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摘要：本研究通过西安华润生命之树项目，探讨了特异型幕墙设计的创新思维及其在设计与实施过程中的应用。面对超大板块运输组装、结构空间局限、多专业交叉复杂空间定位、拼接位置毫米级偏差控制和温度变形释放等挑战，项目团队采用了竖向断缝与叠合拼缝技术、环梁与背负钢架的转换、BIM技术的空间切分原则、高精度定位板和温度变形设计等创新方法，成功解决了设计难题，确保了项目的顺利实施和高质量完成。生命之树项目不仅展示了特异型幕墙设计的独特魅力与艺术价值，还通过其精湛工艺和卓越性能成为西安的新地标。研究结果证明了创新思维在特异型幕墙设计中的重要性，并为后续类似项目提供了宝贵经验。未来，随着建筑行业的发展和人们对建筑美学与功能性的更高要求，特异型幕墙设计将有更广阔的发展前景。
关键词：特异型项目;空间分配;参数化设计;叠合拼缝;空间定位转换;多专业交叉;高精度定位
1 引言
1.1研究背景
随着现代建筑技术的不断进步，特异型幕墙设计已经成为展现城市风貌和提升建筑品质的重要手段。特异型幕墙设计在建筑行业中的重要性不容忽视，它不仅关系到建筑物的外观美感，还涉及到建筑的功能性、节能性以及安全性等多个方面。
在西安电视塔与隋唐天坛的古今中轴线交汇之处，致力于打造传承中华文化世界级文商旅综合体的华润置地在西安曲江新为当代西安种下一颗“生命之树”。这将是对古城文化的回溯与探寻，也是东方文化面向世界新的生长。
“生命之树”由英国建筑“鬼才设计”大师托马斯·赫斯维克(Thomas Heatherwick)亲自操刀，他在与中国山水相遇后，为这片土地带来了太多惊喜。
而“生命之树”是一场与长安从东到西的遇见。“此项目是西安的一个缩影，一个城中之城，融合了西安优秀的历史、文化与活力”，托马斯·赫斯维克将用一座新的文化地标建筑，一个具有活力的新商业空间，为西安这座城市写下一段新的文化叙事。
1.2研究目的
本研究的目的是探索并实践基于创新思维的特异型项目幕墙设计在西安华润生命之树项目中的运用。研究目的包括以下几点： 首先，通过深入研究创新型的幕墙设计理念和方法，旨在为生命之树项目打造前所未有的幕墙形态，使其外观如艺术品般独特，成为一处引人注目的地标。 其次，研究旨在通过方案与BIM设计和结构设计（词条“结构设计”由行业大百科提供）进行协同推进的螺旋式设计，确保项目方案的设计的实施落地性。 再者，本研究强调特异型项目的设计思维和方案对于最终实施的影响，以及如何通过创新设计方法来降低实施难度，提高精度控制。 最后，本研究旨在为其他类似项目提供可借鉴的设计方法，打造更多具有艺术性和创新性的精品项目。 通过以上研究目的的实现，我们期望能够为其他类似项目提供有效的设计方法和策略，以实现预期的设计效果和功能性能。
2 创新思维在特异型幕墙设计中的应用
2.1创新思维在幕墙设计中的重要性
生命之树，其树身巍峨高达57米，由七层精心设计的平台构成，象征着丝绸之路穿越的七个不同气候带。它不仅重现了丝绸之路上亚欧大陆的异域风情，更通过其延伸的60片巨型叶片，展示了植物随季节更迭而变换的生机与色彩。一日之内，四季之景，生命之树以不同的姿态和色彩绽放，彰显了植物生命力的壮丽，呈现了一个充满活力、色彩斑斓的艺术杰作。
本项目中的60片叶片，巧妙地构成了60个形态各异、大小不一的平台，如图3所示。这些叶片由10根主干延伸出的树枝所支撑，每一片都致力于完美复现银杏叶片的优雅形态。叶片的外缘设计得极为纤薄，逐渐向树枝中心收缩，由精细的褶皱和叶脉构成。生命之树的中心核心筒（词条“核心筒”由行业大百科提供）内设有观光电梯，而螺旋式上升的旋转楼梯则将各个平台与叶片巧妙地连接起来。此外，通过精心设计的拉力环，每个叶片的楼梯得以稳固地搭建在环上，共同构筑了生命之树的宏伟结构。每个叶片的四周，还特别设计了错落有致的栏杆，象征着生命之树不断向上、向光生长的不屈精神。
