大型公共建筑集成饰面模块化安装技术

李 佳

上海市建筑装饰工程集团有限公司 上海 200072

1 研究背景

大型公共建筑装饰建造近年来呈现大跨度空间、多曲面饰面、异形层次变体等特点。随着城市更新的不断发展和深入，我国建筑装饰建造发展迅速，集成化和精细化的要求越来越高，大型公共建筑装饰建造面临的体量大、工期紧、装配化程度较低、人工作业多、劳动力成本高等常见问题亟待解决。随着大型复杂饰面建造工艺不断多样发展，超大尺寸饰面和特殊材料在装饰工程应用更加广泛，将模块化技术应用到公共装饰建造中可以有效提高施工质量和施工效率，更好地促进我国建筑装饰行业发展[1-10]。

2 工程概况

研究依托上海中心城区某历史保留建筑综合改造室内功能提升项目展开。该项目将原1、2、3号仓库改造成新的集会议、展览、休闲于一体的综合类建筑。室内装饰总建筑面积为51 070 m2，其中：1号楼21 164 m2，功能楼层4层；2号楼14 773 m2，功能楼层3层；3号楼15 133 m2，功能楼层3层。项目主要涉及到的重要空间有主会场、宴会厅、多功能厅、迎宾厅、会见厅以及峰会厅等。

依托于该项目，基于精细化和集成化的发展需求，针对大型公共建筑大跨度空间建造中异形饰面造型复杂、特殊材料超规格应用难等技术问题，研究了超大尺寸天花板集成制作与模块化安装工艺，以及特殊复合材料墙饰面集成制作与模块化安装工艺。

3 超大尺寸天花板集成制作与模块化安装

大空间中超大尺寸饰面的应用可突显空间的尺度优势并表现设计效果，超大尺寸饰面在加工制作、板面变形控制、板块安装方面，相较常规尺寸饰面在难度上均呈几何级数上升。背景工程中的大型空间均采用了超大尺寸饰面，通过高精度生产加工、饰面与骨架进行模块化集成、集成饰面模块化安装实现超大尺寸饰面的精致建造、精准安装。

3.1 隐框式发光吊顶单元模块化加工与模块化安装工艺

公共建筑中发光吊顶风格的衍生产品具有多层次、多样化、多风格的发展趋势。项目迎宾厅吊顶设计采用江南菱花造型，强调空间体验感。为确保设计效果落地，通过前期市场调研并与国内顶尖供应商沟通探讨，考虑到顶面的六边形模块数量过多，采用集成模块化的思维方式，研发了一种六边形发光单元及其组合（图1），六边形发光单元之间可以组装形成不同形状，安装方便，定位准确。将发光板安装在灯筒内部，以达到所需的灯光效果；在多边形大框架上设有安装槽，灯筒直接插入安装槽内便可完成拼装；组装完成后加强支撑水平，以便实现一体化安装。如此，该套工序可在工厂加工组装后运至现场直接安装，可以根据需要组合成多种形式（图2），满足不同场景、不同人群需求；组装完成后可直接进行模块化安装。

图1 六边形发光单元

图2 迎宾厅吊顶现场效果

3.2 内凹式曲面金属天花板单元模块加工及安装工艺

3.2.1 三维内凹式六边形单元板块高精度生产加工工艺

项目主会场天花板吊顶设计以星空为主题，从整体造型到单个构件包含了大量不规则的曲面造型，大空间不规则曲面造型对饰面板加工制作、板面变形控制、板块安装等方面也提出较高要求。通过多方面、多渠道、多领域的调查、研究，并进行多轮样板比对，最终选择了一种三维内凹式六边形曲面铝板造型单元，通过六边形单元组成矩阵拟合成一个拱形的穹顶空间，每个六边形单元沿着法线方向凹进布置一个小六边形用于安装灯具，拼接组装考虑整体造型的渐变性（图3）。

