建筑幕墙设计优化与质量控制研究

刘 斌 丁 伟 刘 晨

幕墙作为建筑的“外衣”，其设计质量直接影响建筑的整体性能。但当前市场上存在部分设计不合理、质量不过关的幕墙产品，不仅影响了建筑的美观性，还可能带来安全隐患。因此，对建筑幕墙设计进行优化并加强质量控制，不仅有助于提升建筑的整体性能，还能为社会的安全和稳定作贡献。

1 建筑幕墙设计优化与质量控制的重要性

幕墙作为建筑的外墙围护，其设计和质量的重要性不容忽视。幕墙不仅是建筑的外在表现，更是功能、美学和安全的综合体现，具体为：第1，从设计优化的角度来看，幕墙的设计直接关系到建筑的整体外观和使用功能。优化设计不仅能提升建筑的审美价值，还能有效提升其功能性，如提高建筑的保温性能、降低噪声等，从而提供更舒适的室内环境。此外，合理的设计不仅可以降低建设成本，为业主和投资者节省资金，还能提高幕墙的安全性，为建筑提供更好的保护。第2，质量控制对于幕墙施工至关重要。高质量的幕墙能够保证建筑的稳固性和安全性，避免因施工问题导致的安全隐患；高质量的施工可以确保材料连接紧密、防止雨水渗漏等问题，从而提高幕墙的使用寿命。同时，优质的施工质量能够减少后期的维修和更换工作，降低维护成本[1]。优质的施工质量和完善的售后服务能提升企业的市场形象与声誉，为企业赢得更多的客户信任。

2 建筑幕墙设计优化

2.1 幕墙系统优化

我国铝合金门窗、幕墙行业的发展始终伴随着中国改革开放的进程，从1980 年代初开始发展到1990 年代进入高速发展期，该行业从无到有、从小到大、从弱到强，中国幕墙与中国的改革开放共同走过了四十多年的历程。幕墙有技术标准，但没有产品标准，每家幕墙公司、顾问公司、设计公司按自已的思路设计产品，特别是2000 年后，幕墙设计顾问公司遍地开花，但水平参差不齐，因此对幕墙招标图要进行综合分析，存优去弊，合理选用幕墙形式。有关幕墙的设计优化不是简单的减小壁厚，而是要按等压腔原理，合理布置腔体结构。

2.2 材料选择优化

在建筑幕墙设计优化中，材料选择的优化是至关重要的环节。材料的选择直接影响到幕墙的性能、外观、成本及可持续性。对于玻璃幕墙，可选择低辐射玻璃或中空玻璃提高其隔热性能，降低能耗。同时，为了增强安全性，可选择钢化玻璃或夹胶玻璃。这些玻璃品种具有更好的抗冲击和抗爆裂能力。在外观效果上，根据建筑风格和设计要求，可选择不同颜色、纹理和镀膜的玻璃，以满足多样化的审美需求。为了实现环保可持续性，可优先选择回收玻璃制成的产品，并考虑使用光电幕墙等绿色能源技术；石材幕墙，石材的选择要根据建筑风格和设计要求进行。例如，选用优质石材品种及同一矿脉并进行排版。关注石材的加工工艺也很有必要，要确保其尺寸精确、表面平整。此外，合理的连接方式和防护处理也是提升石材幕墙性能和耐久性的关键措施。在选择金属材料时，需要考虑其防腐和防锈性能。金属表面的喷涂、烤漆和电镀等处理方式也是优化设计的一部分，可以提高其耐久性和美观度[2]。结构设计、通风与排水设计以及可回收性等因素也需要纳入考虑范围。

2.3 结构设计优化

在建筑幕墙设计优化中，结构设计不仅关系到幕墙的稳定性、安全性和耐久性，还影响建筑的整体外观和功能的发挥。结构设计优化的目标是确保幕墙的稳定性和安全性及经济性，合理选用受力模型，如立柱采用单跨、双跨、多跨铰接等形式，进行强度和刚度的计算，以确保幕墙在各种极端情况下都能保持稳定。对于一些有特殊要求的建筑，如曲面建筑、异形建筑等，需要进行特殊的结构设计，以满足其独特的外观和功能要求。合理的结构设计可以降低施工难度、缩短安装时间，提高施工效率。同时，确保结构的可维护性和可维修性，便于日后对幕墙进行检查、清洁和维护。

2.4 节能与环保设计优化

在建筑幕墙设计优化中，节能与环保设计优化是当前及未来发展的重点方向。随着人们环保意识的增强，节能和环保已成为评价建筑优劣的重要标准。具体关注点为：第1，节能设计优化主要关注的是幕墙的保温和隔热性能。通过选择合适的材料和构造方式，可以有效降低建筑能耗。例如，对于玻璃幕墙，可以采用中空玻璃、低辐射（Low Emissivity，Low-E）玻璃等具有优异保温隔热性能的材料，同时配合使用遮阳系统，如可调节的百叶、窗帘等，根据需要调节光线进入室内，可减少夏季太阳辐射的热量和防止冬季室内热量散失。第2，环保设计优化主要关注的是减少环境破坏和资源消耗。优先选择可再生或可回收的材料，如铝材、钢材等金属材料和玻璃材料。第3，减少材料的使用量，简化结构，减轻幕墙的自重，也是环保设计优化的重要方面。此外，考虑使用太阳能、风能等可再生能源，结合光电幕墙、风能幕墙等技术，将建筑与可再生能源相结合，有助于实现节能减排的目标[3]。

