如同分蛋糕。以基準面為基礎，協調各專業空間需求，初步切分后進行特殊化設計。葉片外觀變動時，單獨調整并確認。
歸類別：
項目中交叉情況多，但通過梳理分析，我們找出分類規則，簡化設計顆粒度。結構和圖紙設計均按類別進行，規則輸入程序實現參數化設計。所有施工基于模型，圖紙為輔助，節點是規則設計基礎，圖紙正向出圖，模型修改同步更新圖紙，提高設計效率。
3 設計方案的制定與實施
3.1難點一：塊超大問題和解決方案
本項目采用每三個“V”型面板構成一組葉片，共計8組葉片安裝于單一平臺，如圖4所示。經過精確的尺寸分析，我們發現最大一組葉片的尺寸達到4340mm寬，最長為15536mm。鑒于此尺寸無法進行整體運輸，我們決定在工地進行組裝，并深入探討了斷縫隙的設計方案。
方案一采用橫向斷縫隙的方法，若超長板塊需橫向斷縫，則所有板塊均需增設橫向斷縫。如圖6所示，橫向增加斷縫將顯著影響整體美觀。此外，由于葉片均為雙曲形狀，橫向斷縫的拼接精度控制極為復雜。考慮到結構空間的限制，異形空間曲面（詞條“曲面”由行業大百科提供）板的安裝定位本已頗具挑戰，若增加橫向斷縫，將導致加工和施工難度大幅上升，外觀效果難以保證。在樣板階段，我們也嘗試了整體葉片與橫向分段葉片的對比，進一步驗證了橫向分縫的難度。
最終，我們采納了方案二，即將分縫設置在每個“V”型相交的陰角處，即采用豎向斷縫，如圖7所示。然而，由于每片葉片均為雙曲形狀，若采用傳統對拼方式，將不可避免地出現大小不一的縫隙，影響外觀效果的精致度。經過深入研究與設計，我們采用了疊合拼縫技術，將相鄰兩片葉片的拼縫巧妙地連成一線，有效消除了加工誤差對外觀的影響。疊合拼縫的理念也被巧妙地應用于本項目的其他細節處理中，使得項目的細節處理達到了近乎完美的境界。最終，每個葉片在工廠內進行預拼裝，確認無誤后拆解，將每個“V”型面板和背負鋼架分別運輸至工地，并依據預先對準的孔位進行精確拼裝，確保了安裝的精度。
3.2難點二：結構空間局限
本項目中鋼結構與葉脈的分縫關系如圖8所示，鋼結構中心與樹葉中心之間不存在對應關系，同時鋼結構的懸臂梁與葉脈分縫亦無對縫關系，導致整體設計的連接體系復雜化。通過全面的形體研究與分析，鑒于每個平臺邊緣均為直線，故采取與直邊平行布置環梁龍與背負鋼架的方式確定龍骨和定位點的定位規則，如圖9所示，實現了復雜空間定位的轉換。在特異形項目設計中，點、線、面的空間定位轉換以及多維度空間定位的簡化思想極為關鍵。本項目通過環梁與背負鋼架的轉換，運用碼件實現了三維X\Y\Z直角坐標系的調節，簡化了空間定位中的角度調節，顯著降低了施工難度，如圖10所示。
3.3難點三：樓板和葉片空間狹小且多專業交叉
生命之樹的每個平臺上面都種植有不同的綠植，如圖11所示，所以需要從樓板完成面往下做下沉的樹坑，樓板面和葉片完成面為了保證外觀效果，空間已經十分局限，在布置上樹坑，就成本增加了難度。此外還水管、電線也要走樓板之下，讓原本有限的空間更加捉襟見肘。最后通過制定各專業的定位原則和占用空間的原則，如圖11所示，讓設計可以全面推進。原先樹坑是大小無規律的布置，通過幕墻龍骨的校核，讓將樹坑設置在環梁和背負鋼架的橫向龍骨之間，不會打斷橫向龍骨。同時應用BIM技術，將各專業的設計空間像切蛋糕一樣進行切分，遇到特殊位置再做特殊處理。
3.4難點四：拼接位置的毫米級偏差控制
