论文摘要

                                                 

                                                书籍,是思想的寄托,是灵魂的栖息地。作为藏书的主要场所——图书馆,形式也随时代发展不断变化。被誉为“世界最美图书馆”的天津滨海图书馆,以极具“科幻感”的设计赋予了空间新的内涵。

                                                 

                                                天津滨海图书馆位于天津市滨海新区中心商务区,由荷兰MVRDV与天津市城市规划设计研究院共同设计,总建筑面积达33700m2,地上5层,地下1层(见图1)。图书馆构造奇特,形式多样,楼层拾阶而上,宛如置身“书山”,馆内球体空间——“滨海之眼”宛如一只眼睛,寓意探究世界、认知世界。

                                                “滨海之眼”是由LED集成冲孔铝板构成的巨型球幕,通体为直径21m的圆球,球体内部为图书馆报告厅,厅内采用可伸缩座椅,能容纳200人。外饰面分两层,内层为LED集成板,外层为冲孔铝板,装饰面积为1007m2,由687块尺寸不一的双曲异形冲孔铝板组成。球体内部的LED集成板透过冲孔铝板的44万个孔洞(7mm)实现动态?#19978;瘢?#22806;观大气磅礴,科技感十足(见图2)。

                                                天津滨海图书馆的另一设计概念“书山”,由一级级台阶和图书组成,呈波浪状,既美观又实用,既可当楼梯,又可当座位,阅读者可以在这里进行休息、阅览、交流等各?#21482;?#21160;(见图3)。大厅顶部设计了直径18m的采光天井,并在“书山”中布置连续的照明灯带,通过智能照明系统进行整体协调控制,与球体?#19978;?#25928;果相结合,满足装饰亮化、场景布置、主题渲染等多?#20013;?#27714;。

                                                 

                                                有“疾”在眼

                                                 

                                                “滨海之眼”原设计采用铝板冲孔,并在孔内镶嵌LED灯珠,形成世界地图。打造一个拥有35万颗灯珠的巨型三维曲面冲孔铝板球幕,必须考虑和解决4项核心技术问题。

                                                ?#19978;?#21333;一问题。巨型球幕若只能呈现世界地图,仿佛失去了“滨海之眼”的意义,项目团队决定要让这个巨型球幕“动起来”,解决?#19978;?#21333;一问题。

                                                单珠损坏问题。35万颗灯珠,任意一颗损?#24403;?#20250;影响整体?#19978;?#25928;果。一旦出现灯珠损坏,便要安排专人去维修,维修频率可想而知。

                                                灯光刺眼问题。LED灯珠在35万个孔洞内,密集又刺眼(见图4)。样板制作时,使前来验收的各方单位犯了“密集恐惧症”。

                                                巨型球幕安装问题。原设计方案中LED集成板与冲孔铝板为分离体系,需先安装LED集成板,后安装冲孔铝板,两次板块安装费时费工,无形中增加了质量把控点,给项目造成了较大负担。

                                                 

                                                除“疾”有方

                                                 

                                                让“眼睛”转起来。为解决?#19978;?#21333;一问题,摒弃采用冲孔铝板排布成世界地图的方式,将整个巨型球幕全部冲孔,冲孔数量由35万增至44万。利用LED灯珠?#19978;瘢?#20869;透发光,实现动态控制及明暗变化,创造出灵活的照明模式(见图5,6)。同时,为满足冲孔铝板的刚度要求及?#19978;?#25928;果,对孔心距为3,4,5,6,8cm,孔径为5,7,10mm的15种类型进行样板测试,模拟灯光照射,寻求最佳?#19978;?#23380;距,最终确定5cm的最佳孔距,5mm的最佳孔径。

                                                化“单”为“整”。为避免单珠损坏影响?#19978;?#25928;果,降低维修频率,项目部摒弃原有单珠?#19978;?#20307;系,将照明系统改为集成式LED灯板,将数百个灯珠镶嵌于冲孔铝板的背衬板上,以板块为单位,对灯光进行控制。若出现损坏问题,以板块为单位进行整体维修,拆卸方便(见图7)。

                                                变“刺眼”为“柔和”。为解决灯光刺眼问题,必须将LED小灯珠“隐藏”起来。在冲孔铝板与背衬集成板中间,加设导光膜,并将小灯珠后移,远离冲孔铝板表面(见图8)。后移LED灯珠会影响?#19978;?#25928;果,施工过程中,?#30452;?#23558;LED集成板与冲孔铝板的距离设置成5cm和10cm,进行调试,确定最佳距离。

                                                变“分离”为“组合”。项目?#23380;?#21512;考虑安装难度及工作效率,将冲孔铝板与背衬集成板进行组合,形成整体(见图9)。但由于冲孔铝板折边为10cm,且受球幕特殊外形影响,折边端部尺寸小于背衬集成板尺寸,造成单块背衬集成板无法直接放置于冲孔铝板背部。为解决此问题,项目部决定将背衬集成板一分为二,分块固定,解决?#24605;?#25104;板与冲孔铝板组合问题(见图10)。这一举措,提高了施工效率,降低了质量把控点,将背衬集成板与冲孔铝板严丝合缝地结合在一起,形成完整整体。

                                                 

                                                控“疾”?#34892;?o:p>

                                                 

                                                测量放线。本工程主体结构为球形网架结构,放线精度直接决定后期面层的观感质量,为提高“滨海之眼”的放线精度,采用两台全站仪360°对整个球体进?#22411;?#20307;“扫描”,一台在上,进行球体上半部分的测量,一台在下,进行球体下半部分测量,交汇处位于球体“赤道”位置。步骤如下。