2.5 外观与功能设计优化

幕墙其外观设计直接影响到建筑的整体形象和美感，功能设计则关系到幕墙的实际使用效果和性能表现。外观设计优化主要关注的是幕墙的视觉效果和艺术性。幕墙设计师需要深入理解、领会建筑师的设计理念和风格，实现建筑效果，同时将亮化方案融入幕墙构造中。设计师需要根据建筑的使用需求和功能要求进行针对性的设计。例如，对于需要大面积采光的建筑，可采用透明度高的玻璃幕墙；对于需要重点保温的建筑，可采用保温性能优异的石材或金属幕墙。此外，功能设计还需要考虑幕墙的通风、排水、防盗、防火等性能，确保幕墙在使用过程中的安全性和稳定性。

2.6 安全性能设计优化

建筑幕墙设计优化中的安全性能设计优化直接关系到幕墙的使用安全和使用寿命，具体为：第1，安全性能设计优化的首要任务是确保幕墙结构的稳定性。设计师需要充分考虑风压、雪压、地震等因素对幕墙的影响，进行细致的结构计算和设计。例如，合理选择材料确保结构的强度和刚度，还有玻璃、石材面板所规定的每平方米最大铺设面积。同时，采用可靠的连接方式和固定节点，保证幕墙的整体性和稳定性。第2，防火设计是安全性能设计的关键部分。根据建筑物的防火等级要求，选择耐火性能良好的材料，如防火玻璃、防火板等。合理设计防火墙、防火分隔等措施，确保火灾发生时能有效阻止火势蔓延。第3，防雷设计也是安全性能设计的重要环节。根据建筑物的防雷等级要求，利用防雷装置将雷电引入地下，防止雷电对幕墙和建筑物造成损害。

3 建筑幕墙质量控制

3.1 材料质量控制

材料的质量直接影响到幕墙的性能、安全性和耐久性，具体为：第1，选择优质的原材料是保证幕墙质量的基础。对于玻璃幕墙，应选择符合国家标准的浮法玻璃、钢化玻璃等优质材料，确保其具有良好的透明度、强度和安全性。对于金属幕墙，应选用优质钢材、铝材等，确保其具有足够的强度和耐腐蚀性。第2，材料的进场检验和验收是材料质量控制的重要环节。材料进场前，应对材料的规格、型号、质量证明文件等进行检查，确保材料符合设计要求和相关标准。对于关键材料，如玻璃、钢材等，应进行抽样检测，确保质量符合要求。对于不合格的材料，应及时退回或处理。第3，材料存储和使用过程中的质量控制也不容忽视。对于不同的材料，应按照其存储要求进行科学的存储和保管，防止材料受潮、变形或损坏。在施工过程中，应按照材料的性能和使用要求进行合理的加工和使用，避免材料损坏导致性能下降[4]。

3.2 施工质量控制

施工质量的优劣直接关系到幕墙的性能、安全性和耐久性。施工前应进行详细的技术交底和图纸会审，确保施工队伍充分理解设计意图和技术要求。对施工人员进行技术培训和安全教育，提高与增强其技能水平和安全意识；施工过程中应严格控制材料加工和安装质量，对隐蔽项（如埋件纠偏处理、后置埋件拉拔试验、焊缝质量检测、焊缝防腐处理、防火隔断处理等）均需在该项工序验收合格后，方可进行下一道工序。对每一道工序进行质量检查，确保其符合设计要求和相关标准。对于关键工序，如玻璃安装、焊接等，应进行严格的抽检或全检，确保质量达标。在验收阶段，应组织专业人员进行全面的质量检查和评估，对存在的问题及时进行处理和整改。除此之外，还应加强与业主、监理等各方的沟通与协调，及时处理和解决质量问题，也是施工质量控制的重要方面[5]。

3.3 质量检测与评估

质量检测与评估是至关重要的一环。通过质量检测与评估，可全面了解幕墙的质量状况，及时发现和解决潜在的问题，确保幕墙的性能、安全性和耐久性，具体为：第1，质量检测与评估应贯穿整个施工过程。材料进场时，应对材料的外观、尺寸、质量证明文件等进行检查，确保材料的质量符合要求。施工过程中，应对各道工序进行质量检查，对于关键工序，如玻璃安装、焊接等，应进行严格的抽检或全检，确保其质量达标。在施工完成后，应进行全面的质量检测与评估，包括外观、尺寸、性能等方面的检测。第2，质量检测与评估的方法应根据具体情况选择。对于外观和尺寸的检测，可采用目测或测量工具测量。对于性能的检测，如幕墙四性试验，主要受力构件、连接螺栓、面板材料、玻璃光学热工、密封胶、结构胶、保温防火材料等试验，需有资质的专业机构进行测试。对于检测合格的部位或材料，可进入下一道工序或验收阶段；对于不合格的部位或材料，应及时进行处理和整改，并重新进行质量检测与评估。同时，应对质量检测与评估的结果进行分析和总结，找出潜在的问题和改进的方向，不断提高幕墙的质量水平。

