1 前言
建筑幕墻單元化的核心思想是盡可能地把所有的幕墻產(chǎn)品放在工廠進行生產(chǎn)，工地只是簡單地安裝，同時盡可能地使用建筑機械進行施工，從而有效地提高幕墻產(chǎn)品的整體質量和安裝效率，盡可能地降低人員傷害事故。所以，概括成三句話，就是“能工廠做的不工地做、能地面做的不高空做、能機械化的不用人工”。
建筑幕墻單元化貫穿了建筑幕墻設計、生產(chǎn)、施工等整個環(huán)節(jié)，本文建筑幕墻單元化主要包括兩個方面的內容，一是框架式幕墻單元化;二是異形幕墻單元化。
2 框架式幕墻單元化
傳統(tǒng)的框架式幕墻一般都是在工廠加工好材料后，運到工地進行骨架、面板等材料的安裝，大量的工作集中在工地完成，對幕墻的整體質量控制要求較高，安裝質量完全依賴安裝工人的綜合素質，安裝質量較難有效地監(jiān)督和控制，且現(xiàn)場安裝工期較長，進度完全依賴安裝工人的人數(shù)，也容易產(chǎn)生安全事故。如何才能解決框架式幕墻的這些弊端呢?對框架式幕墻進行單元化可能是一種非常有效的技術思路。
2.1 設計思路
傳統(tǒng)的幕墻系統(tǒng)主要是框架式幕墻和單元式幕墻，兩者各有優(yōu)缺點，而框架式幕墻單元化系統(tǒng)則很好地整合并吸取了兩種傳統(tǒng)幕墻系統(tǒng)的優(yōu)點：如幕墻板塊在工廠進行工業(yè)化生產(chǎn)，標準化程度高，與工地組裝相比，幕墻組裝質量更加容易控制和保障，施工效率也顯著提高。同時，框架式幕墻單元化系統(tǒng)的所有防水采用成熟可靠的硅酮密封膠進行密封，維護更加簡單、便捷，形成了一種新型的打膠單元式幕墻系統(tǒng)，避免了傳統(tǒng)幕墻系統(tǒng)的缺點，如單元式幕墻系統(tǒng)設計較復雜，多層空腔和多道膠條的防水設計如果不合理，容易造成系統(tǒng)設計失誤。
2.2 框架式幕墻單元化
框架式幕墻單元化就是盡可能地將框架式幕墻進行單元化設計，使其滿足工廠的單元化生產(chǎn)和工地的單元化安裝。框架式幕墻中常見的幾種幕墻形式如玻璃幕墻、鋁板幕墻、石材幕墻等都可以按照這個設計思路進行單元化的設計，下面以標準的框架式玻璃幕墻為例進行分析、比較。
2.2.1 標準框架式幕墻與框架式幕墻單元化比較
與標準框架式幕墻相比，框架式幕墻單元化系統(tǒng)吸取了單元式幕墻的優(yōu)點，將每個分格做成單元板塊，以實現(xiàn)在工廠的工業(yè)化生產(chǎn)，工地的機械化施工，極大地提高了幕墻加工質量、安裝質量和安裝效率，具體詳見圖1和圖2。具體改進方案如下：
1) 將立柱和橫梁都拆分設計為對插型材，以實現(xiàn)板塊單元化;
2) 型材加工同樣只需簡單切割，無需廢時廢工開槽銑槽;
3) 材料成本有所增加，但綜合成本如安裝成本等顯著降低。
圖1 標準框架式幕墻(左)和框架式幕墻單元化水平節(jié)點(右)
圖2 標準框架式玻璃幕墻(左)和框架式玻璃幕墻單元化豎向節(jié)點(右)
2.2.2 標準單元式幕墻與框架式幕墻單元化比較
與標準單元式幕墻相比，框架式幕墻單元化系統(tǒng)更加簡單，型材之間的插接僅是用于保證玻璃面板（詞條“玻璃面板”由行業(yè)大百科提供）表面的平整度，沒有水密、氣密的要求，但安裝方案、措施基本相同，具體改進方案如下：
