罗安基陈敏
深圳市方大建科集团有限公司广东深圳518052
摘要本文介绍了深圳湾文化广场项目的概况，从石材表皮分格、表皮建膜方法、表皮类型分析等 方面详细介绍了石材表度深化设计及BIM参数化的应用，从钢环梁及其支座、立柱连接件、石材挂件等环节详细分析了石材系统节点设计的过程.
关键词石材系统：连接系统：并形曲面：分格单元：平曲类型：BIM参数化
1引信
深圳湾文化广场项目由深圳创意设计馆和深圳科技生活馆组成，位于深圳市南山区后海中心区核心文化设施带，毗邻深圳人才公园.项目由深圳市政府投资，华润（深）有限公司代建，由MAD建筑事务所匠心设计，建筑效果如同亘古不变的相互堆叠的鹅卵石，从远古走进现实，体现了城市发展与自然景观的相互融合，是深圳市新时代重点文化设施.
项目划分为南馆（深圳科技生活馆、工标段）和北馆（深圳创意设计馆、Ⅱ标段），南馆主要由浮水石馆（19.3m）、望云石馆（31.3m）、悬云石馆（26.3m）、南支石、南下沉广场、南馆裙楼、海湾通道、亚克力水景等部分组成，北馆主要由倚虹石馆（25.3m）、摄云石馆（52.3m）、衔海石馆（15.4m）、北馆裙楼、玻璃采光顶、北下沉广场等部分组成（图1）.我司施工范围为南馆（I标段）， 主要幕墙类型有石材幕墙、亚克力水幕天窗、玻璃幕墙、UHPC幕墙、铝板幕墙、不锈钢拉网栏杆、玻璃栏杆、百叶格期等.幕墙面积约1.54万m²，其中石材幕端面积7703m²（图2）.
图21标段石群效果图
图1项目效果图
2石材表皮设计及BIM参数化应用
本项目建筑师只给我们提供了建筑的轮廊表皮、石材横向分格的走向（图3）和两种标准分格图
案U1（图4）、U2（图5），图案在表皮上面的排布则需要我们自己去深化，需要借助RhinoGrasshopper编程进行参数化建模.石材分格的深化原则为在满足建筑效果要求的前提下有利于材料下单和加工，有利于降低加工成本，有利于现场安装和材料组织，能够提高设计、加工、安装的效率.
图3“毛线团”纹理
图4U2图案
图5U2图案
2.1石材表皮分格设计
整体建筑用100mm宽不锈钢分区缝划分成不同区域，各区域内石条纹理类似“毛线团”.（图3），走向各不相同.建筑纹理效果由长3.2m、宽2.08m的基准图案构成，石条宽度有60mm、80mm、100mm三种，根据内部的石条长度种类分为U1和U2两种图案，整体效果要体现出“石条图案无序” “竖向不齐缝”的效果，具体如下：
U1图案：由400mm、600mm、800mm、1000mm长度的石条组合图案（图4）；
U2图案：由400mm、600mm、800mm长度的石条组合图案（图5）.
由于建筑曲面拱度不一致，直接根据3.2mX2.08m的单元去裁切建筑表皮，得到的单元尺寸具有随机性，若直接采用曲面流动的方法将图案流动到裁切好的单元上，生成的石条的尺寸在长度方向将 不可控，每个石条长度均不一样，且数值区间极大，不利于在生产时对石条进行排版.最终选择的方案是将两个3.2m×2.08m单元尺寸合并为6.4m×2.08m的大单元，石条定长排列末尾图案校正的方式确定石条分格.
深化过程中也有对U1、U2图案进行简化的研究.U1、U2基准图案在单个单元中，宽度方向上60mm、80mm、100mm无规律分布，长度方向上400mm、600mm、800mm，1000mm无规律分布. 如果建筑完成面是一个大的平面，根据图案划分出来的石条的尺寸是标准的，根据其长度×宽度对石
条进行编号，有利于石条规格种类的简化和现场替换.如果图案进行简化，工人在安装时只需要记忆比较简单的长度十宽度口令，就能快速地进行安装工作.但在后续深化中发现，由于建筑曲面造型的特殊性，简化图案的方案并无实际意义.在建筑表皮拱度较大的位置，生成的石材条大多都是单曲和在安装时按照流水号从下往上、从左往右依次安装（图6）.如“X1一351P-65”即悬云石01区从下 双曲的，本身工艺便具有唯一性，不可替换，最终采用行数列数形成具有唯一性的流水编号，工人往上第351排，从左往右第65块.