3.4 维护与保养管理

合理的维护与保养，可有效延长幕墙的使用寿命，减少维修和更换的频率，从而降低运营成本，具体为：第1，制订详细的维护与保养计划至关重要。这个计划应该明确保养的责任人、保养周期、保养内容及保养方法。对于不同类型的幕墙，如玻璃幕墙、金属幕墙和石材幕墙，保养计划应有所区别，其所需的维护和保养方法各不相同。第2，定期检查是维护与保养管理的重要部分。幕墙的各部分，包括框架、玻璃、密封材料等，都应定期检查。检查的重点在于查找和修复潜在的问题，如框架变形、玻璃破碎、密封材料老化等。一旦发现问题，应立即修复或更换。第3，幕墙应定期清洁，去除积累的尘埃、污垢和其他污染物。清洁时应使用适当的清洁剂，并遵循制造商的指导，以免对幕墙造成损害。第4，应对幕墙的连接部位进行定期检查和加固，确保其牢固可靠。对于使用中的问题或故障，应进行及时处理和记录，并定期进行汇总和分析，找出问题的原因和解决方案。第5，维护与保养管理还需要建立相应的管理制度和操作规程，明确各方的责任和义务。第6，加强对相关人员的培训和教育，增强与提高其维护与保养意识和技能水平。通过建立有效的维护与保养管理机制，可确保幕墙始终处于良好的工作状态，为建筑的安全性和美观性提供保障。

4 案例分析

4.1 项目概况

工程名称：中交集团上海总部基地项目幕墙工程（以下简称S 工程）。工程地点：上海市杨浦区平凉社区03G3-01 地块，东至规划通北路，西至规划宁远路，南至规划天章路，北至杨树浦路。幕墙面积：幕墙面积合计约80570 m2，2#楼为5623.5 m2，3# 楼 为3997 m2，4# 楼3749 m2，5#楼35433 m2，6# 楼19152 m2，7# 楼7976 m2，连廊3187 m2，下沉广场1453 m2，其中5#楼、6#楼单元板块数量约5682 块。整个项目地下共设3 层，地上共设6 个单体，其中2#～4#楼为商业区，5#～6#楼为办公区，7#楼为公共配套服务设施用房。质量目标：一次性验收合格。

4.2 质量控制措施及实施效果

4.2.1 质量控制措施简述

质量控制措施具体为：第1，材料质量控制：与供应商建立长期合作关系，确保原材料质量稳定。所有进场材料必须进行质量检查，包括玻璃、五金件、粘胶等，确保符合设计要求和行业标准。第2，施工工艺控制：根据工程特点，制订详细的施工工艺和操作规程。施工过程中应加强技术交底，确保每个工人都明确自己的职责和操作要求。第3，质量检查与验收：建立完善的质量检查制度，对每个工序进行质量抽查或全检，上道工序不合格的一律不得进入下道工序。同时，定期组织内部验收工作，确保质量达标。第4，安全措施：制订全面的安全管理制度和操作规程，确保施工过程的安全。还可以定期进行安全培训和演练，提高员工应对突发事件的能力。此外，要对施工现场进行定期安全检查，及时发现和消除安全隐患。第5，环境保护措施：严格遵守国家和地方的环境保护法律法规，合理利用资源，减少能源消耗和材料浪费。

4.2.2 实施效果

实施效果为：第1，质量合格率提高：通过有效的质量控制措施，S工程的幕墙质量显著提高，一次性验收合格率达到98%。第2，减少维修成本：由于质量的提高，幕墙的维修成本大幅降低，为业主节约了运营成本。第3，客户满意度提升：业主对S工程的质量给予高度评价，提升了中交集团的市场声誉。第4，增强竞争力：通过该项目的成功实施，中交集团在幕墙施工领域的竞争力将会得到进一步提升。

5 结语

建筑幕墙作为现代建筑的重要组成部分，其设计优化与质量控制工作尤为关键。设计优化能提升幕墙的美观性、实用性和经济性，更能确保其与建筑整体风格的和谐统一。质量控制则是保证幕墙安全性、耐久性的基石，关系到建筑使用者的生命财产安全。同时，必须高度重视建筑幕墙的设计优化与质量控制工作，探索创新设计理念和科学的质量控制方法。严格把控材料选择、加工工艺、安装施工等各环节，确保幕墙工程的每项细节达到最高标准，打造出美观、安全，经济、耐用的高品质建筑幕墙，为现代城市的建设与发展贡献力量。