論文摘要

                                                 

                                                書籍,是思想的寄托,是靈魂的棲息地。作為藏書的主要場所——圖書館,形式也隨時代發展不斷變化。被譽為“世界最美圖書館”的天津濱海圖書館,以極具“科幻感”的設計賦予了空間新的內涵。

                                                 

                                                天津濱海圖書館位于天津市濱海新區中心商務區,由荷蘭MVRDV與天津市城市規劃設計研究院共同設計,總建筑面積達33700m2,地上5層,地下1層(見圖1)。圖書館構造奇特,形式多樣,樓層拾階而上,宛如置身“書山”,館內球體空間——“濱海之眼”宛如一只眼睛,寓意探究世界、認知世界。

                                                “濱海之眼”是由LED集成沖孔鋁板構成的巨型球幕,通體為直徑21m的圓球,球體內部為圖書館報告廳,廳內采用可伸縮座椅,能容納200人。外飾面分兩層,內層為LED集成板,外層為沖孔鋁板,裝飾面積為1007m2,由687塊尺寸不一的雙曲異形沖孔鋁板組成。球體內部的LED集成板透過沖孔鋁板的44萬個孔洞(7mm)實現動態成像,外觀大氣磅礴,科技感十足(見圖2)。

                                                天津濱海圖書館的另一設計概念“書山”,由一級級臺階和圖書組成,呈波浪狀,既美觀又實用,既可當樓梯,又可當座位,閱讀者可以在這里進行休息、閱覽、交流等各種活動(見圖3)。大廳頂部設計了直徑18m的采光天井,并在“書山”中布置連續的照明燈帶,通過智能照明系統進行整體協調控制,與球體成像效果相結合,滿足裝飾亮化、場景布置、主題渲染等多種需求。

                                                 

                                                有“疾”在眼

                                                 

                                                “濱海之眼”原設計采用鋁板沖孔,并在孔內鑲嵌LED燈珠,形成世界地圖。打造一個擁有35萬顆燈珠的巨型三維曲面沖孔鋁板球幕,必須考慮和解決4項核心技術問題。

                                                成像單一問題。巨型球幕若只能呈現世界地圖,仿佛失去了“濱海之眼”的意義,項目團隊決定要讓這個巨型球幕“動起來”,解決成像單一問題。

                                                單珠損壞問題。35萬顆燈珠,任意一顆損壞便會影響整體成像效果。一旦出現燈珠損壞,便要安排專人去維修,維修頻率可想而知。

                                                燈光刺眼問題。LED燈珠在35萬個孔洞內,密集又刺眼(見圖4)。樣板制作時,使前來驗收的各方單位犯了“密集恐懼癥”。

                                                巨型球幕安裝問題。原設計方案中LED集成板與沖孔鋁板為分離體系,需先安裝LED集成板,后安裝沖孔鋁板,兩次板塊安裝費時費工,無形中增加了質量把控點,給項目造成了較大負擔。

                                                 

                                                除“疾”有方

                                                 

                                                讓“眼睛”轉起來。為解決成像單一問題,摒棄采用沖孔鋁板排布成世界地圖的方式,將整個巨型球幕全部沖孔,沖孔數量由35萬增至44萬。利用LED燈珠成像,內透發光,實現動態控制及明暗變化,創造出靈活的照明模式(見圖5,6)。同時,為滿足沖孔鋁板的剛度要求及成像效果,對孔心距為3,4,5,6,8cm,孔徑為5,7,10mm的15種類型進行樣板測試,模擬燈光照射,尋求最佳成像孔距,最終確定5cm的最佳孔距,5mm的最佳孔徑。

                                                化“單”為“整”。為避免單珠損壞影響成像效果,降低維修頻率,項目部摒棄原有單珠成像體系,將照明系統改為集成式LED燈板,將數百個燈珠鑲嵌于沖孔鋁板的背襯板上,以板塊為單位,對燈光進行控制。若出現損壞問題,以板塊為單位進行整體維修,拆卸方便(見圖7)。

                                                變“刺眼”為“柔和”。為解決燈光刺眼問題,必須將LED小燈珠“隱藏”起來。在沖孔鋁板與背襯集成板中間,加設導光膜,并將小燈珠后移,遠離沖孔鋁板表面(見圖8)。后移LED燈珠會影響成像效果,施工過程中,分別將LED集成板與沖孔鋁板的距離設置成5cm和10cm,進行調試,確定最佳距離。

                                                變“分離”為“組合”。項目部綜合考慮安裝難度及工作效率,將沖孔鋁板與背襯集成板進行組合,形成整體(見圖9)。但由于沖孔鋁板折邊為10cm,且受球幕特殊外形影響,折邊端部尺寸小于背襯集成板尺寸,造成單塊背襯集成板無法直接放置于沖孔鋁板背部。為解決此問題,項目部決定將背襯集成板一分為二,分塊固定,解決了集成板與沖孔鋁板組合問題(見圖10)。這一舉措,提高了施工效率,降低了質量把控點,將背襯集成板與沖孔鋁板嚴絲合縫地結合在一起,形成完整整體。

                                                 

                                                控“疾”有效

                                                 

                                                測量放線。本工程主體結構為球形網架結構,放線精度直接決定后期面層的觀感質量,為提高“濱海之眼”的放線精度,采用兩臺全站儀360°對整個球體進行通體“掃描”,一臺在上,進行球體上半部分的測量,一臺在下,進行球體下半部分測量,交匯處位于球體“赤道”位置。步驟如下。