图3 主会场完工效果

为实现单元板块工厂化加工，采用参数化建模结合数控机床加工，使单元板块经切割、折弯、点焊成形，整个六边体仅由两部分拼接而成，从而控制了板面变形问题；成形产品经检测、弯弧、焊接、打磨、抛光、三维扫描检验、喷涂、包装制作完成。采用国内少见的室内三维曲面铝板墙顶一体化金属板加工工艺进行产品制作，呈现出星空璀璨、浑然一体的设计效果。

3.2.2 弧形曲面区基层骨架构造

产品制作的问题解决后，如何达到安装精度同时保证弧度造型也需进一步考究。通过1∶1实体样板安装发现，由吊顶引至墙面的弧形曲面区域随着高度的下降，每个六边形内凹单元的弧度都不尽相同，常规的龙骨安装靠单元板块上4个点与龙骨进行固定，无法控制六边形内凹单元的弧度。为保证弧度造型并控制安装精度，根据铝板饰面造型线对曲面变形区域定制弯曲型材背架龙骨（图4），整套骨架系统通过焊接的方式进行连接。骨架搭设完成后，进行拱形支撑轨道的安装，在支撑轨道的上方形成滑槽，沿滑槽移动安装较为省力且提高了安装效率。

图4 龙骨骨架三维示意

3.2.3 三维铝板单元模块化安装工艺

主会场天花板以弧形饰面＋钢基层组成异形铝板吊顶系统，星空金属造型总面积2 330 m2，共43道模块，需要吊装86次，吊顶系统结构组装主要在工厂完成，有利于快速组织材料。运至现场后，六边形内凹单元从红色支撑轨道（图5）下方送至相邻的2个支撑轨道之间，六边形内凹单元两侧的挂钩挂在两侧的滑槽内，沿滑槽移动至安装位置，然后通过螺栓将挂钩与支撑轨道连接固定，依照此方法，将六边形内凹单元依次安装完成。单元化、模块化的安装工艺可复制性强，可以大大提升生产安装效率，并具有较好的视觉效果。

图5 红色支撑轨道滑槽

3.3 艺术发光玻璃吊顶模块化制作及安装工艺

随着内装行业的发展，室内装饰吊顶也不再满足于传统的石膏板或金属板吊顶形式，艺术玻璃吊顶开始频繁使用。背景工程门厅作为向公众展示历史建筑文化和公共交流的重要空间，顶面采用艺术玻璃呈现出无质量的形态及开阔的空间。现有的艺术玻璃吊顶安装结构需要木基层打底，无法满足国家消防规范规定的A级防火需求。

研究采用了一种模块化艺术玻璃吊顶结构，以解决现有技术中玻璃吊顶安装中存在的无法达到国家消防规范等级要求、安装效率低、可靠性差的技术问题。首次在现场采用钢制方管按照设计造型制作单元模块框架，矩形铝板底部设置翻边用以固定玻璃。整体框架制作完成后，采用电动葫芦配合人工吊运至转换层，利用螺栓或焊接的方式连接加固。待框架整体安装结束后放置玻璃，再将铜片饰面用螺钉固定于钢骨架上，完成模块化艺术发光玻璃吊顶模块化制作及安装。

4 特殊复合材料墙饰面集成制作与模块化安装

艺术品级材料如苏绣、高档天然石材、琉璃等具有极高的艺术表现力，但在装饰工程中（尤其是大空间装饰工程中）面临超规格产品加工制作、安装及后期产品保护等全过程的技术难题。背景工程中存在大量艺术品级材料作为最终装饰面的饰面，采用材料复合工艺将艺术品级饰面与衬底材料进行有机融合，通过特殊复合加工工艺对艺术品级材料进行保护与加强，有效保障了各类特殊材料的效果呈现。对整体饰面把墙面板块和背后钢架作为整体，实现超大板块特殊墙面材料饰面的模块化安装。

