形體建筑施工圖設計方法探討

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【摘要】以某酒莊別墅施工圖設計項目為例，論述了多曲面（復雜）形體建筑在施工圖設計階段的影響因素、設計表達、專業(yè)配合、細節(jié)處理等內(nèi)容，以求精細的實現(xiàn)施工圖設計對建筑施工的指導作用。

【關鍵詞】多曲面形體;施工圖設計;軟件應用

1復雜形體建筑的發(fā)展背景及專業(yè)挑戰(zhàn)

復雜形體建筑的產(chǎn)生基于計算信息技術的發(fā)展，伴隨著城市建設的大規(guī)模開發(fā)及計算機應用技術的革新，社會對建筑的功能、形象、綠色、經(jīng)濟等各方面都提出了更高的要求，同時可獲取的設計前置條件，諸如，建筑相關的場地、氣象、景觀、人文、交通關系、互聯(lián)效應等方面的細微影響因素呈現(xiàn)幾何式增長，突破了單一或成組出現(xiàn)的線性邏輯關系。復雜形體建筑適應了這一時代特征，以非線性變化特征、不規(guī)則造型、突破了傳統(tǒng)歐式幾何學的基本形式，脫穎而出，受到了社會及眾多業(yè)主的認可。同時復雜形體建筑所表達的非線性或流動性造型特征給主要采用平、立、剖面進行二維表達的傳統(tǒng)建筑施工圖設計帶來一定程度的挑戰(zhàn)[1]。

2復雜形體建筑在施工圖設計階段的重要因素

復雜形體建筑尤其是非折線多曲面形體建筑，在方案設計階段甚至可以利用計算機語言，包含數(shù)學、計算機圖形學和各種算法的程序，來幫助建筑師建立和控制其復雜形體特征，并被賦予多種參數(shù)信息，實現(xiàn)建筑對場地特征、水文地質(zhì)、環(huán)境交通、人文因素的互動。整個方案設計過程即在這種計算模式下獲得一種或多種建筑形態(tài)，最終實現(xiàn)方案比選工作的過程。在施工圖設計階段，設計重點考慮的是建筑復雜形體與易建性之間的平衡，解決建筑復雜形體的數(shù)據(jù)表達，并完成細節(jié)構造，滿足施工的要求，基于此在施工圖設計階段應充分重視影響復雜形體建筑的重要因素。

2.1數(shù)據(jù)充分提取

復雜形體建筑因為突破了歐式幾何框架，形成了折面或流線曲面特征，在作為主流的二維施工圖紙表達形式下，需要重點考慮空間重疊、面域凹凸等形變，充分提取形體數(shù)據(jù)，既為其他專業(yè)尤其是結(jié)構專業(yè)的受力計算提供作業(yè)圖依據(jù)，又便于將來施工單位對建筑空間的理解和認知，最大程度實現(xiàn)方案設想。

2.2結(jié)構形式選擇

結(jié)構形式的發(fā)展與創(chuàng)新為復雜形體建筑的實現(xiàn)創(chuàng)造了條件，常規(guī)建筑的結(jié)構形式包含鋼筋混凝土框架、大體積混凝土、鋼筋混凝土剪力墻等鋼筋混凝土類及鋼網(wǎng)架、鋼框架、鋼索（懸索）等鋼結(jié)構類。在進行復雜形體建筑施工圖設計前必須根據(jù)建筑形體特征、建筑性質(zhì)、建筑功能等多方面因素，擇優(yōu)選擇。

2.3分項分組統(tǒng)籌復雜

形體建筑的折面或曲面流線特征，使建筑本身出現(xiàn)了大量非標準的結(jié)構及建筑構件；尤其是非單一折面或曲面的組合形體更可能使建筑本身的每一寸維護結(jié)構都出現(xiàn)細微差異，需要采用工廠化模板定制的方式進行施工。因此，在施工圖設計中重視復雜形體的單元拆分，進行分項分組統(tǒng)籌，對于統(tǒng)一構件、優(yōu)化設計、工廠加工及進度控制具有重要意義。

3多曲面形體建筑施工圖設計的對接工作

本文以某酒莊別墅（多曲面形體建筑）施工圖設計實踐項目為例，闡述復雜形體建筑在施工圖設計開展前需要做的對接工作。此實踐項目某酒莊別墅位于秦皇島臨山區(qū)，方案設計階段著重考慮地形地貌與建筑形體的關系，希望形成建筑與山地文化的對話，最終依山就勢形成了起伏曲面屋面，同時通過不同曲率的屋檐與曲面墻體進行銜接，創(chuàng)造出建筑的多重曲面形態(tài)。項目在施工圖設計前需要做的對接工作包含：（1）對接方案設計部，充分理解項目方案形體特征及表達立意；（2）選擇適當?shù)能浖绕涫菂?shù)化設計軟件對形體數(shù)據(jù)進行提取；（3）對接結(jié)構設計部，確定結(jié)構形式；（4）對接設備設計部，了解各設備管線在曲面形體下的布局方式及估算標高，用以復核項目方案階段設定的門、窗、梁、吊頂?shù)认嗷ブg關系的合理性。