图6石条安装方向
2.2石材表皮建模方法介绍
排列顺序，得到石条宽度方向上的横向小分格线（图7）.其次，为了达到更好的“无序”的效果，上 首先以建筑纹理走向为石条排列方向的依据，按照U1、U2图案中60mm、80mm、100mm宽度下相邻的6.4m×2.08m的大分格之间进行1.6m错位（图8），参数化程序见图9.最后，按照U1、U2图案中每行400mm、60mm、800mm、1000mm长度排列顺序（图8），参数化程序见图9；为了让图案显得更加均匀，在分区面中间的位置分别向左右两边定尺排列石条分格.在6.4m×2.08m大单元中，留下最后一列小分格做成变化尺寸，用以校正定长排版导致的图案偏差的校正分格.最后，对缝的情况（图10）. 校正分格的长度进行分析，对于过长或过短的石条进行分格合并和拆分，并避免出现分格竖向分缝齐
图？横向小分格线
图8石材条分格
图9上下相邻基准图案错位1.6m参数化程序
图10石条分格排布效果图
2.3石材表皮类型分析
一个控制值，双曲面拱高小于控制值的优化成平板：剩余曲面中对优化后的单曲面与原曲面的偏差值进行比较，偏差值小于控制值的曲面，做成单曲：偏差值大于控制值的曲面，做成双曲.
最初该项目也是按照土lmm作为控制值对曲面进行平板、单曲、双曲分类，保证相邻石条与石条间的阶差都在士1mm范围内.但是在以该方案做实体样板后发现，在平板、曲板混乱分布的情况下，土lmm阶差带来的阳光阴影的负面效果被放大了（图11），而在纯曲面区域（单曲十双曲阳光阴影较 小）（图12）.经过多个方案的实体样板效果的验证，石条的类型判定除了自身拱高在土1mm控制值的基础上，还需要结合近人区域、午后阳光直射区域进行平、曲区域的划分，将平板集中布置在拱度小、视觉上不重要的区域；面对于拱度大、视觉上重要的区域，全部做成曲板（单曲十双曲）.
一标段有近16.3万根石材条，深化时借助Rhino十grasshopper参数化建模工具，大批量自动生成石条表皮、编号、加工实体模型，对方案对比、材料下单等工作有着极大的帮助.
图12全曲面实体样板
图11平曲混接实体板
3石材系统节点设计
南馆石群主要包括浮水石、悬云石、望云石、南支石，外观如同几块光滑的鹅卵石，是异形扭曲的曲面造型，表皮由16.3万根石材条组装面成，石材条高度分格有60mm、80mmm、100mm，宽度分格主要 有400mm、600mm、800mm、1000mm，排布原则是自然错缝无规律，不能有明显竖向通缝，长短石条错落均匀分布，不能集中一块都是短石条或长石条.节点系统的层次主要包括预埋件→钢环梁及牛腿一支座平台一焊接不锈钢立柱及连接件一铝合金棵条一→石材条（图13~图14），通过铝合金擦条满铺拟合形成一个接近原建筑模型表皮的曲面，再把精准加工的曲面石材安装到条上，从而实现最终的建筑效果.
图14方案一竖剖节点
图13方案一横剖节点
3.1钢环梁、不锈钢立柱、铝合金棉条走向设计
方案一（图15）：钢环梁（间隔3m布置）主要是垂直于混凝土反肋布置，优点是钢环梁安装定位方便，两牛腿之间距离最短，受力最小，可节省钢材用量；缺点就是不锈钢立柱（间隔1m布置）与石材条横缝不垂直，面铝合金棚条是平行于石材横缝的，这就导致不锈钢立柱与铝合金额条不是互相垂直的，而是成夹角，槐条安装孔的定位变得很复杂，安装精度难以保证，条跨度太大，也不利于 塑形成所需要的曲面.
