【论文原创精选1124】湖北第二大高铁站——襄阳东津站设计与施工
今日精彩内容
作者：中建深圳装饰有限公司 张伟方
一、幕墙工程概况
1.项目背景
外揽山水之秀，内得人文之胜；一江春水穿城过，十里青山半入城；曾经的襄阳，自古为交通要道，南船北马、七省通衢；如今的襄阳，在中建深装助力下，正式进入高铁新时代。
襄阳东津站外幕墙工程位于襄阳市东津区中环线与内环线东延段之间；汉十、郑万、呼南高铁在此交会,等汉十、郑万全线贯通,从襄阳坐上高铁1小时到武汉,2小时到西安、郑州、长沙…到北京、上海、成都、广州等城市全在4个小时交通圈。
2.设计理念
襄阳东站的站房造型以“一江两岸，汉水之城”为出发点，主站房为线上高架站房，采用“桥建合一”结构形式。站房檐口的正面朝南，整个造型似一座城门，借用楚风建筑精髓“深出檐，高筑台”的重要特征；建筑屋面整体恰似滚滚汉江水，一路奔腾，朝着南向主入口倾泻而下，气势恢宏！结合站房瀑布采光顶的整体式流线形体，打造“一江两岸”的建筑意向，衬托出“襄阳之门”的设计理念。
△襄阳东津站航拍实景
主站房为线上高架站房，采用“桥建合一”结构形式。站房工程与城市综合配套工程（地下二层为地铁站台层，地下一层为地铁站厅层及地下空间开发）在结构上为同一整体，地上3层，局部设置夹层，具体为地面层、站台层、站台夹层、高架层、高架夹层。屋面结构为空间网格体系，屋面最高点标高为50.100m,幕墙最高点40m。
3.项目幕墙系统依据站房不同功能层划分如下
出站层部分：全明框超白钢化中空铯钾玻璃幕墙，中间位置背栓石材幕墙系统；
站台层部分：半隐框玻璃幕墙系统，主入口半隐框玻璃幕墙外加铝制造型窗花；
高架层部分：斜面全明框玻璃幕墙、斜面铝板幕墙系统；瀑布采光顶系统
屋面部分：铝单板幕墙系统，其中吊顶为开放式铝板系统。
二、系统设计解析
1.屋面铝单板幕墙系统介绍
连接节点的设计：
本项目屋面铝板幕墙达22000㎡，采用3mm氟碳喷涂铝单板，次龙骨为70*70*5钢方通，主龙骨为160*80*5mm和200*100*6mm钢方通。为了避免胶缝挂灰影响效果的问题，达到提升外视效果，起初我们考虑深胶缝做法，但深胶缝的施工工艺难度较大，且对异形结构幕墙造型的施工措施要求较高；第二点，像高铁站这种公共建筑对屋面防水要求较高，并结合现场施工的不利条件和因素，我们最终决定在檐口部位用深胶缝做法工艺，吊顶部位采用开缝铝板连接，并在背后增设一道1.5mm厚镀锌钢板作为防水措施。
△东西侧屋面檐口节点图
骨架的设计：
运用BIM技术，根据Rhino模型分析，对檐口不同位置铝板的板型进行角度和阶差分析：直面板约占58.3%，单曲面板约占40.5%，双曲面板约占1.2%。
△BIM模型分析简图
檐口南北面共计146个分格，累计转角30.5度，相邻板块约为0.2度；檐口东西面共计142个分格，累计转角26.0度，相邻板块约为0.2度。复杂的网架结构连杆丛生，长短各异，用于幕墙“生根”网架球铰大小不同，直径范围从300～750mm不等，且在空间上呈不等距布置，无法与主次龙骨位置对应。为解决这道难题，我们通过增加一层200*100*6mm斜向龙骨，沿着网架球铰布置，再经由转接件与铝板的主次龙骨相连。
△东西面阶差分析
△南北面阶差分析
△东西面檐口铝板Rhino三维放样图
效果的呈现是通过铝单板来实现，而到达效果的基础却是龙骨的安装精度。为保证斜向龙骨能与主龙骨更好的贴合，我们通过三维模型导入，将每个球铰中心到对应斜龙骨表皮的距离测出，在制作钢转接件时，其规格大小根据不同半径的球铰和对应的距离逐一匹配，很好的解决了现场的大量测量、切割工作。
2.南面檐口铝板板块装配式施工
南立面檐口铝板面积约6000㎡，网架结构大面积悬挑。建筑标高40.00米，也是铝板幕墙的最高点。底部施工平台标高11.00米，施工作业高度为29米。
△南面檐口铝板效果图
为了减少现场施工措施的搭建，同时提高材料的加工安装精度，我们将悬挑部位设计成铝板单元板块。对此，首先将每榀单元板块间的连接节点做优化，将传统L型角码改成直板连接连接方式，固定在龙骨侧面，避免了开缝位置有外漏，影响整体观感；后将交接位置左右侧的主龙骨改为两种不同规格，既保证了每榀单元在吊装作业时的刚度，又避免龙骨自重太大，给主体网架结构增加太多的负荷。
