本文摘自：《建筑幕墙创新与发展》未经许可不得转载
一、概述
上海中心裙楼作为整个上海中心项目的基石，集商业休闲、会议办公、酒店大堂等多种功能于一体，为上海中心项目的主要门（词条“门”由行业大百科提供）户通道，也是人们在上海中心这座超高层建筑（词条“超高层建筑”由行业大百科提供）工作、观光、旅游时的近距离观察点。上海中心裙楼高七层，建筑高度37米，建筑面积61500m2。幕墙材料有玻璃、石材、金属板等，各种材料所在立面均为非线性曲面，不同材料间交接口繁多，交接处均为相贯异型空间曲线。
图1 上海中心裙楼幕墙效果图
二、幕墙系统及特点
上海中心裙楼建筑立面幕墙细分为十三套系统：位于东立面商业入口的PG1类型单层索网玻璃幕墙系统;位于北面商业区域的PG2类型大跨度薄板桁架点支式玻璃幕墙;位于西立面会议厅部位的PG3-2类型大跨度钢铝结合点支式玻璃幕墙;位于西立面宴会厅部位的PG3-1类型大跨度单层索网玻璃幕墙系统;位于北面及东西水墙部位的PS类型整体单元挂接式开敞背栓石材幕墙;位于屋面的PR类型金色肌理玻璃幕墙，内部直立锁边铝镁锰板（词条“铝镁锰板”由行业大百科提供）屋面防水体系、位于墙面及吊顶部位的PR类型金色肌理玻璃幕墙，内部黑色PVDF铝板防水体系;位于西侧五层观光休闲平台处的VIP厅(酒吧)玻璃肋点支式玻璃幕墙系统;位于西侧会议厅内部的B10类型钢铝结合隐框玻璃幕墙体系;位于南侧首层的隐框框架式玻璃及开敞背栓式石材基座幕墙;位于南侧室内的J类型大跨度索管组合桁架玻璃幕墙;位于南侧及北侧的玻璃(不锈钢（词条“不锈钢”由行业大百科提供）)雨棚体系;位于东、西下沉式广场的隐框玻璃、开敞式石材幕墙及大量的玻璃栏板体系。
图2 裙楼幕墙体系主要分布图
这些系统均以双曲面、无规律扭曲面分布于裙楼各个立面上。
图3 裙楼幕墙几何造型轮廓图
图4 裙楼PS石材幕墙表皮几何参数
图5 裙楼PG2幕墙表皮几何参数
图6 裙楼PR幕墙表皮几何参数
图7 裙楼PS水墙表皮造型几何参数
图8 裙楼南雨棚表皮几何参数
图9裙楼基座幕墙表皮几何参数
从上图的造型几何参数来看，上海中心裙楼幕墙的表皮是非常复杂的，不仅涉及到普通单曲面，双曲面，更有无规则的空间扭曲面，每套幕墙系统都有各自不同的空间几何造型。特别是PR幕墙，几何表皮更是一种无法简单地用数学函数去表达其几何信息的非线性曲面。利用传统的绘图软件是无法准确表达幕墙分格、构造及与主体结构的相对关系。再加上裙楼幕墙系统繁多，十三套幕墙系统相互或多套交接，导致系统交接口众多，大部分交接口均为不同几何空间造型的异形面。因此如何完美实现建筑师的设计意图，保证建筑外形的精确呈现，精准实现幕墙系统的交接，是需要解决的难点及重点所在。
三、BIM三维数字化技术的探索和应用
3.1表皮分格及实体建模
3.1.1表皮分格
上海中心裙楼幕墙工程多个系统均为曲面，其中以PS石材幕墙及PR金色玻璃幕墙几何逻辑最为复杂。PS石材幕墙造型逻辑简单地可认为是大小两圆相切后以固定半径旋转形成的非标准圆胎面;PR金色肌理玻璃幕墙造型逻辑简单地可认为是多个半径不同的弧线组合成封闭曲线，然后此封闭曲线再以无规律空间曲线拉伸挤出形成非标准柱面。
图10 PS石材/PR玻璃幕墙表皮效果
图11 PS石材幕墙表皮模型
图12 PR金色幕墙表皮模型
对于PS和PR幕墙这两种复杂双曲面几何表皮造型，普通绘图软件无法进行或很难进行准确的表皮分格工作，尤其是PR幕墙。我们先就PR幕墙表皮分格逻辑进行一个简单的介绍。
PR玻璃幕墙采用8+1.52SGP+8金色肌理夹胶平板玻璃（词条“平板玻璃”由行业大百科提供），单块玻璃分格为1800*300mm，标准缝宽16mm。由于其表皮为空间扭曲造型原因，玻璃横向开缝必定不对齐，并且建筑师同意缝宽变化范围为±5mm。东西裙楼PR幕墙造型在9轴处出现变化，东裙(9轴以东)部位PR造型从正负零标高开始，西裙(9轴以西)部位PR造型从标高4.2m处开始并形成闭合扭曲面。
图13 PR幕墙北立面玻璃布板基准线设置
图14 PR幕墙西立面玻璃布板基准线设置
由于建筑师接受PR玻璃幕墙横向开缝不用对齐，因此东西裙楼处PR幕墙分别以正负零和标高4.2m处做为玻璃板块布板划分基准线。以基准线为基础，以300mm宽为模数进行玻璃分格布板。
图15 PR东裙立面玻璃布板示意图
图16 等距布置方式下PR幕墙玻璃布板TOP视图
图17 等距布置方式下PR幕墙玻璃布板西裙模型轴测图
