▲云洞圖書館建造歷程

4月12日，由益匯達(dá)負(fù)責(zé)施工總承包的云洞圖書館項目于?？谡搅料嗖⑼度胧褂?，一座精美的清水混凝土藝術(shù)建筑呈現(xiàn)在大眾面前。云洞圖書館主體由清水混凝土整體澆筑而成，建筑的樓板、墻體、天花、結(jié)構(gòu)、管線等渾然一體，深化設(shè)計階段全部基于數(shù)字化模型，屋面和樓板均采用形似“華夫餅”的雙層中空肋板形式，既能滿足大跨度、大懸挑的受力需求，又能利用結(jié)構(gòu)中空鋪設(shè)設(shè)備管線、填充建筑保溫材料，實現(xiàn)簡潔完整的室內(nèi)空間，也是建筑、結(jié)構(gòu)、機電一體化設(shè)計的關(guān)鍵。

▲清水混凝土施工過程

由于該項目整體均為無規(guī)則瑪雅面造型，建筑整體無陰陽角，曲面墻、柱、板及墻的交接部位均為相互碰撞、交錯且無明確邊界的瑪雅無規(guī)則曲面造型；建筑樓面頂板為無梁樓板，內(nèi)部也采用無規(guī)則異形瑪雅面雙層空腔肋梁樓板；墻體、地面、頂板存有大量幕墻預(yù)留槽及雙曲面異形壁龕，相關(guān)資料在國內(nèi)外都較難查閱；另外項目結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同于傳統(tǒng)建筑的垂直式重心結(jié)構(gòu)，結(jié)合了大偏心和大跳板，對整個結(jié)構(gòu)的要求大。施工及各團隊從去年正式入場施工開始，在設(shè)計、監(jiān)理、施工等各方共同協(xié)商探究下，完成圖紙深化設(shè)計，使項目落地。

▲施工鳥瞰

1、定型背楞深化設(shè)計

1.1 三維異形曲面定位測量控制技術(shù)

作為海南省內(nèi)最高難度的一次性現(xiàn)澆清水混凝土項目，建筑主體通過數(shù)字三維建模和數(shù)控機床制作木模板，用木模板搭建異形的模塊，組裝成型后進(jìn)行表面處理，預(yù)埋鋼筋和管線，澆筑清水混凝土，最后進(jìn)行拆模，整體效果結(jié)合數(shù)字模型，木模版及混凝土三種方式建造而成。在三維異形曲面定位測量控制技術(shù)中，益匯達(dá)團隊首先采用三維模型使用數(shù)字化施工技術(shù)，依靠1:1三維實體模型進(jìn)行相關(guān)點位深化，再將市政軸網(wǎng)坐標(biāo)點引入CAD平面圖后核對世界坐標(biāo)完成后導(dǎo)入Rhino三維模型，然后以Rhino軟件為基礎(chǔ)平臺運用Grasshopper、lunchbox等相關(guān)插件分析世界軸網(wǎng)坐標(biāo)點位，最后在Rhino模型中拾取相關(guān)點位后運用Grasshopper、Lunchbox相關(guān)插件直接分析點位坐標(biāo)后導(dǎo)出CAD圖及Excel文檔，由二維平面坐標(biāo)軸網(wǎng)定位點對定位輔助模板即背楞定位盤進(jìn)行定位，在定位盤上完成定型背楞的點位、矢量朝向定位。

▲定型背楞三維模型安裝定位圖

▲墻體定型背楞模板

1.2 清水混凝土定形背楞模板深化設(shè)計

由于本項目體型較特別，因此我們在軟件模型深化前，和各專業(yè)相關(guān)設(shè)計師進(jìn)行設(shè)計確認(rèn)，與設(shè)計思想對話，充分理解設(shè)計理念。初步統(tǒng)計益匯達(dá)團隊在施工現(xiàn)場深化的模板圖紙大概已經(jīng)超過2萬多張，定形背楞已經(jīng)超過10萬個。