1) 取消多道水密、氣密腔，將膠條防水、防氣改為成熟的耐候膠防水、防氣;
2) 對插橫梁截面高度可大大減小，材料成本明顯降低;
3) 圓弧半徑較小的單元板塊完全適用;
4) 型材加工只需簡單切割，無需廢時廢工開槽銑槽，極大地提高了加工效率等。
同樣，框架式鋁板（詞條“鋁板”由行業(yè)大百科提供）幕墻和石材幕墻單元化只需將面板材料由玻璃改為鋁板或石材，固定面板的方式也進行相應調整即可。
2.3 框架式幕墻單元化工程實例
下面以深圳寶安國際機場T3航站樓登機廊橋幕墻工程實例來進一步闡述框架式幕墻如何單元化。
深圳寶安國際機場T3航站樓共有58個登機廊橋，總幕墻面積約8.7萬平方米，其中玻璃幕墻約1.8萬平方米，鋁板幕墻約6.9萬平方米，具體詳見圖3。每個登機廊橋只有1500多平方米，頂部標高約8米，底部標高約4米，且位置非常分散，如果采用傳統(tǒng)的框架式幕墻進行大面積現(xiàn)場施工，58個登機廊橋每個都要搭滿堂腳手架，施工效率不高，工期難以保證。
圖3 深圳機場T3航站樓登機廊橋實景
對此，在本幕墻工程中，對登機廊橋部分的原框架式幕墻進行了單元化設計、施工，將原招標圖紙中的框架式幕墻系統(tǒng)改進為單元化的幕墻系統(tǒng)，將立柱一分為二，形成單元板塊，兩個幕墻系統(tǒng)的節(jié)點比較參見圖4和圖5，通過框架式幕墻單元化改進，將玻璃或者鋁板面板與骨架組裝成單元板塊，使所有板塊盡可能地在工廠進行大批量生產(chǎn)，整體運往工地后，用單元式幕墻板塊安裝方式在工地進行機械化吊裝（詞條“吊裝”由行業(yè)大百科提供），板塊間不插接，依靠外側打膠進行密封。
通過最終測算，綜合成本明顯降低，施工效率大幅提升，采用汽車吊進行吊裝施工，一個登機廊橋一周時間即可大面積完工，為保證深圳機場總體施工工期奠定了堅實的基礎。
圖4 原玻璃幕墻招標節(jié)點(左)和單元化后的幕墻節(jié)點(右)
圖5 原鋁板幕墻招標節(jié)點(左)和單元化后的幕墻節(jié)點(右)
3 異形幕墻單元化
近十年，國內出現(xiàn)了很多外觀設計新穎且造型奇異的建筑，盡管建筑高度不高，但由于其造型特殊，通常無法界定哪些屬于幕墻，哪些屬于屋面，這里統(tǒng)稱為異形幕墻工程。異形幕墻一般都是三維空間造型，外形復雜，所有骨架和面板需要三維定位和三維安裝，如果還是按傳統(tǒng)框架式幕墻在工地現(xiàn)場進行三維定位和安裝，將會給設計、加工、安裝等環(huán)節(jié)帶來極大的困難，同時加大了對技術、質量和工期的要求，有沒有辦法可以解決呢?通過近年來對具體的異形幕墻工程的研究和探討，筆者認為異形幕墻單元化可能是最好的解決辦法。
3.1 設計思路
一般來說，異形幕墻雖然造型奇異，但通常還是有規(guī)律可尋。首先將異形幕墻外立面進行單元板塊劃分，劃分單元板塊大小的原則是應滿足可單元化生產(chǎn)和可單元化吊裝兩個條件，然后將劃分出來的單元板塊進行整體設計，整體組裝和整體吊裝，既可保證工程質量，又可極大的提高施工效率。
由于異形幕墻工程差異較大，只能具體工程具體分析，下面分別列出幾個具體的異形幕墻工程實例來進行探討。
