上海浦东足球场外立面双曲单元幕墙的设计和施工工艺

金俞槐 王 群 彭成荃

1.上海市机械施工集团有限公司 上海 200072；

2.上海久事体育产业发展（集团）有限公司 上海 200082

为提高全民身体健康素质，助力体育强国建设，多地兴起了体育基础设施的建设。位于上海浦东新区金桥镇的上海浦东足球场，是一个满足国际足联A级比赛要求的专业足球场，作为上海三大专业足球场之一，它也为市民的健身、休闲和娱乐等活动提供了一个重要的场所[1-3]。

上海浦东足球场的造型设计灵感来源于中国传统的白瓷碗，整体造型犹如一个洁白无瑕的瓷碗坐落于高楼大厦之间（图1），彰显了上海在追逐时尚之美的同时，传承中华传统文化之美，体现了上海作为长三角地区改革开放桥头堡的创新引领作用和传承优秀传统文化的责任担当。

图1 建筑效果图

1 工程概况

上海浦东足球场外立面幕墙工程面积约4万 m2，主要分为双曲单元式复合板系统、肌理板系统、玻璃栏杆系统、明框玻璃系统、百叶系统、开平门系统、无机水泥板系统等。

深化设计通过装配式幕墙的设计理念，采用单元式幕墙体系，应用BIM技术对幕墙系统进行整体建模。通过BIM应用，解决了双曲幕墙的造型设计、专业间的碰撞问题；应用BIM进行优化设计，极大地提升了工作效率，减少了构件加工难度和工作量；通过施工动画模拟指导现场施工，提升了工程管理水平和施工质量，进而提升了企业的经济效益。

2 双曲单元幕墙系统概况

足球场外立面整体效果呈碗状，其分格横向水平、纵向垂直于檐口边缘，使外立面幕墙板块呈现单曲与双曲交错分布。为严格把控工程的安全性、工艺性、功能性、施工及可维护性，双曲立面采用单元式幕墙系统设计，工厂加工组装，易于检查，提升了建筑工业化程度，有利于保证多元化整体质量。

双曲单元板立柱及横梁采用铝合金材质，直面的板块需拉弯竖向立柱，和直线横梁组装成品。转角面的板块则拉弯立柱与横梁等组装的所有铝合金型材，保证立面曲率。标准单元板长宽尺寸为2 600 mm×4 500 mm，宽度为板块的长方向，采用上、下横梁作为主受力构件，根据结构受力计算分析，在2根主横梁之间增加6～7根铝合金竖向方通增加整个框架的刚度。加强的铝合金竖向方通与面板之间填充结构胶固定，与横梁立柱四边采用机制螺栓固定，增强整体性，保证各单元件的质量，从而保证了工程质量（图2）。

图2 单元节点

3 双曲单元幕墙参数化设计

3.1 外立面主框架系统参数化建模

外立面幕墙主框架系统为基于原主钢结构做的二次结构。在72榀主体钢结构桁架之间，根据幕墙高度划分区域，横向增设2～3根主受力环梁，连接节点采用活动受力构造，在规范误差内满足建筑的变形要求。根据BIM模型提供的信息，在主体钢结构加工时布置用于幕墙连接的耳板。采用Rhino＋Grasshopper（以下简称“GH”）建模方式，输入相应的定位、龙骨截面数据及一定数量的逻辑条件，可快速生成幕墙骨架（图3）。

图3 外立面主框架系统

3.2 外立面复合板单元龙骨系统参数化建模

幕墙单元龙骨根据立面分格，在外立面主框架之间连续布置，上下口连接在主体钢结构提前增设的耳板上。龙骨系统结构整体高度呈现连续变化，标高在22.5～24.5 m之间，在GH中写出相应的程序，根据幕墙的外表皮与竖向分格，快速生成龙骨系统，如图4所示，并且可以动态调节。根据算法自动布置龙骨，提取龙骨的长度及数量，并辅助下料。

图4 外立面复合板单元龙骨系统

3.3 外立面复合板单元系统参数化建模

单元板系统立柱及横梁采用铝合金材质，直面的板块拉弯竖向立柱，和直线横梁组装成榀；转角面的板块则拉弯立柱与横梁等组装的所有铝合金型材，保证立面曲率；2根主立柱之间增加6～7根铝合金方通，与横梁连接；加强的铝合金方通与幻彩复合板之间填充结构胶，横梁立柱四边采用机制螺栓固定，增强整体性，保证各单元件的质量。

檐口处单元板跟随标高线连续渐变，使用GH建立自适应模板，快速生成单元板骨架（图5），编写算法横向自动布置单元板支座。

图5 外立面复合板单元系统

应用GH批量标注龙骨孔位定位图（图6），大大提高出图效率及出图准确性。辅以CAD提供给工厂加工，完成单元板块组装。

图6 应用GH批量标注龙骨孔位

3.4 外立面复合板参数化建模

应用GH自编程序，从模型中提取面板尺寸，统计长、宽，按原材料归类下料尺寸，提高下料效率；批量化出面板工艺图，提升出图效率及数据准确性。

3.5 复合板刨槽加工精度处理

配合金雕软件和雕刻机，实现双曲折边，边部折痕笔直且光滑（图7），既节约大量时间，又保证了工程质量。

图7 复合板刨槽加工

4 应用模型指导现场施工

立面呈现碗口状态，曲率连续变化，所有幕墙构件采用三维控制定位安装，从模型中导出控制点用于现场定位（图8），保证施工质量。

图8 结合模型提取控制点为现场定位

5 碰撞检测

将各专业模型分类汇总、整合到Navisworks，将幕墙模型与其他专业模型进行碰撞检测（图9），检测出幕墙与其他专业的碰撞冲突，输出可视化检测报告，提前解决问题，避免材料浪费及延误工期。

图9 各专业碰撞检测

5.1 施工模拟

在工厂进行模拟安装（图10），复核单元板加工精度，达到合格要求之后，再运送至工程现场；制作施工安装工序流程动画，使沟通更加直观、简洁、清晰，减少工序误解。

图10 工厂施工模拟安装

5.2 检验校对

在施工周期内提供了大量数据辅导施工，需要现场实际数据与模型保持一致，保证施工质量（图11）。

图11 BIM模型与现场数据同步处理

6 结语

上海浦东足球场作为上海打造的足球文化新地标，不管是在造型结构方面还是在功能设置方面都具有独特的创新性，是上海将技术创新、理念创新与传承文化相融合的一次完美实践。同时，该项目的创新性也为幕墙设计了带来了难题。为此，项目施工过程中应用了新颖的设计理念和技术应用方法，使上海浦东足球场的设计理念淋漓尽致地展现出来。

在不久的将来，上海浦东足球场这个“白瓷碗”将成为上海又一璀璨的“明珠”，为中国的足球文化护航，助力我国体育强国的建设。