铝板在异形曲面建筑外表皮的应用思考

侯钦超 天津市西青区商业局房地产开发公司

1 前言

“曲面建筑”起源于什么时间？目前没有人记得具体时间，但是根据相关史料记载起源时间最早的曲面建筑是中国，发生在中国人类历史的中原人口大南迁（中国历史上人口最多的集中大南迁发生在唐朝后期），那时候这类建筑能够抵御山林野兽及强盗的入侵，比如“土楼”建筑至今还是有不少民族居住在这里（图1），从节能的角度分析由于泥土本身的热惰性造成这类型的建筑冬暖夏凉。

图1 土楼（世界文化遗产建筑）

那个年代虽然还没有“建筑师”这个名词，但已经具备了手绘画图的能力。

随着地域不断扩大、人口不断增加，开始有了聚集人群生活区——“城镇的初期”，开始了人类的城镇区域规划。

大清康熙年间，数学技术传入中国并不断得到学习应用，开始出现了相对复杂的建筑设计，但仍然处于手绘画图设计阶段。

随着PC计算机的推广应用及相关设计软件的引入（R14），开始了计算机辅助设计的二维时代。

进入21世纪以后，智能计算机系统代替了PC计算机系统，二维设计软件逐步被三维（甚至多维）计算机软件所取代，逐步出现了更加复杂的曲面建筑及异形曲面建筑。AUTOCAD的二维逐步被Autodesk三维取代，还有Sketchup、Solidwork、3Dmax、Rhino、Grasshopper、revit、dynamo 等等三维软件，这些软件均采取线性代数原理利用计算机专用语言编辑而成，随着线性代数向多维空间的进一步深入未来建筑会逐步实现多维设计。

2 异形曲面建筑实例

三维计算机辅助设计软件的应用给社会提供了许多异形曲面的建筑，被广泛应用到商业及办公建筑、大型文化建筑上，同时基本上建筑外围护所采用的材料均是玻璃和金属铝板较多（图2～图7）。

图2 文旅性建筑

说明：这是一种新型建筑，采用发泡类材料直接模具成型，这类技术板块之间密封性能不是太好，材料老化会给寿命带来影响。

图3 某机场建筑玻璃及金属铝板的应用

图4

说明：该项目外立面的每一块石材均是双曲面，顶部有双曲面玻璃和多块金属铝板组成多曲面单块铝板。双曲面玻璃的底部是直径136m的环形中央大堂，多曲面金属铝板的内部是多功能休息茶厅，晚上打开灯光从金属板的月牙洞口可照射出各个角度的灯光，同时为了保证茶厅的天然绿植生长允许雨水渗漏。

图5 某海边文旅商业建筑（玻璃和金属铝板）

图6 某商业建筑（金属铝板）

图7 某展览馆建筑（金属铝板）

类似这种异形曲面建筑还有许多，在这里就不一一举例了，这些异形曲面建筑从使用功能和使用质量角度具体如何呢？首先从外观效果来说远视几乎没有毛病，但是经不起走近细看，当你走近细看就会发现类似（图8～图14）这种问题出现在你的眼前。如果你是一位负责任的建设单位、企业家、建筑师、设计师、施工员等等，我相信你会默默去想千万别某一天出了问题。

图8 内部受力固定龙骨加工难度大，安装偏差较大，角码无法固定

当然了对于建设单位、建筑师会有更深远的影响，特别是大型公用性质的建筑，哪一家建设单位投资建设的、哪一位建筑师设计的项目方案设计，在施工设计的时候都会欢喜，因为他们也建设了一项与众不同的大型体量建筑物，而且建筑艺术美感特别具有一定的代表性，利用各种BIM软件实现各部位多方位体现，然而并没有去调研某一种建筑材料的生产工艺做出的产品如何？

图9 龙骨定位难度大造成铝板折边必须切掉固定

图10 由于前道工序偏差大，收口处铝板整条折边必须切掉单边固定

图11 铝板焊接上去的折边没有等到安装就开始开裂

通过（图8～图14）实际项目所发现的问题，可以给建筑师、设计师、企业家带来一定的思考，任何一个项目在进行建筑设计的初期阶段就应该多调研、多实地考察，在选择建筑效果用材料的时候就要多想想，如果所选择的外观效果特别好，但没有考虑当前的材料制造工艺的可行性、制造质量的安全性就有可能还会发生类似的质量安全问题。

图12 铝板折边没有等到安装就开始开裂

图13 即使最简单的曲面铝板折边也需要焊接才能完成

图14 曲面铝板折边焊接质量

也许有人会提出疑义：“不会吧”？那么多小汽车的外壳（图15）不都是金属板制造出来的吗？而且曲线比建筑用得更多?

其实回答这个问题非常简单，一辆小汽车多少钱，虽然汽车降价但是由于汽车外壳金属板都是标准化模具一次性冲压制造出来的，而且早就实现了标准化量产，即使这样按照平米计算也比建筑金属铝板单价贵不少。

金属铝板虽然现在制造工艺技术比以往先进许多，能够采取拉弯、压弯等技术把金属铝板制造出曲面效果，但是固定所需要的锚固折边目前还不能一次性整板制造出来，仍然再采用焊接工艺与曲面大板锚固，而且还不能整条缝隙满焊锚固，因为满焊材料变形较大会改变本来制造好的曲面效果。

图15 小汽车外壳的曲线美

因此不同的制造工艺可满足不同的制造质量，在目前制造工艺没有改善的前提下建议还是少设计金属铝板用于异形曲面建筑外墙。

3 总结

21世纪的建筑不可逆的朝着参数化发展，但是很多人把参数化误解成奇特外形，或者曲面建筑。参数化的正确理解应该是把建筑的功能需求和潜在影响等概念通过信息在现有科技（比如电脑配置）的范畴下尽可能地降解到可以用数学和逻辑来表达的数据。

脱离了强有力的目的性、逻辑性和当前技术可行性，漫无目的的曲面，无论怎么曲，无论多少种变化，在建筑业发展中的宏观层面上，都是没有太大意义的。通过计算和多角度综合分析，需要曲面的时候曲面（或者其他任何形态）才合理，建筑整体也会更加合理，否则就是把钱浪费在奇奇怪怪不实用的形态上。