在樹葉向樹枝干位置的收縮過程中，以及樹枝干上橫向斷縫的出現，如圖13所示，實現毫米級的偏差控制，確保近人尺度的視覺體驗顯得尤為關鍵。這種精細的控制不僅提升了整體的美觀性，而且對于保持設計的連貫性和整體性至關重要。如圖14所示，通過在每個分縫位置采用激光雕刻的高精度定位板進行精準定位，上下板塊在同一限位板上限位，從而確保造型的連貫性與定位的精確性。這種技術的應用，使得每個部件的結合都達到了幾乎無偏差的效果，極大地增強了產品的整體質感。
3.5難點五：溫度變形的釋放
在本項目中，我們特別選用了不銹鋼材質的金屬面板，以確保結構的耐久性和強度。同時，整個主體結構是基于鋼結構來構建的。正如之前所進行的詳細分析所指出的那樣，考慮到葉片的尺寸非常龐大，并且在設計上沒有設置任何分段縫隙，加之本項目所在地西安地區，具有夏季炎熱和冬季寒冷的顯著氣候特征，因此，我們必須對溫度變化可能對結構造成的影響進行深入而周密的考量。如圖15所展示的那樣，葉片的設計已經充分考慮了從升溫70℃到降溫50℃這樣一個廣泛的溫度變化區間，并且基于此溫度范圍進行了精確的溫度變形設計。本項目的設計團隊巧妙地利用了葉片褶皺形狀所固有的剛度特性，將背負鋼架精心設置在葉片的中偏上段位置，這樣做的目的是為了在葉片的長度方向上將溫度變形的約束點定位在中部，并且在葉片的兩端進行釋放。通過這種創新的設計方法，我們成功地將所有拼縫的寬度控制在了15mm以內，確保了結構的完整性和穩定性。至于葉片寬度方向上的溫度變形問題，則通過葉片褶皺的自然形態得以有效地釋放和調節，這一點在圖16中得到了清晰的展示。
4 結論與展望
結論
本研究通過對西安華潤生命之樹項目中特異型幕墻設計的深入探索與實踐，成功地將創新思維應用于項目的設計與實施過程中。在項目的設計階段，我們面臨了諸多挑戰，如超大板塊的運輸與組裝、結構空間的局限性、多專業交叉的復雜空間定位、拼接位置的毫米級偏差控制以及溫度變形的釋放等。然而，通過采用豎向斷縫與疊合拼縫技術、環梁與背負鋼架的轉換、BIM技術的空間切分原則、高精度定位板以及溫度變形設計等創新方法，我們有效地解決了這些難題，確保了項目的順利實施與高質量完成。
生命之樹項目不僅展現了特異型幕墻設計的獨特魅力與藝術價值，更通過其精湛的工藝與卓越的性能，成為了西安這座古城的新地標。項目的成功實施，充分證明了創新思維在特異型幕墻設計中的重要性與應用價值，為后續類似項目的設計與實施提供了寶貴的經驗與借鑒。
展望
隨著建筑行業的不斷發展和人們對建筑美學與功能性的要求日益提高，特異型幕墻設計將迎來更加廣闊的發展前景。在未來的設計中，我們應繼續深化對創新思維的研究與應用，不斷探索新的設計理念與方法，以滿足市場與社會的多元化需求。
總之，特異型幕墻設計作為展現城市風貌和提升建筑品質的重要手段，其發展前景廣闊。我們應緊跟時代步伐，不斷創新設計理念與方法，為建筑行業的發展貢獻更多的智慧與力量。
5 參考文獻
[1] 朱大力.建筑表皮材料精細化設計探析[J].中國建材科技, 2021,30(1):29,87.
[2]應俊，幕墻視角下的復雜異形建筑表皮精細化設計，建筑規劃與設計，1671-9344(2022)04-0073-03
作者單位：1.廣州格雷特建筑幕墻技術有限公司
2.西安中央文化商務區控股有限公司
作者：吳可娟1 張金太2 朱力2 楊禮山1