                                                1)結構復測  對主體球形鋼桁架進行復核工作,并運用BIM技術對主體球形鋼桁架建立模型,設立測量放線基準點。

                                                2)選定十字圓心  通過36個正方形的四角定位,每5°確定一條緯線,直至“赤道”(見圖11)。

                                                3)確定定點位置  通體測量放線后,設置5184個定點,在每個定點處標記進出位,并采用全站儀將每個球節點坐標進行最終復核。

                                                4)鋁板坐標標注  豎向主龍骨焊接完成后,為確保鋼結構基層的精準,利用全站儀進行第3次復核,將球頂圓心坐標確定,然后將每塊鋁板坐標進行標注,確保鋁板安裝受控(見圖12)。

                                                材料下單。運用BIM模型配合實際測量尺寸進行材料下單(見圖13),沖孔直徑為10mm,孔邊間距為15mm。顏色為室外白,反光度25%,折邊90mm,面層內側安裝25mm×15mm鋁角,采用沉頭鉚釘形式固定。為確保一次性下單成功,保證各雙曲板塊完美拼接,采用分段下單,大面雙曲沖孔鋁板為第1階段,陰影區域(見圖14)為第2階段。由于前期測量放線精確,沖孔鋁板全部完成后,累計誤差僅為1.3mm。背板沖孔直徑20mm,孔邊間距30mm,兩塊背板接縫處折邊20mm,無需噴色(見圖15)。

                                                鋼架焊接。豎向主龍骨采用40mm×60mm×4mm鍍鋅方鋼,方鋼內側拉弧半徑為10400mm,焊接在球形網架結構球節點預留法蘭上,間距根據預留法蘭而定(見圖16)。橫龍骨采用50mm×50mm×5mm鍍鋅角鋼,角鋼設置在鋁板橫向接縫處,角鋼根據鋁板弧度進行拉弧,角鋼外口與鍍鋅方鋼外口持平,接口處采用滿焊形式。

                                                LED集成三維曲面鋁板制作。鋁板到場后,首先安裝1.5mm勻光板,勻光板需進行裁切,與鋁板黏結,從正面內孔不得看到導光膜接縫。背板安裝LED燈珠,LED燈珠與背板定制加工,通過卡扣式連接方法固定。最后,將背板與面板固定,安裝膠條,板縫3mm,縫內充填密封材料,避免漏光。

                                                LED集成三維曲面鋁板安裝與調試。鋁板需從上而下安裝,每安裝一塊,參照BIM模型精確定位,然后采用全站儀跟蹤測量,及時發現誤差并進行調校(見圖17)。每塊板與副龍骨連接采用定制鋁制掛件,鋁板之間采用六角燕尾螺絲進行連接。橫向一排安裝完成后,進行下一層,依次類推。面板調平是整個球體鋁板安裝的最后一道工序,它的施工質量決定了整個球體的觀感效果,挑選技術水平較高的班組人員進行調平,直至達到驗收要求。

                                                質量控制。為保證工程質量,項目部攻克了層層技術難題,還為“濱海之眼”量身定做圓弧靠尺,控制弧度,在施工過程中發揮了關鍵作用(見圖18)。

                                                1)鋼結構焊裝 經過樣板段施工,焊裝過程中變形主要集中在滿焊后應力收縮,采取隨裝隨焊。在焊裝下一個鋼構件時,將焊接所產生的變形進行校正,減小鋼材遇熱所產生的變形。

                                                2)飾面變形 鋼架構經過受力計算,最大變形達到8mm。與設計協商后,將鋁板密拼改為鋁板接縫處留3mm施工縫,內填海綿條,安裝過程中逐步增加載荷,保證縫隙一致性。

                                                3)板縫問題 球幕橫向共17排,最上排為1塊板,其下一排為23塊板,其余每排均為46塊板。采用BIM技術建模,根據模型排版定位,每塊板安裝后使用全站儀復核,每排板留一塊收口板暫不加工,待周圈板安裝完成后,按實際尺寸定型加工,將加工誤差、安裝誤差消化,保證整體質量。

                                                4)成像效果 控制鋁背板與飾面鋁板間距50mm,誤差±5mm,每塊背板均分為兩塊鋁板,接縫處折邊,鉚釘連接,保證成像效果。

                                                5)燈具檢修 將所有LED全彩燈珠全部集成在背板上,按設計要求開工扣槽安裝燈珠,每塊背板均采用自攻螺絲與15mm×15mm鋁角連接,每個背板后面線束及電氣設備盡量全部集成在背板上,方便檢修。

                                                巨型動態全影像LED集成金屬球幕施工技術采用整體分塊制作,解決了傳統方式安裝不到位,質量、外觀不達要求的問題,提高了施工效率,滿足較高的裝飾效果要求,經濟效益明顯(見圖19)。2017年10月1日,是濱海文化中心開館之日。“濱海之眼”的成功建造,不僅是對傳統圖書館的顛覆,更是對國內首例三維曲面沖孔鋁板球幕體加工制造工藝的完美詮釋,“濱海之眼”成像技術、安裝技術以及近乎苛刻的質量要求,均屬業內罕見,其成功誕生,為國內此類球幕施工提供了重要指導。

                                                 

                                                 

                                                文/中建深圳裝飾有限公司 紀曉鵬 邱梁武 潘文濤 蘇建濤 吳喜元 程小劍

                                                 

                                                 

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