3.2 南昌萬達茂幕墻工程
南昌萬達茂幕墻工程采用了江西特色的青花瓷圖案，幕墻最大標高25.9米，建筑立面由29個雙曲面青花瓷造型組成，是目前世界上最大的青花瓷建筑。主要幕墻類型為13mm厚瓷板幕墻（詞條“瓷板幕墻”由行業(yè)大百科提供）和3mm厚鋁板幕墻，幕墻面積約7.9萬平方米，實景照片見圖6。
圖6 南昌萬達茂青花瓷幕墻工程實景
南昌萬達茂青花瓷幕墻工程是一個典型的異形幕墻工程，主要存在以下的重難點：
1) 外立面造型奇異，多為雙曲面，各面板尺寸大小不一，差異變化較大;
2) 面板上有青花瓷圖案，各面板編號不同，種類較多，在工地查找材料非常困難;
3) 原招標圖為框架式幕墻，大部分幕墻骨架和面板都是空間三維造型，需在工地現(xiàn)場進行三維空間定位，放線困難;
4) 大部分是高空斜曲面施工作業(yè)，絕大部分無法搭設腳手架進行施工，危險性較大;
5) 青花瓷罐體間相貫線收口位置工藝復雜，安裝質量要求高;
6) 項目施工工期緊等。
如何解決以上存在的問題呢?采用異形幕墻單元化可以很好地解決這些難題。首先將所有立面中的800x600mm分格的單塊瓷板合并成為3x3分格的小單元，形成一個2400x1800mm的單元板塊，共6142個單元，每個單元由9塊瓷板與支承鋼架組成，在工廠根據(jù)三維設計放線進行大批量工業(yè)化生產(chǎn)，單元板塊運到工地后采用汽車吊進行吊裝。
圖7 青花瓷異形幕墻單元劃分
通過異形幕墻的單元化，大幅減少了單位面板的數(shù)量，減少工地異形材料組織、堆放等難度，所有單元板塊只需按設計提供的三維坐標控制兩個固定點坐標，極大地減少了滿堂腳手架的使用量，青花瓷罐體間相貫線收口仍采用框架式安裝方式，進行現(xiàn)場拼裝，避免工廠加工板塊誤差造成的影響，更有利于控制相貫線間的板塊安裝質量。雖然材料成本有所增加，但綜合成本顯著下降，施工效率顯著提高。單元板塊間固定節(jié)點見圖8。
圖8 青花瓷異形幕墻單元化水平節(jié)點
3.3 武漢萬達K5不銹鋼球幕墻工程
武漢萬達K5幕墻工程最大標高40.6米，主要幕墻類型為鋁板幕墻和直徑為600mm的帶LED（詞條“LED”由行業(yè)大百科提供）的不銹鋼金屬球，幕墻面積約3.5萬平方米，實景照片見圖9。
圖9武漢萬達K5不銹鋼球幕墻工程實景
武漢萬達K5不銹鋼球幕墻工程最大的特點是在鋁板幕墻上打孔，外側安裝直徑為φ600mm不銹鋼球，不銹鋼球總數(shù)為4.3萬多個，而每個不銹鋼球正立面又安裝了大小不一的LED照明。由于原招標圖設計為框架式幕墻，所有鋁板和不銹鋼球需在現(xiàn)場安裝，容易造成在鋁板幕墻上打孔后再安裝不銹鋼球時的防水問題以及4.3萬多個不銹鋼球如何保質保量地安裝。
本工程鋁板幕墻中鋁板分格均為45度斜線放置的菱形，菱形對角線長度為900mm,每個菱形鋁板中間位置打孔后安裝不銹鋼球，具體節(jié)點詳見圖10。如何進行異形幕墻單元化呢?首先將9塊菱形鋁板合并成一個大的菱形單元板塊，整個菱形單元板塊包括鋼骨架、9塊菱形鋁板和9個不銹鋼球均在地面組裝成一個單元體，再用汽車吊進行整體吊裝。由于單元板塊在地面組裝，從而解決了鋁板與不銹鋼連接處的防水和單獨安裝不銹鋼球比較困難的問題，安裝質量和安裝效率大大提高，吊裝措施詳見圖11。