4多曲面形體建筑施工圖設計的專業(yè)配合

多曲面形體建筑在施工圖設計過程中尤其需要強調(diào)建筑、結(jié)構、給排水、暖通、電氣、電信各專業(yè)，甚至綠建等專門設計部的緊密配合，因為多曲面形體建筑與常規(guī)歐式幾何形體建筑相比，其多向彎曲的造型、通道的寬窄變化等因素使各專業(yè)門窗、管線、梁等相關構件的碰撞關系更具有隱藏性。施工圖專業(yè)配合的重點在于相互之間快速反饋碰撞信息，避免局部碰撞難以合理解決時，造成建筑形體的調(diào)整或某專業(yè)的布局思路發(fā)生大的變動，最后影響設計進度。因此在施工圖設計整個配合過程中，首要是建筑專業(yè)理解方案信息，運用Rhino、Grasshopper等參數(shù)化設計軟件全面、準確地提供形體數(shù)據(jù)，為各專業(yè)提供依據(jù)性圖紙；結(jié)構專業(yè)重點檢查曲面構造形式、超常規(guī)的遠挑梁板的可實現(xiàn)性等問題；設備專業(yè)應根據(jù)經(jīng)驗確定各專業(yè)管道的上下層或上翻、下翻的避讓原則，盡可能提前預知難點、交叉點的部位，實現(xiàn)早發(fā)現(xiàn)、早解決。

5多曲面形體建筑施工圖設計的表達形式

多曲面形體建筑的施工圖設計表達深度應符合國家制圖要求，但如何準確、明晰地表達多曲面的三維關系數(shù)據(jù)并滿足指導施工的要求，則又需要慎重選擇表達形式。實例中的別墅主要是屋面的三維曲面變化，根據(jù)形體特征（流線性）、結(jié)構計算要求（整體性）、局部構件考量（柔性過渡弧面）等因素，在連續(xù)剖面、平面等高線、平面標高網(wǎng)等3種表達形式中，選擇了平面標高網(wǎng)的表達形式。平面標高網(wǎng)的數(shù)據(jù)提取需要借助Rhino軟件及相關插件，在提取數(shù)據(jù)時考慮施工鋼筋的綁扎精度及建筑體量，設定了上面域1m×1m和下面域0.5m×0.5m的網(wǎng)格關系，然后根據(jù)曲面的折曲形態(tài)采集了上表面及下表面的面域標高數(shù)據(jù)(網(wǎng)格交叉點標高），并單獨采集了折曲轉(zhuǎn)折線、檐口線、檐溝線、俯視輪廓線等處的線上標高數(shù)據(jù)，最后復核數(shù)據(jù)，并微調(diào)以順暢組織排水條件，避免屋面局部積坑的產(chǎn)生，完成施工圖的表達。

6多曲面形體建筑施工圖設計的細節(jié)處理

多曲面形體建筑的施工圖設計應充分重視異形構件等細節(jié)處理，進行統(tǒng)籌分組優(yōu)化設計，根據(jù)形體特征、結(jié)構安全、施工方便等因素合理選擇構件預制材料，制模方案。此別墅設計實例中的屋面采取了多曲面扭轉(zhuǎn)形體，屋面與墻面的交界處就形成了不同曲率的交接弧面。從結(jié)構安全性、建筑形體整體性等角度考慮，此交接弧面宜采取與屋面整體澆筑的形式，但施工支模困難、不易澆筑；從施工方便、經(jīng)濟節(jié)約等角度考慮，此交接弧面宜采取輕質(zhì)材料預制掛件的形式。因此在施工圖設計時，結(jié)構專業(yè)分別對兩種模式進行了計算，后經(jīng)與業(yè)主方、施工方等綜合討論，采用了預制掛件的形式，保證最大程度實現(xiàn)形體特征，并加快了施工進度。

7結(jié)論

多曲面形體建筑施工圖設計應充分理解原建筑方案所要表達的形體特征，綜合運用AutoCAD及Rhino、Grasshopper等參數(shù)化設計軟件，實現(xiàn)多曲面異形形體的二維表現(xiàn)；充分利用平面及剖面表達準確的數(shù)據(jù)信息，配合各專業(yè)，尤其結(jié)構專業(yè)的相關計算；詳細處理各種細節(jié)節(jié)點，保證設計的可實施性，滿足現(xiàn)場施工的要求，確保建筑形體的最終實現(xiàn)，以純熟的技術手段為后盾，適應市場上復雜形體建筑的施工圖設計要求。

作者:王興 單位:中國核電工程有限公司

【參考文獻】

【1】王風濤,徐衛(wèi)國.數(shù)字技術下的復雜曲面建筑設計及建造[A]//2012全國建筑院系建筑數(shù)字技術教學研討會論文集[C].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2012(8):297-303.