                                                1)结构复测  对主体球形?#39588;?#26550;进行复核工作,并运用BIM技术对主体球形?#39588;?#26550;建立模型,设立测量放线基准点。

                                                2)选定十字圆心  通过36个正方形的四?#23884;?#20301;,每5°确定一条纬线,直至“赤道”(见图11)。

                                                3)确定定点位置  通体测量放线后,设置5184个定点,在每个定点处标记进出位,并采用全站仪将每个球节点坐标进行最终复核。

                                                4)铝板坐标标注  竖向主龙骨焊接完成后,为确保钢结构基层的精准,利用全站仪进行第3次复核,将球顶圆心坐标确定,然后将每块铝板坐标进行标注,确保铝板安装受控(见图12)。

                                                材料下单。运用BIM模型配合实际测量尺寸进行材料下单(见图13),冲孔直径为10mm,孔边间距为15mm。颜色为室外白,反光度25%,折边90mm,面层内侧安装25mm×15mm铝角,采用沉头铆钉形式固定。为确保一次性下单成功,保证各双曲板块完美拼接,采用分段下单,大面双曲冲孔铝板为第1阶段,阴影区域(见图14)为第2阶段。由于前期测量放线精确,冲孔铝板全部完成后,累计误差仅为1.3mm。背板冲孔直径20mm,孔边间距30mm,两块背板接缝处折边20mm,无需喷色(见图15)。

                                                钢架焊接。竖向主龙骨采用40mm×60mm×4mm镀锌方钢,方钢内侧拉弧半径为10400mm,焊接在球形网架结构球节点预留法兰上,间距根据预留法兰而定(见图16)。横龙骨采用50mm×50mm×5mm镀锌角钢,角钢设置在铝板横向接缝处,角钢根据铝板弧度进行拉弧,角钢外口与镀锌方钢外口?#21046;剑?#25509;口处采用满焊形式。

                                                LED集成三维曲面铝板制作。铝板到场后,首先安装1.5mm匀光板,匀光板需进行裁切,与铝板黏结,从正面内孔不?#27599;吹降?#20809;膜接缝。背板安装LED灯珠,LED灯珠与背板定制加工,通过卡扣式连接方法固定。最后,将背板与面板固定,安装胶条,板缝3mm,缝内充填密封材料,避免漏光。

                                                LED集成三维曲面铝板安装与调试。铝板需?#30001;?#32780;下安装,每安装一块,参照BIM模型精确定位,然后采用全站仪跟踪测量,及时发现误差并进行调校(见图17)。每块板与副龙骨连接采用定制铝制挂件,铝板之间采用六角燕尾螺丝进行连接。横向一排安装完成后,进行下一层,?#26469;?#31867;推。面板调平是整个球体铝板安装的最后一道工序,它的施工质量决定了整个球体的观感效果,挑选技术水平较高的班组人员进行调平,直至达到验收要求。

                                                质量控制。为保证工程质量,项目部攻克了层层技术难题,还为“滨海之眼”量身定做?#19981;?#38752;尺,控制弧度,在施工过程中发挥了关键作用(见图18)。

                                                1)钢结构焊装 经过样板?#38382;?#24037;,焊装过程中变形主要集中在满焊后应力收缩,采取随装随焊。在焊装下一个钢构件时,将焊接所产生的变形进行校正,减小钢材遇热所产生的变形。

                                                2)饰面变形 钢架构经过受力计算,最大变形达到8mm。与设计协商后,将铝板密拼改为铝板接缝处留3mm施工缝,内填海绵条,安装过程中逐步增加载荷,保证缝隙一致性。

                                                3)板缝问题 球幕横向共17排,最上排为1块板,其下一排为23块板,其余?#39063;?#22343;为46块板。采用BIM技术建模,根据模型排版定位,每块板安装后使用全站仪复核,?#39063;?#26495;留一块收口板暂不加工,待周圈板安装完成后,按实际尺寸定?#22270;?#24037;,将加工误差、安装误差消化,保证整体质量。

                                                4)?#19978;?#25928;果 控制铝背板与饰面铝板间距50mm,误差±5mm,每块背板均分为两块铝板,接缝处折边,铆钉连接,保证?#19978;?#25928;果。

                                                5)灯具检修 将所有LED全?#23454;?#29664;全部集成在背板上,按设计要求开工扣槽安装灯珠,每块背板均采用自攻螺丝与15mm×15mm铝角连接,每个背板后面线束及电气设备尽量全部集成在背板上,方便检修。

                                                巨型动态全影像LED集?#23665;?#23646;球幕施工技术采用整体分块制作,解决了传统方式安装不到位,质量、外观不达要求的问题,提高了施工效率,满足较高的装饰效果要求,经济效益明显(见图19)。2017年10月1日,是滨海文化中心开馆之日。“滨海之眼”的成功建造,不仅是对传统图书馆的颠覆,更是对国内首例三维曲面冲孔铝板球幕体加工制造工艺的完美诠释,“滨海之眼”?#19978;?#25216;术、安装技术以及近乎?#37327;?#30340;质量要求,均属?#30340;?#32597;见,其成功诞生,为国内此类球幕施工提供了重要指导。

                                                 

                                                 

                                                文/中建深圳装饰有限公司 纪晓鹏 邱梁武 潘文涛 苏建涛 吴喜元 程小剑

                                                 

                                                 

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