圖10 不銹鋼球幕墻單元劃分(左)及不銹鋼球連接鋁板剖面節(jié)點(右)
圖11 鋁板與不銹鋼球幕墻單元板塊吊裝
3.4 深圳世界大學生運動會體育館外圍護工程
深圳世界大學生運動會體育館外圍護工程為多折面的水晶體造型，包括幕墻和屋面兩大部分，是比較典型的異形幕墻工程，整個建筑由16等分的相同折面造型結構構成，每個等分體內又包括15個大三角面，共計240個晶體造型的大三角多面體。屋面采用單層折面空間網(wǎng)格結構，跨度約150米，最大建筑標高約36米，幕墻面積約4.6萬平方米，屋面面板主要采用聚碳酸脂板材料，立面主要是XIR膜玻璃幕墻，整體建筑效果見圖12。
圖12 深圳世界大學生運動會體育館實景
如此復雜的外立面造型，如果采用結構材料、幕墻材料和屋面材料均在工地進行現(xiàn)場拼裝，施工安裝難度可想而知。在總共240個多晶體造型的多面體中，最大三角形面的尺寸為32×31×18米，面積約226平方米，僅鋼結構（詞條“鋼結構”由行業(yè)大百科提供）骨架重約7噸，加上幕墻次龍骨，完全可以整體吊裝。所以，在進行本工程異形幕墻單元化時，總體單元化思路如下：
1) 選取所有的240個多面體作為整體吊裝的大單元板塊;
2) 為方便公路運輸，每個大單元板塊又劃分為9個小榀單元構成，具體見圖13;
3) 9個小榀單元在工廠進行批量加工后運到工地，在地面進行整體焊接（詞條“焊接”由行業(yè)大百科提供）、組裝后，形成一個大單元板塊;
4) 在大單元板塊上安裝幕墻骨架，但整體吊裝前不安裝面板材料，以避破損;
5) 采用重型汽車吊整體吊裝大單元板塊，固定后再安裝面板材料。
圖13大單元板塊劃分成9個小榀單元示意圖
深圳世界大學生運動會體育館外圍護工程通過異形幕墻的單元化，將大量的鋼檁條的加工和組裝工作放在加工廠進行，大大減少鋼檁條現(xiàn)場的加工和安裝量，且提高了鋼檁條加工制作的效率和精度;工地施工時直接將大單元板塊進行吊裝安裝，即保證了質量，又大大縮短了工期，極大地簡化了原本需要在高空作業(yè)的施工措施，同時，提高了施工過程的安全性，吊裝見圖14。
圖14 大單元板塊整體吊裝圖
4 結束語
通過工程實踐可以看到，與傳統(tǒng)幕墻工藝相比較，幕墻單元化工藝十分有效地降低了加工成本和安裝成本，極大限度地減少了施工現(xiàn)場存在的人工安裝安全隱患，提高了施工效率，同時改進并提高了幕墻工程的整體生產(chǎn)、安裝質量,解決了異形建筑幕墻的施工難點。
框架式幕墻單元化和異形幕墻單元化從表面上看材料成本和運輸成本增加了5~6%,但隨著人工成本和安全成本的不斷提高，材料成本所占工程總價的比重逐漸降低，綜合成本顯著降低，特別是單元化后可采用了機械化生產(chǎn)和安裝，有效地降低了加工成本和安裝成本，有效地降低了可能存在的人工安裝安全隱患，但卻有效地提高了施工效率和施工安全，同時也有效地提高了幕墻工程的整體生產(chǎn)、安裝質量。
綜上所述，從幕墻設計、加工、組裝到工地安裝等整個流程如果能夠盡可能地以建筑幕墻單元化為主體思路，探討各種不同幕墻類型實現(xiàn)單元化的可能性(如傳統(tǒng)石材幕墻的單元化等)并加以廣泛應用，那么建筑幕墻的單元化或將是幕墻行業(yè)未來發(fā)展的方向。