本项目在设计过程中融入了众多创新元素，正是这些创新方案的巧妙运用，确保了这件艺术品得以完美呈现，成为令人瞩目的艺术与工程的结合体。
2.2 西安华润生命之树幕墙设计的基本设计理念
本项目由于造型复杂，交叉专业多，空间极限等问题，使得整个项目的设计难度非常大。将深化设计过程可概括为：找规律、定规则、分蛋糕、归类别。
找规律：六十个叶片各不相同，空间关系复杂。通过BIM团队与HS的深入交流，我们找到了表面生成的底层规律，并优化程序，使每片叶片能独立重构。研究中发现叶片平台边缘均为直线，利用此发现设计出规律性的龙骨和支点布置。
定规则：幕墙二次环梁和叶片背负钢架的布置，依据叶片规格与直边关系进行。在异形空间中，直边作为基准简化了支座设计的六维定位为三向定位，降低了施工难度。
分蛋糕：全专业空间极为有限，仅靠幕墙规律和规则不够。我们推广幕墙设计经验，将空间分配给各专业，如同分蛋糕。以基准面为基础，协调各专业空间需求，初步切分后进行特殊化设计。叶片外观变动时，单独调整并确认。
归类别：
项目中交叉情况多，但通过梳理分析，我们找出分类规则，简化设计颗粒度。结构和图纸设计均按类别进行，规则输入程序实现参数化设计。所有施工基于模型，图纸为辅助，节点是规则设计基础，图纸正向出图，模型修改同步更新图纸，提高设计效率。
3 设计方案的制定与实施
3.1难点一：块超大问题和解决方案
本项目采用每三个“V”型面板构成一组叶片，共计8组叶片安装于单一平台，如图4所示。经过精确的尺寸分析，我们发现最大一组叶片的尺寸达到4340mm宽，最长为15536mm。鉴于此尺寸无法进行整体运输，我们决定在工地进行组装，并深入探讨了断缝隙的设计方案。
方案一采用横向断缝隙的方法，若超长板块需横向断缝，则所有板块均需增设横向断缝。如图6所示，横向增加断缝将显著影响整体美观。此外，由于叶片均为双曲形状，横向断缝的拼接精度控制极为复杂。考虑到结构空间的限制，异形空间曲面（词条“曲面”由行业大百科提供）板的安装定位本已颇具挑战，若增加横向断缝，将导致加工和施工难度大幅上升，外观效果难以保证。在样板阶段，我们也尝试了整体叶片与横向分段叶片的对比，进一步验证了横向分缝的难度。
最终，我们采纳了方案二，即将分缝设置在每个“V”型相交的阴角处，即采用竖向断缝，如图7所示。然而，由于每片叶片均为双曲形状，若采用传统对拼方式，将不可避免地出现大小不一的缝隙，影响外观效果的精致度。经过深入研究与设计，我们采用了叠合拼缝技术，将相邻两片叶片的拼缝巧妙地连成一线，有效消除了加工误差对外观的影响。叠合拼缝的理念也被巧妙地应用于本项目的其他细节处理中，使得项目的细节处理达到了近乎完美的境界。最终，每个叶片在工厂内进行预拼装，确认无误后拆解，将每个“V”型面板和背负钢架分别运输至工地，并依据预先对准的孔位进行精确拼装，确保了安装的精度。
3.2难点二：结构空间局限
本项目中钢结构与叶脉的分缝关系如图8所示，钢结构中心与树叶中心之间不存在对应关系，同时钢结构的悬臂梁与叶脉分缝亦无对缝关系，导致整体设计的连接体系复杂化。通过全面的形体研究与分析，鉴于每个平台边缘均为直线，故采取与直边平行布置环梁龙与背负钢架的方式确定龙骨和定位点的定位规则，如图9所示，实现了复杂空间定位的转换。在特异形项目设计中，点、线、面的空间定位转换以及多维度空间定位的简化思想极为关键。本项目通过环梁与背负钢架的转换，运用码件实现了三维X\Y\Z直角坐标系的调节，简化了空间定位中的角度调节，显著降低了施工难度，如图10所示。
3.3难点三：楼板和叶片空间狭小且多专业交叉