4.1 超大板块雕刻木皮-金属复合饰面制作与模块化安装工艺

背景工程会见厅墙面为国内首见的超大型山水画浮雕木饰面，选用珍贵木材美国胡桃木，板块高度达到12 m，雕刻面积更是超过60%，此类超大型板块的加工、运输、安装是项目需要解决的重要问题。为减轻超大尺寸板块的质量，也方便后期的安装，采用木皮金属复合的方式制作饰面。木皮金属复合装饰板表面蚀刻木纹效果还原设计效果，背面采用瓦楞铝板也可有效起到加固、防水、防潮、防火的效果。为了避免传统工艺木皮金属胶接处易出现开裂、离层等问题，采用环保树脂胶粘贴木质表皮工艺进行加工，确保了木质表皮不起泡、不开裂、附着力好。将木皮与金属复合后，采用三维流线型建模结合顶级CNC雕刻机床实现三维雕刻，板材背后附加弧形龙骨，将超大板块雕刻木皮金属复合饰面折成自然弧形，整个过程体现了当代加工工艺的极致。

在饰面安装阶段，为保证超大尺寸饰面的平整度，采用焊接或螺栓稳固的方式搭建金属支架作为木皮金属复合装饰板的背附骨架。木皮金属复合饰面板的背附骨架上根据钢架干挂件的位置配套设置6个带有下凹口的挂板，安装时将饰面板直接挂装于钢骨架上，并可进行上下左右调节，把墙面板块和背后钢架作为整体，通过挂杆式的连接方式进行安装，实现超大板块雕刻木皮金属复合饰面的模块化安装。

4.2 超高石材-金属复合模块制作与可拆卸式安装工艺

4.2.1 石材-金属复合轻量化饰面结构制作工艺

峰会厅墙面艺术造型灵感来源于竹海，选取自然界中难得的最接近龙泉青瓷梅子青色彩的大理石——巴西皇家绿（玉石系）实现超大面积艺术墙设计效果。整墙石材会消耗大量的材料，对承重结构要求较高且成本不菲。因此，采用石材-金属复合造型的轻量化饰面结构墙体，运用先进的数控设备对荒料进行水刀成形切割，然后依据石材造型加工金属背板，采用螺栓及粘胶等多种方式将石材与金属板固定牢固，这种石材和金属相结合的方式形成立体式的饰面墙体更具有立体感和层次感，可适于批量化生产加工。

4.2.2 超高石材单元板块可拆卸式安装节点

传统的石材饰面墙安装工艺上较为烦琐，一旦安装完成就无法单独拆卸，遇到石材破损、脱落等问题，难以进行单块维修，不符合绿色环保要求。研发一种可拆卸式单元板块构造，实现了超高石材的现场便捷安装。将石材与金属板复合后，在金属板背面固定安装竖向U形连接件，而石材背附骨架采用金属铜板格栅框架，设置有水平U形插槽，铜板饰面墙采用厚纯铜板及铜管，表面艺术镀银或做旧处理，该金属格栅框架可在工厂内进行模块化加工，依据现场实际尺寸按相同模数进行分割，在现场固定安装两侧金属立柱后，将金属格栅运至现场直接焊接拼装完成，随后将金属复合石材插入格栅上的U形槽与金属框架固定即可，且饰面复合石材可以反复使用、拆卸自如。

进一步通过样板段施工对这种可拆卸式安装构造节点进行了优化。样板段施工时发现，由于石材自重大，墙面边角安装半块石材的区域出现整体倾斜现象。优化后在复合金属石材背后U形槽位置增加1个螺栓将石材完全固定，后期需要拆卸时再松开螺栓，达到可拆卸式的安装标准。这样既保证了石材饰面的平整性，防止石材因自重产生倾斜的问题，又满足了可拆卸式的构造节点要求。

4.3 超大尺寸手工刺绣软包一体化饰面制作与安装工艺

宴会厅两侧墙面局部选用苏绣织物，苏绣单屏门幅1.4 m，高11 m，共44幅，以人工刺绣方式实现艺术品与饰面材料的有机融合，具有极高的艺术表现力。现有的常规织物软包张紧装置一般对软包材料进行一次性张紧固定，使用一段时间后由于软包材料发生延展可能导致软包墙面出现松弛、褶皱。为有效避免上述问题，宴会厅超大尺寸刺绣软包的制作突破了常规方式，通过弹性连接件装置（图6）和特殊复合工艺巧妙实现对超大尺寸苏绣的保护加强，形成一体化饰面，利于现场安装。首先，从软包的构造特性考虑，通过设置弹性连接件实现软包的自动张紧，将弹性连接件固定在滑块上，并设置一个导向槽以便为后续弹性连接件拉动滑块张紧软包面层提供空间。借助该张紧装置可以实现软包材料的自动张紧，后续即使软包材料自身发生延展，也可以保持软包材料的张紧状态。同时，为保证软包结构的吸声效果，可在底板一侧安装吸声棉等吸声材料。