由于东裙PR幕墙造型截面并未形成封闭曲线，因此按等分300mm的布板逻辑是可行的。西裙PR幕墙造型截面形成封闭曲线，由于PR表皮为空间扭曲面的原因，以基准线为基础等分300mm的分板逻辑，就形成了如上图红线所示的“齿口”。这个“齿口”是无规律的，即齿口缝大大小小，无等宽现象发生。
因此必须采用第二种布板方式来解决此“齿口”问题。我们以9轴为界，9轴以东仍采用等宽布板逻辑，9轴以西采用圆弧等分布板逻辑。
图18 采用两种布板逻辑PR幕墙玻璃布板西裙模型轴测图
9轴以西采用圆弧等分分板逻辑，即以玻璃长度1800mm做为弦长，在横向方向上将PR表皮划分为若干个截面封闭的曲线，然后再将这些封闭的曲线以接近300mm的弦长步距划分为若干段，宽度变化为275~300mm，变化步长为7mm。将相邻的封闭曲线分段点进行连接，即可形成空间四边形，然后拍平拟合形成尺寸接近1800*300mm的平板玻璃。
图19 圆弧等分布板逻辑PR幕墙玻璃布板西裙模型轴测图
从上图可以看出，按圆弧等分布板逻辑重新对PR西裙楼部位的玻璃排版进行定义，可以避免交口部位“齿口”现象的发生。并且由于是相邻曲线分段点的连接形成玻璃控制线，玻璃过渡较为自然，错缝也较为规律。
3.1.2实体建模
3.1.2.1协同设计院进行主体结构和建筑表皮修正：①幕墙实体模型的建立，有助于核查出主体钢结构（词条“钢结构”由行业大百科提供）与幕墙表皮及龙骨的相对位置关系，可以直观地反应出幕墙结构是否与主体钢结构发生干涉，或安装距离过近导致难以施工。以模型为基础，对设计院主体钢结构的布置及形式提供有力地参考，减少后续施工过程中对主体结构的改动;②实体模型的建立，可以让设计院对外表皮有直观的三维观察，对于面材的选择、幕墙表皮收口部位的效果有直观的认识。可以帮助设计院对建筑表皮进行局部微观调整。
3.1.2.2给于幕墙设计单位设计人员提供指导：①设计人员对照实体模型与二维施工方案图，对不合理连接部进行优化;②实体模型可提供大量的曲面或异形玻璃、金属板加工数据，为设计人员绘制加工图及材料清单提供有力支撑;③实体模型可有效地摸拟出曲板与平板之间的差异，指导设计人员分析之间的差异值是否在可接受范围内，实现面材的“以平代曲，以折代曲”
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上海中心大厦
总高度632米，结构高度580米，已建成项目中中国第一、世界第二高楼；地上楼层127层，观光平台在119层；建筑面积约57.6万平方米，占地面积约3万平方米。最大的非线性双曲面自洁玻璃
3.1.2.3给于幕墙施工单位施工人员提供指导：①实体模型上附带的大量坐标定位信息，可以给现场测量人员提供三维坐标点数据，便于现场测量人员精准放线，控制幕墙精度;②实体模型可以直观地反应出幕墙各构件的关系，指导现场安装施工工作，相比二维图纸更为直观(考虑到当前施工队伍仍主要以农民工为主，普通施工蓝图或无法看懂，实体模型有助于其理解安装过程)③便于施工单位进行商务变更、工程量统计工作。
3.1.2.4给业主、监理单位一定的参考作用。上海中心裙楼幕墙工程收口部位复杂，每个收口部位均涉及多个系统相交接，因此构件布置繁琐;并且收口部位均为空间弧面，如果安装出现较大误差，就会导致收口处各套系统无法匹配交圈，或者即使交圈也会出现收口处缝宽、搭接长度等等大大小小，严重影响外观效果。我们以PG1为例：
图20 PG1实体模型图
从上图中可以看出，PG1收口部位涉及四种面材(体系)：PG1幕墙系统玻璃、PG1周圈格栅（词条“格栅”由行业大百科提供）百叶、曲面铝板及PR金色肌理玻璃。PG1周圈弧形为非标准弧线，为五种不同曲率的弧线组合而成的曲线(原建筑设计此部位为样条曲线，无半径。我司进行高精度拟合后，为五段不同曲率曲线)。四种不同体系的材料、沿着五种半径的曲线，非同一平面(这些平面都非垂直或平行于轴线的平面)交合在一起，施工难度可想而知。如果单纯以二维施工蓝图来讲，可能三五张节点就足以反映此部位构造关系。但是施工人员在这些二维施工节点图的指导下，是不可能完美地将这些幕墙系统精确地组合在一起的。这就需要一个详细的实体模型，反应出各构件的布置关系、布置坐标、转接件与主体结构的转接关系等等。
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