外墙 GRC 构件在郑州美术馆项目的应用

张国文，刘智波（郑州市建设投资集团有限公司， 河南 郑州 450000）

0 引 言

第十一届全国少数民族运动会开幕式于 2019 年 9 月 8日在郑州奥体中心成功举行。开幕式当天及运动会期间，与奥体毗邻的郑州市美术馆新馆项目以其独特的建筑风格，获得了社会各界的好评。而呈现这一效果的外观材料正是近年来在大型公共建筑项目外墙饰面层设计中越来越备受青睐的 GRC 构件。

郑州美术馆、档案史志馆项目位于郑州市中原区“四个中心”（站前大道以东，汇文路以西，渠南路以南，传媒北路以北），毗邻奥体中心，建筑面积 9.6 万 m2。该建筑外墙采用 GRC 预制构件幕墙结构及玻璃幕墙结构，其中GRC 构件面积为 5.9 万 m2，造型新颖独特。

1 科学合理的组织生产实施

本项目 GRC 设计的产品是以宽 1.4 m、高 3.0 m 为主的矩形板。首先，组织有实力的厂家制作约 0.5 m 见方的小样板，对其肌理及颜色进行确认；其次，针对设计师选中的样板再进行 1:1 样板的制作；接着，在项目上按照设计师要求再次进行悬挂对比；最后，根据设计师要求对选中样板再次进行实体样板制作及确认，从颜色、肌理上严格把控，从而达到最终要求的效果。需要注意的是，实体样板和大样板的主要区别在于：实体样板安装后需要全部完成对相邻窗洞口、边角等细节的处理，以呈现出墙面的整体效果，而大样板只是对单块样板效果进行确认。

考虑到 GRC 样板的构造特点，设计师必须在不同阶段对其颜色和肌理多次进行确认，施工组织需要遵从相应的顺序，严格按照科学的安排进行组织生产，这也是能呈现最终效果的前提和保证。否则就要浪费大量时间，或者造成不必要的返工。

郑州美术馆南立面采用倒锥形双曲面，最大倾角处在南立面西南角，倾角为 50°，水平距离达到 27 m。扭曲面的每块板材大小、尺寸及扭曲程度均不同，同时，为达到采光及设计师选用的主题效果，扭曲面上设计大小不同但水平顺直的蜂窝状洞口，项目实施前首先采用电脑进行排版设计。由于扭曲面纹理要求剔凿部分不得中断，在前期设计阶段采用电脑放样，在保证肌理水平的前提下确定每块板材的空间位置，保证每块板材规格尺寸准确无误。

科学合理的生产组织顺序如下：生产厂家的合理选用→设计院提出外立面 GRC 样板要求→生产厂家制作小样板→厂家根据设计院要求制作 1:1 大样板→设计院对大样板进行确认→ GRC 厂家选定→现场制作施工样板。只有在现场施工大样板经设计师确认无误后，方可进行 GRC 构件的批量制作加工。有些人以为，大样板已经确认，就可以进行批量生产，其实这是存在风险的。只有施工样板上墙后，结合建筑线条的组合、窗洞口的处理、与玻璃等其他材质的搭配颜色进行确认后，才能进行构件的批量制作加工。

2 制作安装厂家的选择

美术馆项目 GRC 面积总计 5.9 万 m2，工期要求为 3 个月，以此计算出每天的加工制作产量。同时，还需要考虑厂家所在地的扬尘管控等一系列影响因素，严格控制对制作厂家的选择。首先，入围厂家必须是业界知名厂家，甚至参与相关规范的制定。其次，对厂家的合作项目业绩进行考察落实，包括实地考察厂家的生产规模。最后，结合工作量、工期落实情况，判定厂家能否满足项目要求。

目前，制作安装厂家门槛较低，能力参差不齐。特别对于大型公共建筑项目，选择不能够满足项目构件加工能力的厂家参与项目建设，不仅会浪费大量的时间，造成进度的严重滞后，而且还可能对后期质量和安全的控制埋下重大隐患。

大型的公共建筑项目，首先需要对生产及安装厂家进行筛选。考察期间，应重点查看加工安装厂家的规模及业绩，这两点至关重要。大型公共建筑项目的外墙一旦设计GRC 构件，其加工体量往往较大，且经常出现开模不具备可重复利用的情况，生产运输费用较高，对厂家的生产规模和能力都有较高的要求，生产厂家的供货能力和研发水准，都将对施工的顺利开展造成很大影响。

考察生产厂家，主要从以下几个方面入手。

首先，考察制作厂家的规模。特别是体量较大的公共建筑项目，前期资金需求较多，若厂家资金实力达不到相应的抗风险能力，则很可能造成拖延构件加工制作进度、私自代换材料等弊端。对于具备相应体量的项目，入围厂家首先必须在规模上予以保证。

其次，考察厂家的工艺流程。考察生产现场的每个环节以确保加工制作的质量。考察内容主要包括：方案是否完善，操作是否可行，开模是否精确，材料选用及配比是否严格按照方案进行，质量控制手段或预防措施是否到位，养护是否及时，工人剔凿时间控制是否合理，有无技术交底，等等。