△铝板单元拼接节点图
具体施工依次顺序如下：根据模型找出龙骨定位控制点→BIM参数化统一下单→现场地面拼装→板块整体吊装。
由于项目工程体量大、时间紧迫，总工期目标仅140日历天，为保证时间节点，经仔细研究和方案讨论后决定把单元体扩大。但事物总存在两面性，有利的同时必然存在一定弊处。板块越大，龙骨焊接量就越大，现场作业条件、设备有限，如何避免尺寸的累计误差？精度控制至为关键，期间尝试过放线机器人定位检测，但是对批量生产，效率较低。我们结合过往的施工经验，将三维模型中的铝板分格拍平找到平面上的尺寸，在现场弹线找到相应的三维定的二维垂直投影点，这样依据铝板与主次龙骨连接的位置关系，将龙骨定位点确定下来。
△南面檐口铝板三维模型
△南面檐口铝板拍平为二维平面定位
如此一来，精准测出龙骨的定位尺寸，在地面拼接出龙骨“胎架”，从而有了大面积焊接作业面，既控制了精度又提高了制作效率。现场操作工人再结合铝板单元组装图，将防水钢板安装后，根据排版编号将对应位置的铝板固定牢靠。
△铝板单元龙骨拼装作业
以一个拼装单元为例，在地面上拼装完毕后用6个电动葫芦起吊铝板单元体，将拼装完整铝板单元提升至安装位置，到指定高度后用手动葫芦进行微调，调至之前用全站仪所标出的定位控制点，保证了安装的精度。
△防水钢板安装后安装铝板
在实施过程，檐口造型的铝板单元体平均面积144.5平方米，出入口正上方吊顶铝板单元体平均面积240.5平方米，为吊装的最大一榀铝板单元体；南面檐口共计84块铝板单元，平均每块铝板单元尺寸2.73m*1.08m=2.95㎡，吊装铝板面积248.58㎡，吊装重量达6.76吨，最终提前10天完成工期节点。
△整体吊装过程实景
3.南面高架候车层斜向玻璃幕墙+斜面铝板幕墙装配式施工
此部分采用空间桁架结构体系，全明框玻璃幕墙为钢铝结合系统，钢管作为龙骨体系，面板采用8+1.52SGP+8Low-E+12A+8mm超白钢化夹胶中空玻璃，龙骨为100*100*4mm氟碳喷涂钢方通。
因南面高架层抗风桁架与水平面呈55°的外倾角，而在东西走向上沿着圆弧型幕墙完成面等距分布，这样便造成每榀桁架之间的玻璃幕墙呈“喇叭口”状安装。如何控制每根竖龙骨之间的夹角和横向龙骨的长度是关键点。
△南面高架候车层斜向幕墙效果图
借鉴前期檐口铝板的装配施工的成功经验，我们决定再次将其运用在斜向幕墙上。经不断分析现场的施工作业条件后，我们将其划分为两段，30.2m标高以下龙骨架先行吊装，柱帽铝板在地面安装固定后整体吊装。
首先进行斜面铝板幕墙背附龙骨的安装。依据主体抗风桁架的定位，将每道横龙骨平行于水平面布置，摆放方法与之前檐口单元类似，整体就位进行焊接，焊接过程采用二氧化碳气体保护，提高焊缝质量，避免背附龙骨架的伸缩变形。焊接完成后完成打磨、除焊渣等处理。
△高架层斜向铝板装饰柱龙骨装配式施工
△斜向铝板装饰柱柱帽铝板装配式施工
原料切割加工：钢材原料为6m、7.5m、9m等不同定尺方管，根据加工图切割后，相应编号，并将对应编号钢管焊接。充分利用三维软件放样的优势，将其每道横龙骨空间长度尺寸转换到二维平面，横龙骨就位后，根据实测距离，摆放出竖龙骨位置，控制好角度和距离，并通过对角线与图纸复测。
焊接成型：采用结构对称、节点对称、全方位对称焊接，重要的焊缝优先焊接。为保证焊接成型后的尺寸，点焊固定基本成型后，收缩量大的焊缝优先施焊。
△高架层斜面玻璃幕墙龙骨拼焊半成品示意
基座和面板安装：
高架层斜面玻璃分格大小均不等，宽度从1470～1525mm范围内变化，每块异形玻璃板块唯一编号，采用BIM建模并结合插件Grasshopper指导下料。
△模型中异形玻璃独立编号
△GRASSHOPPER 参数化下料
△板块加工图与料单一次成型
起吊安装：
为了减少空间调整的工作量，先在模型里模拟好吊点和绳长，按照理论控制吊点位置，这样能节省在空中大量的调整时间，钢丝绳和每榀板块连接点间设置手动环链葫芦，在安装时进行微调。起吊过程中，单元底部用抗风绳绑扎，并由工人牵引操作，避免吊装过程摆幅较大。