图6 苏绣弹性连接装置安装节点

在安装方面，超大尺寸刺绣软包制作后形成一体化饰面，通过专用配套挂件直接固定于墙体上，并可循环利用，实现超高效率的模块化安装，且拆卸方便，便于后期维护。

4.4 超大尺寸曲面金属板块饰面制作与安装工艺

4.4.1 超大型复合铝板整体冲压成形工艺

为呼应主会场上空璀璨星空，共铸辉煌的设计理念，主会场墙面采用三维异形铝瓦楞复合板。考虑到传统的曲面金属装饰面板划分小单元逐个拼接安装的效率较低、周期较长，为减少曲面金属单元板块的拼接，现场测量放线确认尺寸后，工厂制作双曲面磨具，对超大型复合铝板进行整体冲压成形。此外，为突出铝板表面木纹肌理，铝板表面白色蚀刻木纹纹理（横纹）并在表面涂刷环氧树脂。

4.4.2 曲面板与基层骨架模块化集成工艺

为保证超大尺寸单元板块饰面的整体性、可靠性及便于安装，除了饰面金属板，曲面金属面板还包含支撑龙骨结构，在饰面金属板的前端沿其长度方向设置内凹夹角以达到渐变的效果，整个支撑龙骨结构不仅保证了曲面金属板的稳固性，通过夹角的调整打造渐变效果，还能为后面安装所用挂件提供固定点。

现场各种饰面安装多采用模块化的集成方式，主会场墙面超大尺寸曲面金属板产品研发的目的之一是通过挂件等方式进行模块化安装，以在保证施工精度的同时大幅度减少工期。主会场整个墙面为同一造型，为方便龙骨和饰面板的拆卸重复利用，采用定制挂件的安装方式，调节钢板设置一个上凹形的凹口用于搁置挂杆，在曲面金属铝板骨架上同样设置有下凹口的钢板用于铝板与挂杆的连接。挂杆与钢板之间加设橡胶垫，减少振动摩擦，饰面的微调通过钢板上的条形孔进行（图7）。

图7 曲面金属铝板安装节点

4.4.3 超大尺寸饰面板机械化安装技术

超大尺寸饰面板的安装若采用常规的吊装方式，需要大量劳动力相互配合，安装精确度难以控制，并存在一定的安全隐患，因此，研发了一种夹持移送机构，借用机械辅助的手段完成精准安装。

将曲面金属面板放置在胎架上，人工将胎架整体横向翻转90°，利用夹持移送机构夹持，再将曲面金属面板纵向旋转90°并送至待安装位置，待曲面金属面板的平面龙骨与待安装位置连接固定，夹持移送机构与曲面金属面板脱离，完成安装，整个过程通过操纵夹持机构实现机械化安装，大大降低劳动量，提升效率。

5 结语

课题研究形成超大尺寸天花板集成制作与模块化安装工艺，和特殊复合材料墙饰面集成制作与模块化安装工艺。背景工程大型空间装饰建造采用了超大尺寸饰面和艺术品级材料复合饰面，通过高精度生产加工、饰面与骨架进行模块化集成、超大尺寸饰面模块化工业化安装，实现超大尺寸饰面的精致建造、精准安装，通过复合特殊工艺巧妙实现对艺术品级材料的保护加强，有效保障了各类特殊材料的效果呈现。研究成果可以有效提高施工质量和施工效果，有利于模块化建造在公共装饰领域的进一步推广，促进我国建筑装饰向集成化和精细化发展。