生命之树的每个平台上面都种植有不同的绿植，如图11所示，所以需要从楼板完成面往下做下沉的树坑，楼板面和叶片完成面为了保证外观效果，空间已经十分局限，在布置上树坑，就成本增加了难度。此外还水管、电线也要走楼板之下，让原本有限的空间更加捉襟见肘。最后通过制定各专业的定位原则和占用空间的原则，如图11所示，让设计可以全面推进。原先树坑是大小无规律的布置，通过幕墙龙骨的校核，让将树坑设置在环梁和背负钢架的横向龙骨之间，不会打断横向龙骨。同时应用BIM技术，将各专业的设计空间像切蛋糕一样进行切分，遇到特殊位置再做特殊处理。
3.4难点四：拼接位置的毫米级偏差控制
在树叶向树枝干位置的收缩过程中，以及树枝干上横向断缝的出现，如图13所示，实现毫米级的偏差控制，确保近人尺度的视觉体验显得尤为关键。这种精细的控制不仅提升了整体的美观性，而且对于保持设计的连贯性和整体性至关重要。如图14所示，通过在每个分缝位置采用激光雕刻的高精度定位板进行精准定位，上下板块在同一限位板上限位，从而确保造型的连贯性与定位的精确性。这种技术的应用，使得每个部件的结合都达到了几乎无偏差的效果，极大地增强了产品的整体质感。
3.5难点五：温度变形的释放
在本项目中，我们特别选用了不锈钢材质的金属面板，以确保结构的耐久性和强度。同时，整个主体结构是基于钢结构来构建的。正如之前所进行的详细分析所指出的那样，考虑到叶片的尺寸非常庞大，并且在设计上没有设置任何分段缝隙，加之本项目所在地西安地区，具有夏季炎热和冬季寒冷的显著气候特征，因此，我们必须对温度变化可能对结构造成的影响进行深入而周密的考量。如图15所展示的那样，叶片的设计已经充分考虑了从升温70℃到降温50℃这样一个广泛的温度变化区间，并且基于此温度范围进行了精确的温度变形设计。本项目的设计团队巧妙地利用了叶片褶皱形状所固有的刚度特性，将背负钢架精心设置在叶片的中偏上段位置，这样做的目的是为了在叶片的长度方向上将温度变形的约束点定位在中部，并且在叶片的两端进行释放。通过这种创新的设计方法，我们成功地将所有拼缝的宽度控制在了15mm以内，确保了结构的完整性和稳定性。至于叶片宽度方向上的温度变形问题，则通过叶片褶皱的自然形态得以有效地释放和调节，这一点在图16中得到了清晰的展示。
4 结论与展望
结论
本研究通过对西安华润生命之树项目中特异型幕墙设计的深入探索与实践，成功地将创新思维应用于项目的设计与实施过程中。在项目的设计阶段，我们面临了诸多挑战，如超大板块的运输与组装、结构空间的局限性、多专业交叉的复杂空间定位、拼接位置的毫米级偏差控制以及温度变形的释放等。然而，通过采用竖向断缝与叠合拼缝技术、环梁与背负钢架的转换、BIM技术的空间切分原则、高精度定位板以及温度变形设计等创新方法，我们有效地解决了这些难题，确保了项目的顺利实施与高质量完成。
生命之树项目不仅展现了特异型幕墙设计的独特魅力与艺术价值，更通过其精湛的工艺与卓越的性能，成为了西安这座古城的新地标。项目的成功实施，充分证明了创新思维在特异型幕墙设计中的重要性与应用价值，为后续类似项目的设计与实施提供了宝贵的经验与借鉴。
展望
随着建筑行业的不断发展和人们对建筑美学与功能性的要求日益提高，特异型幕墙设计将迎来更加广阔的发展前景。在未来的设计中，我们应继续深化对创新思维的研究与应用，不断探索新的设计理念与方法，以满足市场与社会的多元化需求。
总之，特异型幕墙设计作为展现城市风貌和提升建筑品质的重要手段，其发展前景广阔。我们应紧跟时代步伐，不断创新设计理念与方法，为建筑行业的发展贡献更多的智慧与力量。
5 参考文献
[1] 朱大力.建筑表皮材料精细化设计探析[J].中国建材科技, 2021,30(1):29,87.
[2]应俊，幕墙视角下的复杂异形建筑表皮精细化设计，建筑规划与设计，1671-9344(2022)04-0073-03
作者单位：1.广州格雷特建筑幕墙技术有限公司
2.西安中央文化商务区控股有限公司
作者：吴可娟1 张金太2 朱力2 杨礼山1