△斜面玻璃幕墙吊装作业实景
4.站台层两侧玻璃幕墙装配式施工
该位置为全明框系统，玻璃为8+1.52PVB+8mm钢化夹胶玻璃，龙骨为120x100x5mm氟碳喷涂方钢管。为了达到短短5个月的工期要求，我们几乎将装配式吊装淋漓尽致的运用在整个项目上。基于站台层两侧具备良好的施工条件，工人可以大面积展开测量、拼装作业，这里的龙骨我们亦采用装配式吊装方案，后续玻璃面板用高空车安装固定，减轻了吊装单元的自重。
△站台层两侧全明玻璃幕墙装配式施工
5.高架候车层斜面幕墙顶部异形开启扇组装
在高架层最上部两层分格中均为外开电动排烟窗，由于左右竖向龙骨不平行，东西面22榀桁架共计有84樘开启窗的四角均为非矩形，且每樘开启4个角均在87°～93°之间不等。考虑到该项目因消防验收规范的要求，外开排烟角度需达到70°，而开启扇自重又较大，因此对开启扇的组装加工要求极高，精度达不到，会造成窗户关闭不严，甚至可能发生电动推杆在开启过程中存在阻力或者卡死的问题。
由于常规组角的角铝均为直角，不能适用这种非90°异形开启扇的组装。若根据每樘开启扇组框放样尺寸的角度，去配合定制不同角度的组角角铝模具，会造成大量的材料、资源浪费。过程中我们尝试过将铝角码改做铸造钢件，但因目前钢件的加工精度远远不够，在试组一樘窗框时，又出现四角连接位置拼缝不严密的问题。
经过与加工厂技术人员的沟通和讨论，决定采用目前市场上尚未大面积推广使用的“活动角铝”方案，即将传统的组角角铝沿45°位置“一分为二”，并各自开模，后将两块组角料错缝拼接，连接位置用螺栓连接固定。后来经过不断调试和检验，这种组合角铝能适用于80°～110°范围内所有角度的窗型材组角，精度高、连接牢靠，又避免重复开模，完美的解决了组装工艺问题。
△活动组角角铝样品照片
三、经验及总结
1、装配式施工的推广
襄阳东津站项目的装配式铝板单元体吊装，适用于展馆、体育馆、车站、机场、工业厂房等大型高空间建筑施工。后期遇到类似的异形建筑造型，都可以大量推广地面拼装，运用整体吊装的装配式施工方案。提高了施工效率，确保了安装精度和质量，缩短了工期。
2、BIM技术应用的进一步加深
方案阶段配合推进设计深化工作，进行玻璃采光顶、檐口悬挑铝板、弧形玻璃幕墙的分格优化工作，协助解决了金属屋面与采光顶、檐口等系统的收口问题。下单阶段，针对玻璃采光顶、檐口悬挑铝板、高架层异形铝板装饰装饰柱等复杂幕墙，利用BIM参数化技术下料，提高了准确性。现场施工阶段，协助项目解决玻璃采光顶、檐口悬挑结构、高架层异形铝板装饰柱等幕墙系统空间定位、测量放线等问题。
3、寻找新工艺，解决材料组装加工难点
当从外观设计层面无法改变幕墙分格，去解决的本项目中开启扇组角角度的难题时，可以考虑借助外部先进的工业生产工艺，解决根本问题。幕墙是建筑业和工业相结合的产物，两者需取长补短，才能推进幕墙不断向前发展。
总结：本项目充分利用BIM先进的技术优势，处理异形、三维定位和参数化精确下单等难题，但也无法克服其带来材料规格过多的弊端：第一生产厂家由于铝板尺寸种类太多，导致生产周期不断加长，第二现场的施工条件限制，异形铝板的堆放给现场材料管理带来困扰，工人浪费很多的“寻找”铝板的时间。方案设计阶段如何运用模型拟合各种异形面板，在不影响外观造型尽量减少材料规格，尤其是相似面材需要合并成一种， 以免施工过程中混淆不清。
四、结束语
连动天南海北，沟通东成西就。在历经奋战近150个日夜后，夜行至此颇为感触。
当异形建筑逐渐被建筑师青睐时，如何将这套吸引眼球的“外衣”给笨重的结构披上，是幕墙设计越发重视问题，而襄阳东津站这座异型建筑的建设结合当地的地域和文化特征，加强对地方文化的挖掘，形象地诠释了“一江两岸，汉水之城”的内涵，较好地体现了汉水文化、古城文化。守初心为民计，秉匠心筑精品；从屋面首榀檐口铝板单元吊装，到站房瀑布吊顶安装，争先的中建深装人打造新的“襄阳之门”，是先进幕墙技术与传统襄阳文化完美糅合的结晶！
△襄阳东站夜景
（文章版权归作者所有）