清水混凝土墻體定形背楞功能中，項目要求異形雙曲面墻體定形擬態(tài)構(gòu)件及加固體系受力次龍骨；定形背楞模板的形態(tài)設(shè)計要求內(nèi)側(cè)與混凝土接觸面線條應(yīng)使其曲線保持為流暢的順滑線條。為確保曲面墻體造型的完整度，背楞內(nèi)側(cè)與混凝土接觸面的線條應(yīng)保持為流暢的順滑線條。背楞外側(cè)與加固受力體系接觸面的線條應(yīng)為直線線段，確保與加固體系平行或垂直狀態(tài)，使其兩者之間接觸面保持在90%以上的接觸面積使混凝土側(cè)壓力均勻的傳遞至主龍骨。

▲異形雙曲面墻體定形背楞模板體系

在背楞模板的鏈接構(gòu)造上，采用模板接頭50%錯開的方式進(jìn)行多個背楞模板的相互鏈接，以保證各背楞的間距按照深化設(shè)計進(jìn)行均排布。同時定形背楞模板在加工過程中增加定位刻度線槽，在安裝之前技術(shù)員根據(jù)模型中的定位刻度線槽位置坐標(biāo)在現(xiàn)場投放各定位坐標(biāo)點，根據(jù)定位坐標(biāo)點與定位刻度線槽保證定形背楞施工精度。

▲異形曲面墻體及頂板定形背楞模板體系

1.3 建筑表面蟬縫線條排版深化設(shè)計

在承重受力允許的范圍內(nèi)，蟬縫分布應(yīng)同時兼顧分塊的定型化、模數(shù)化、整體化，對拉體系孔眼位與單元模板應(yīng)保持規(guī)律性和對稱性，在美觀的同時還應(yīng)滿足受力加固要求。針對異形雙曲面清水混凝土墻體，深化板縫排版時考慮如何減少原料損耗的前提下，保證模板蟬縫保持水平交圈、豎向保持垂直且兼顧模板的曲線流暢統(tǒng)一是關(guān)鍵。

2、異形槽口預(yù)留

由于該項目墻體、頂板及樓層板均為異形無規(guī)則瑪雅面造型，常規(guī)預(yù)留預(yù)埋方式無法滿足與異形墻體開口留槽的施工要求，且對幕墻預(yù)留槽口的定位精準(zhǔn)要求較高。所有結(jié)構(gòu)預(yù)埋一次性澆筑完成，預(yù)埋件各標(biāo)高水平橫截面段埋入墻體的深度各不相同。若因墻體造型原因?qū)е鲁Ｒ?guī)預(yù)埋方式施工的預(yù)埋件與模板的連接部位牢固性較低，存有跑模風(fēng)險；

因此我們在預(yù)留槽口施工中分為墻體定型、槽口定型、槽口定位、槽口邦板及蓋板安裝，并保證預(yù)留槽的定位精度與連接穩(wěn)固性。同時根據(jù)建筑墻體與頂板的特殊造型特點，幕墻槽口與墻體背楞一同深化，在墻體定型背楞深化過程中完成槽口定型工作，槽口邦板及蓋板單獨深化，同時在邦板、蓋板做定位刻度線，安裝過程中對應(yīng)定型背楞；通過與墻體定型背楞一體化保證幕墻槽口的連接穩(wěn)固性，完成墻體找形的過程中一并完成槽口的定位找形工作。

3、模板精加工管理體系

定型背楞深化設(shè)計完成后通過相關(guān)軟件操作后，需要通過軟件編輯及CNC全數(shù)控自動加工機床精加工后方能滿足現(xiàn)場使用。首先益匯達(dá)項目團隊將深化排版及編號完成后的模型通過相關(guān)軟件操作由三維平面轉(zhuǎn)換為二層平面狀態(tài)進(jìn)行二次深化分割，并出具模板加工任務(wù)單。

▲背楞模型原始模型

模板二次分割完成后將其嵌套去模板原材圖框中進(jìn)行加工排版工作后，把圖紙線條轉(zhuǎn)換CNC全數(shù)控自動加工機床加工代碼，利用CNC全數(shù)控自動加工機床進(jìn)行相關(guān)的加工后的模板方可滿足現(xiàn)場要求進(jìn)行拼裝。

