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建筑工程弯曲表面及新材料加工工艺探析 【摘要】本文介绍各种弯曲表面工程的技术特点和针对 不同的建筑外表面材料进行双曲面加工的可行性及方法。 【关键词】弯曲表面工程；工程外帷幕设计；表皮分析; 拟合设计；双曲板材加工 一方面，新潮的建筑设计理念和思想不断的挑战工程技 术实现性的底线；另一方面，也正是设计师们在建筑艺术领 域的“奇思妙想”推动着现代工程领域新技术风起云现。 弯曲表面是建筑工程各种复杂表面中最具艺术表现力 一种表面形态类别。我们可以把弯曲表面按普通几何学概念 可以分为：单向曲率表面和双向曲率表面。我们也可以把弯 曲表面按其数学属性分为：可以进行函数表迗的数学性曲面 （简称数学曲面）和不能用函数表达的非数学性曲面（简称 非数学曲面）两种。 传统的建筑工程弯曲表面的实现是依靠混泥土现场浇 铸成形。其技术实质是弯曲模板设计及弯曲模板安装技术。 现代建筑工程已经过渡到以龙骨“找形对位”加上板材拼 接这种幕墙构造技术。这是由各种新构造方式和各种新型材 料整合而成的建筑幕墙（含屋面）工程技术，包括各种装饰 幕墙、功能幕墙加上装饰屋面采光窗等等。这些涉及建筑外 表皮的工程技术现在统称为建筑帷幕工程技术。基于弯曲表面建构的建筑帷幕体系，当然是帷幕工程技术体系中难度极 大的那一部分。 实际工程中，大多数建筑帷幕工程的大部分作业面上， 主要是以平面板材来拟合弯曲表面完成的。还有一些使用单 表面板材拟合双曲表面的工程实例。基于双曲面表面工程 技术实现性本身以及经济条件和时间要求等因素，工程实施 过程是一种对设计师完美的设计构思的逐渐妥协的过程。 弯曲表面建筑工程帷幕技术的支撑是各种建筑外表面 材料的加工技术，以及和各种板材相适应的构造连接系统。 带有曲面特性的建筑外帷幕设计和施工技术实施过程中，利 用计算机三维技术进行表皮分析、选定板材材料、板材分割 方式和拟合方式是重要步骤和因素。 首先应用计算机软件对建筑模型信息进行分析。目前工 程外帷幕设计领域较为常用的计算机三维设计和分析软件 有：Auto CAD、SolidWorks、PRO/E、Rhinoceros 等，其中 Rhinoceros以其功能强大，分析能力强而快速且广泛的流 行。确定建筑表皮曲面的类型、分布、界面因素、基本材料 要求、曲率变化范围等等。在对建筑整体表面简单分析后， 简单的估算是否需用曲面板及所需曲面板材的位置和面积， 单曲还是双曲。 所有类型的板材加工难度和开材率不同体现出不同的 就经济性。从经济性考虑，优先选择的次序为：矩形板、梯 形板、三角板、单曲板、双曲板。这个选择决定建筑表面板 材的划分和拼接方式。 建筑外帷幕设计中，任何双曲面的工程外表面，我们都 可以理解为是“理论”表面。也是基于对经济性考虑，我们 要优先选择平板和单曲板。将平板或单曲板模拟出“理论” 表面那种双曲效果的过程就是拟合设计概念。拟合设计中， 需要关注的问题比如有： 1、 有矩形板和梯形板共面问题，这取决于理论表面曲 率大小。 2、 单曲板排板方向问题，这取决于理论表面不同方向 不同曲率情况。 3、 板块间拼缝还是搭缝，缝隙大小，通缝还是错缝。 这些取决于建筑效果和防水构造要求。 4、 如何收边收口，收边收口范围多或少。这些取决于 建筑效果和防水构造要求。 以某工程任意双曲面异形柱为例，该工程表面选定铝板 为表面材料。首先将建筑设计原始资料Rhinoceros进行分 析和微调整，然后将数据导入CAD中归纳成工程图，所有控 制点在CAD中精确定位，坐标列表。选定曲率变化最复杂的 地方，深化构造系统设计，同时提供三维数据给厂家、曲板  选择建筑帷幕面板主材的过程也是综合考虑上述诸多条件和因素过程，这是一道非常复杂的多选题，几乎不会有 所谓的最佳答案。设计者要考量不同材料的加工方式、包含 了加工工序的材料价格，也要了解每种材料相配套的成熟的 构造方案。设计者也要保证材料表现出来的效果吻合或接近 建筑艺术要求，甚至还要熟悉不同材料的技术参数等等。 现代建筑材料加工技术已经发展到一个相当的水平，大 多数板材就平面和单曲面来说，加工并不难。但不管哪种材 料，双曲板材的加工还是一个非常值得探讨的技术难题。目 前常用的双曲面板材的加工方式主要有冷加工、热熔、常温 浇注挂板、薄膜等四大类。涉及目前外装饰工程所有面板材 料种类。 1、冷加工，也就是常温机械方式加工。双曲面材料的 冷加工主要有冷弯和机加工两种。 1.1冷弯：冷弯是指平面金属板材在外机械力的作用 下局部伸展导致整幅板材变形的过程。冷弯材料表面必然受 拉，材料的延展性能要求高。所以主要应用于金属板材，如 铝板、不锈钢板、钦板等。限于金属材质一定范围内的弹性 模量以及板块尺寸和厚度差异。加工时施加外力的方式有四 种：捶打、辊压、冲压、拉弯 传统