最后，还要考察厂家的生产线，如日生产能力、当前承接的任务量等，确定厂家能否满足工程进度要求。对厂家生产的工程应用实例进行考察，一方面尽可能通过建设单位落实配合情况、加工制作进度情况及后期维修情况，另一方面通过工程实体更直观地了解到构架加工的制作效果，以此尽可能地对厂家作出全面的评价。外墙饰面材料采用 GRC 构件较大体量的项目有长沙梅溪湖国际文化艺术中心项目大剧院、孝感市文化艺术中心、北京谷泉会议中心、鄂尔多斯东胜体育场、鄂尔多斯大剧院、南京青奥中心、东莞华为松山湖基地、海南国际会展中心项目、武汉汉秀剧院等。

3 生产过程中的质量控制要点

郑州美术馆项目设计 GRC 构件设计最小有效厚度为20 mm，条纹深度为 15 mm～20 mm，条纹宽度 30 mm～40 mm。由于扭曲面的缘故，肌理纹路采用三维 BIM 建模进行控制。

首先，加强对施工样板的控制。构件的小样板经建筑师确认完成后，厂家应根据小样板及设计师的意图制作大样板及实体施工样板。一方面进一步检验样板的颜色、肌理是否与设计相一致；另一方面在这一过程中，同样需要对有窗洞口的玻璃做样板，对搭配效果再次进行确认，确保批量生产的准确性，避免大面积的返工。

其次，加强对材料的控制。大样板及实体施工样板一经确认，批量生产构件的材料、配比等工艺随即确定。批量生产过程中，随机检验所用材料是否严格按照大样板的材料进行施工。例如，水泥的采用不仅应严格按照大样板及施工样板配方进行采购，而且还应尽可能地选择同批次水泥；各种材料的配比及颜料的调制是否正确，将直接影响构件后期的颜色、强度、肌理仿制效果等指标。

其三，严格控制剔凿时间。设计师通常选择多为仿制石材效果的面层肌理，一般采用人工自然剔凿。因此，合理选择剔凿时间至关重要。对剔凿时间的控制主要根据构件强度的提升情况而定。剔凿过晚，不仅增大操作难度，而且还容易对构建造成一定的破坏；剔凿过早，虽然易于操作，但容易出现槽齿一致，不能有效地达到设计师追求的仿效天然石材的效果。只有合理把握剔凿时机，才能恰到好处地展现出建筑设计所要追求的整体效果。

其四，要求剔凿工人接受培训。在样板确认期间，一般已对构件的有效厚度、开槽深度等技术指标进行了确认。在剔凿前，针对剔凿要求对剔凿工人进行培训，以达到应有的剔凿效果；并做样板演示，确保呈现仿天然石材肌理。

4 构件的安装

（1）严格按照审批的方案进行施工作业。美术馆项目大部分所用的都是宽 1.4 m、高 3.0 m 的构件，体量及重量都较大，施工过程中必须严格把控各类受力杆件制作安装的质量，包括及时检查钢龙骨的焊接质量。构件安装过程中必须做好安全防范措施，严格按照施工方案进行施工。

在构件安装过程中，主要采用专业提升设备拉动 GRC构件上升，然后再使用水平卷扬机进行牵引；人员则在单独的吊篮提升设备内进行安装焊接作业。在项目的南立面施工过程中，由于该处倾角大，水平牵引力无法达到要求，后经多方论证，采用吊车上端制作专用架体，将 GRC构件靠近龙骨进行操作。

（2）与泛光照明的配合。为保证夜间整体亮光效果，泛光照明单位、外幕墙总包单位和外幕墙 GRC 厂家共同论证，将窗台板部分宽度进行变动，确保放置的灯具与窗台板平齐且不凸出于板面，不至于影响白天的观感效果。灯光走线提前在龙骨完成后、挂板施工前完成，以实现总体建筑的晚间整体效果。

5 容易出现的质量问题及预控措施

（1）裂缝的产生。构件材料一般比较薄，主要原料是混凝土，如果不能严格把关加工工艺，就很容易出现裂缝。因此，在构件制作前，必须充分考虑预防措施。例如，GRC 构件在混凝土搅拌时掺入耐碱玻璃纤维进行抗裂，但值得注意的是，掺入比例及掺加方式在不同程度上都会影响构件的强度和后期开裂的风险大小。在混凝土原料的选择上，除了考虑成品水泥的颜色之外，还应考虑其对后期抗裂的影响，若采用专用的硫酸盐水泥，则选择相应的水泥品种。在构件成品的受力布点上，严格通过计算设置背负框，充分考虑集中荷载的影响。构件制作完成后，一方面要严格按照要求进行养护，防止裂缝的发生；另一方面要严格按照成熟的工艺要求，控制好面层的人工剔凿时间。此外，在构件运输过程中，还要做好成品保护，避免运输过程中对构件造成破坏。

（2）构件在安装一段时间后污染严重。首先在纹理设计时应尽量避免上翻槽，以免雨水冲击造成杂物沉积，影响观感效果。本项目肌理处理期间，考虑锯齿形向下，同时配以自清洗功能，为后期维护创造了条件。在加工制作现场，构件剔凿后应及时对其表面杂物进行清除，并按要求涂刷面层防护剂。构件运输期间，严格按照方案对成品进行保护，以免垫木等运输工具及安装工具对构件造成污染。

6 结 语

目前，大型公共建筑项目外墙饰面层采用 GRC 构件的设计越来越多，但从总体上看，其生产工艺仍不是特别成熟，在获得丰富色彩肌理的震撼感之余，不乏存在污染、裂缝等不尽如人意的缺陷。这就要求我们拿出真正做好精品工程的精神，从项目策划、厂家选择、生产监管、运输安装，到完美呈现的各个阶段，科学认真地组织施工，严格把控每道关口，这样才能够实现建筑设计者最初的愿望。