▲模板數(shù)據(jù)傳輸至CNC全數(shù)控自動加工機床

進(jìn)行切割模板

4、定型背楞拼接與組裝

4.1 定型背楞模板預(yù)拼接

由于所有定型背楞形狀大小各不相同，每塊定型背楞將按照下料圖紙進(jìn)行編號，所有編號不可重復(fù)。拼裝時嚴(yán)格按照項目深化圖紙進(jìn)行拼裝，確保現(xiàn)場背楞形狀尺寸與圖紙一致后，按照背楞及定位盤編號進(jìn)行定型背楞拼裝。拼裝完成后，還需根據(jù)背楞弧形順滑度裝訂襯板條及面板保證成型效果。

▲核對模板信息

4.2 定型背楞模板現(xiàn)場安裝

定型背楞安裝過程中背楞間距嚴(yán)格按照相應(yīng)刻度進(jìn)行擺位，各區(qū)域定型背楞模板配備各自相應(yīng)的定位盤，各定位盤上標(biāo)有單線刻度線，刻度線起指導(dǎo)定型背楞模板定位作用；若定位盤長度過長則需雙層錯位連接保證定位盤的準(zhǔn)確性。在定位盤中每隔1m左右的刻度線上附加了矩形刻度對應(yīng)施工現(xiàn)場中測量放線的定位點。在定位盤安裝時，定位盤矩形刻度線需與所在世界坐標(biāo)軸網(wǎng)定位點重合且由于同一施工區(qū)域內(nèi)各部位定位盤標(biāo)高有所不同。

▲施工鳥瞰

5、條形襯板加工及安裝

5.1 條形襯板切割加工

根據(jù)本項目特點，模板優(yōu)先采用無覆膜紙模板，墻體造型相對平緩的部位使用單層12mm厚襯板，造型變化較大的部位使用多層3mm厚水曲柳模板。在襯板釘裝前應(yīng)預(yù)先鋪貼，檢查襯板條間隙，間隙過大時應(yīng)額外增加小板條，間隙不得大于3mm；根據(jù)墻體造型曲線曲率變化的大小，襯板加工為長度不等寬度保持在20~150mm范圍內(nèi)的條形板。

▲襯板槍釘斜向拼接釘裝圖

5.2 條形襯板鋪裝

條形襯板鋪裝時每層水曲柳模板必須錯縫釘裝。釘裝時槍釘間距保持在8~15mm區(qū)間內(nèi)所有槍釘必須全部釘在背楞模板上，襯板端口接頭部位釘裝時槍釘間距應(yīng)加密釘裝，以保證襯板與背楞的連接牢固性。

▲襯板施工

6、條形襯板表面整體打磨

襯板條形板釘裝完成后呈現(xiàn)的表面效果類似多段折線段效果，局部存有棱角、拼縫不密實等現(xiàn)象，為保證雙曲面模板的最終表面效果顯現(xiàn)平整、順滑、曲線流暢的效果，需對襯板進(jìn)行打磨工作。墻體造型弧度相對平緩的區(qū)域采用砂帶機進(jìn)行襯板面層打磨處理，墻體造型弧度較大的區(qū)域采用角磨機及砂盤進(jìn)行襯板面層打磨處理，使模板呈現(xiàn)初步平整順滑效果，同時襯板邊緣端口接頭部位容易起翹且表面錯臺嚴(yán)重，打磨時也應(yīng)保證該曲面順滑。

▲異形曲面墻體襯板打磨完成效果

7、襯板表面原子灰上料、打磨

為使襯板條表面光滑，需對襯板條進(jìn)行原子灰上料打磨。涂刮原子灰時應(yīng)使用90mm*230mm大小的鐵質(zhì)抹刀搭配刃口寬度在80~100mm鏟刀進(jìn)行涂刮工作。在涂刮墻體造型曲率變化較小的部位時厚度應(yīng)當(dāng)控制在0.5~1.0mm范圍內(nèi)；涂刮墻體造型曲率變化較大的部位時厚度應(yīng)當(dāng)控制在1.5~2.5mm范圍內(nèi)且適當(dāng)增加固化劑比例，保證基底平整順滑。