本文摘錄自《2016-2017年度中國門窗幕墻行業(yè)主流技術與市場熱點分析報告》
目錄
第一部分 行業(yè)政策解讀
1-1 新型建筑工業(yè)化與門窗幕墻行業(yè)的發(fā)展機遇——郝際平
1-2 供給側改革與門窗幕墻行業(yè)的關系-黃圻
1-3中國門窗幕墻行業(yè)回顧與展望(工作報告)-董紅
第二部分 主流技術介紹
2-1玻璃采光頂下的溫室效應及解決方法-劉忠偉
2-2門窗幕墻檢測行業(yè)的發(fā)展、現(xiàn)狀與機遇 ——張仁瑜
2-3建筑幕墻的單元化技術概覽——曾曉武
2-4先進國家的團體標準監(jiān)督體制介紹-顧泰昌
2-5濱海城市機場航站樓幕墻設計特點與技術介紹——花定興
2-6新型雙層幕墻（詞條“雙層幕墻”由行業(yè)大百科提供）設計及應用--孟根寶力高
2-7BIM技術在幕墻生產(chǎn)中的應用 -閉思廉
2-8異型外圍護結構的特點分析——王德勤
2-9日本建筑密封㬵施工流程與工法分享-朱德明
2-10單元體幕墻開口立柱穩(wěn)定性能試驗和計算方法研究-陶偉
2-11建筑光伏系統(tǒng)的技術壁壘-羅多
2-12幕墻設計與建筑節(jié)能-金紹凱
2-13沿海地區(qū)建筑幕墻的排水系統(tǒng)設計——閉思廉
2-14有限元分析技術在門窗幕墻行業(yè)的應用——閻春平
2-15硅烷改性聚醚在建筑應用中的探討——劉延林竇錦兵
第三部分 市場熱點分析
3-1超高摩天大樓玻璃幕墻的最新動態(tài)-趙西安
3-2門窗幕墻企業(yè)文化與企業(yè)發(fā)展-潘元元
3-3建筑節(jié)能市場對“在線Low-e”產(chǎn)品的應用與技術要求——劉忠偉
3-4國內既有建筑幕墻的安全狀況及應對辦法分析——杜繼予（詞條“杜繼予”由行業(yè)大百科提供）
3-5西南地區(qū)門窗幕墻行業(yè)現(xiàn)狀和趨勢——吳智勇
3-6多元化商業(yè)模式分析——班廣生
3-7海外幕墻工程項目管理風險及對策探析 -萬樹春
3-8宗教建筑立面統(tǒng)工藝創(chuàng)新與傳承-陳峻
3-10系統(tǒng)門窗需求和發(fā)展分析——陳勇
3-11新型材料在建筑門窗幕墻中的應用-劉玉琦
3-12“莫蘭蒂”臺風對廈門幕墻工程的影響分析——楊清
3-13淺析未來門窗系統(tǒng)封閉式槽口的發(fā)展方向——米建軍
3-14門窗、幕墻、鋼結構設計師的制勝法寶——李和峰
3-15門窗幕墻企業(yè)信息化管理體系的構建與應用——劉毅
第四部分 行業(yè)調查報告
4-1 2016-2017年度中國門窗幕墻行業(yè)市場研究報告——雷鳴、曾毅
4-2 2016-2017年度建筑幕墻顧問行業(yè)現(xiàn)狀調查報告——蘭燕
4-3回顧：中國門窗幕墻行業(yè)2016大事記 ——黃玲 楊伶
目前，該書已經(jīng)由中國建筑工業(yè)出版社出版，您如果對書中內容感興趣，可以通過本編輯部進行購買，發(fā)行原價118元，讀者優(yōu)惠價：88元，郵費到付!
電話：0832-2203846 黃玲