▲原子灰基底打磨完成面

8、復(fù)合多層結(jié)構(gòu)卷材模板及面板鋪裝

由于混凝土外表非平面，要達(dá)到設(shè)計團隊對建筑表面的光面效果要求，普通的木模板面層無法做到。因此益匯達(dá)團隊對模板面層嘗試了復(fù)合多層結(jié)構(gòu)卷材、玻璃鋼、條形清水板、油漆幾種材料的試驗，通過制作混凝土試驗小塊，查看混凝土表面成型效果。最終決定選用復(fù)合多層結(jié)構(gòu)卷材（PVC）為模板面層做法。在原子灰涂刮打磨完畢、滿足鋪裝PVC模板要求后，使用投影儀在墻面基礎(chǔ)進(jìn)行模板蟬縫定位投影線。鋪設(shè)PVC模板時，在背面涂刮1mm厚度的青灰色中性結(jié)構(gòu)膠，粘貼后使用鐵質(zhì)抹刀從下往上均勻用力刮抹兩遍，排出模板內(nèi)部空氣，保證模板與基底面緊密粘貼，使整體厚度均勻統(tǒng)一，無起伏現(xiàn)象。

▲刮抹保證鋪設(shè)PVC表面的平整

▲施工鳥瞰

9、鋼筋綁扎

由于墻體豎向鋼筋空間軌跡無法定位，需待模板安裝完后隨模板軌跡進(jìn)行主筋彎曲，故需模板安裝完后進(jìn)行鋼筋綁扎。箍筋的尺寸隨暗柱截面的變化而變化，這樣鋼筋綁扎的操作空間極小，且墻體截面不斷變化，箍筋下料只能現(xiàn)場實量，墻體鋼筋綁扎難度極大。樓板下層鋼筋需根據(jù)模板形態(tài)變化而變化，需人工彎曲。

▲鋼筋綁扎

10、混凝土澆筑

在清水配合比方面，益匯達(dá)根據(jù)其他清水項目經(jīng)驗，結(jié)合海口地區(qū)混凝土原材，前期在商品砼攪拌站多次試配清水混凝土配合比，檢驗混凝土性能，確定粗骨料的大致用量。清水混凝土配合比必須經(jīng)過多次試配，各參建方確定，確?；炷恋暮鸵仔裕鲃有裕┝己?、色澤均勻，無離析泌水現(xiàn)象，初凝時間控制在初凝時間控制在8-10小時。同時其外觀質(zhì)感，顏色、工作性能、力學(xué)性能、耐久性能等必須達(dá)到設(shè)計及業(yè)主的要求。澆筑時，在異形雙曲面清水混凝土墻體內(nèi)模合模之前預(yù)埋混凝土振搗管，保證澆筑過程中振搗棒順利入模且不會破壞模板表面覆膜質(zhì)。

▲澆筑混凝土

▲建筑外部

▲屋頂花園

▲超大弧型推拉門與玻璃幕墻

▲建筑外圍懸挑設(shè)計

▲公共衛(wèi)生間

▲云洞圖書館夜景

這座靜處于陸地與海洋之間的建筑，雕塑感極強。自由有機的形態(tài)同時也塑造了多變的室內(nèi)空間，洞型的層次和復(fù)雜性將空間一層層拉開，也提供給讀者一個想象力的失重場。走進(jìn)“蟲洞”里，仿佛走進(jìn)處于云端的自然暢想空間，暫時拋開日常生活和現(xiàn)實，開啟一段時光之旅。從一個看似天馬行空的設(shè)計到如今的呈現(xiàn)，云洞離不開每一位參建“藝術(shù)家”，共同賦予了它生命力。云洞圖書館的建成為我國異形清水混凝土建筑打開了一個全新的開始，同時也?？谑忻裉峁┝艘粋€休閑、閱讀的良好空間。