摘要：建筑幕墙的应用在西方以1851年伦敦“世博水晶宫”玻璃帷幕为标志，已经历160多年发展历史，国内则以1983年兴建的长城饭店为标志也发展了30多年。作为建筑重要功能部件，幕墙经大量的应用实践和理论研究已进入智能信息化、绿色环保化、工厂装配化及个性化发展阶段。其中有经典成功案例，也有值得吸取教训的遗憾工程。这些均是建筑幕墙行业发展过程中积累的宝贵财富。我们回顾过去、展望未来时发现太多需要总结的升华认知和理念。本文试图系统性反思幕墙设计理念、方法，尝试进行理论化概括，试图为实现更好的幕墙设计提供启迪和帮助。

　　一 前言

　　建筑幕墙是建筑之子系统，不承受来自主体的荷载，而自身所受荷载传递给建筑主体结构，相对于主体具有微动能力的围护体系。所以，只有在建筑系统内从哲学高度认识建筑幕墙才能把握其本质。人类知识体系本质上是层级化互动认识，这一点得到了现代脑科学、心理学和社会学强有力的支持。所以哲学认识作为认知世界的最高阶概括，对具体认知提高产生强大的推动作用。哲学有三个维度：讨论“实在”的“形而上”，讨论“知识”的“认识论”和讨论“价值”的“价值论”。

　　我们以“物质实在论”的唯物主义为基础分析幕墙，得出以下结论：建筑幕墙既是生产力和技术工艺发展的必然产物，又被人类“情感冲动事件”所推动而演变。英国伦敦“水晶宫”幕墙就是早期的例子，工业化为其提供了实现的可能，需要展示工业成就的世博会为它提供了应用的契机。ZahaHadid Architects建筑设计为代表的非线性建筑及外皮设计被欢迎，则是当代的例子——数字化技术为其提供了强有力支撑，人们审美的丰富性需求，为其提供了广泛的实践土壤。所以，非线性元素为例，在建筑设计、建造和营运过程中创造的新感受，一定在多样化的建筑实践中，为建筑提供更多复合而弹性使用机会而，成为当今具有活力的“事件”。

　　建筑幕墙的发展趋势——作为建筑幕墙设计，随着互联网基础设施的完善、智能控制产品成本的下降、建筑人性化需要和环保要求的提升，必然走向智能信息化、绿色环保化、装配化。同时不可回避的是：幕墙作为建筑子系统，在满足建筑量身定制设计的过程中“个性化”既是必然，又是其永恒审美价值所在。因为业主表达自我个性与商业利益追求、建筑设计师（词条“建筑设计师”由行业大百科提供）表达自我独创和艺术造诣的理想和大众实用主义评判等多重互动是其永恒的动力，建筑设计一定在个性化道路上分化发展。被广泛质疑的央视大楼方案选择就印证了以上的看法，只不过在这里个性表达动机更强烈而已。所以，可以说幕墙设计是建筑设计创新的重要组成部分，与建筑设计互动过程中演变、升级和发展。

　　二 幕墙设计新理念

　　1建筑幕墙结构设计、功能和性能设计与建筑整体功能和美学相结合，才能实现精品。

　　1.1以建筑师的眼光看幕墙，才能走出“幕墙本位主义”(往往以“幕墙直接成本主义”表现出来)，以建筑有机整体思维的更高层次上把握幕墙设计本身的要点。

　　建筑以实用为基础，综合依据场地特点、功能需要和文化表达等需求，“无中生有”式的创造过程，创新是其灵魂。所以幕墙除了保证幕墙本身的基本功能性外，要满足建筑整体设计理念，也就是说要秉持建筑师一样的整体观念，否则很容易失去方向，难于实现与建筑整体和谐的幕墙设计。

　　案例：苏州科技文化艺术中心。该项目位于金鸡湖畔的文化水廊景区，临水而筑。方案由保罗

　　保罗·安德鲁(Paul Andreu)设计，设计体现苏州建筑传统元素：“一颗珍珠、一段墙和一个园林”为建筑美学上的立意。

　　建筑图案幕墙研究：模块化、张力线条、高效加工安装工艺。

　　苏州科技文化艺术中心月牙形建筑外皮图案象征闻名世界的“苏州丝绸”放大图案元素。所以线条要有内在的编织张力，同时要实现天衣无缝地连续对接，不能有断续不畅的感

　　觉。为此我们试着心怀建筑设计师情节，配合建筑师进行了多次图案及图案加工工艺实验，最终经华东院崔中芳等建筑师确认，确定了“模块化双层铝板单元”设计方案。该方案用36种基本的模块图案完成整个立面图案的无缝对接。

　　图案试验1(如图1.1.4)，目标是用规则穿孔形成条状图案 条状图案，以实现立体图案。

　　图案试验2(如图1.1.5)，目标是用铝板、喷涂钢板和不锈钢板（词条“不锈钢板”由行业大百科提供），以实现张力不同而成本有差别的图案方案。由于铝板是高光反射材料，加工图案可用冲切、水切割（词条“切割”由行业大百科提供）或机械切割，但不能用激光切割（词条“激光切割”由行业大百科提供）。喷涂碳钢板和不锈钢板可以用以上四种方法加工。但不锈钢板成本高、喷涂钢板防腐性能不足而只好选用机械切割工艺铝板。

　　图案试验3(如图1.1.6)，目标是模块化双层铝板，由机械切割单层铝板组合焊接而成(平板或弯弧板)。

　　这种模块化方法多种优点于一身是比较理想的方案。其优点是(下图a~f)：

　　几何形状易于实现，即易于组装完成稳定形状，特别是形成弧形双层铝板方面优势明显。因为把两张平面单板，经过冷弯组合焊接起来形成整体双层弯弧板时，容易避免大半径弧面回弹而失去形状稳定性问题。

　　安装加工方便。

　　容易与LED等集成设计。

　　1.2 建筑幕墙应有“大批量工艺”思维

　　现代建筑体量大，幕墙设计安装往往涉及到数量巨大的批量构件，只有“简单才是可靠”的设计美学理念，才有利于最终实现幕墙精品。“大批量工艺”思维是超大型项目顺利施工的必要前提，帮助人们以大工业化的思路处理“手工小批量”思维做不到的工艺，以可靠流水工装工艺处理依赖工人个人技能的工艺手段。上海中心大厦在幕墙体系选择、新材料应用、施工工艺选择等方面均实践了该理念。

　　案例——上海中心：该项目形体形态复杂，由底至顶扭转120°螺旋收缩上升。幕墙工程量大，约2万余单元板（词条“单元板”由行业大百科提供）块。需要从结构体系入手，将更多困难留在工厂内解决，减少现场工作量和实施难度。通过方案阶段多重对比分析，最终确定台阶式挂式整体单元式幕墙的技术线路。

　　幕墙体系的选择，在满足建筑造型和精度的基础上，通过对3种方案在加工工艺、施工精度和进度等要求的对比，确定采用方案2的台阶挂式整体单元，三种确定方法如下：

　　方案1 光滑倾斜式单元幕墙

　　玻璃均需现场冷弯处理，通过反复试验、测试(应力测试、密封测试)得出结论，难以控制结构失效风险，如下图1.2.4、1.2.5。

　　方案2 挂式单元幕墙与坐式单元幕墙

　　通过对比验证，确定采用挂式整体单元体系为合理的结构体系。

　　方案3 分体单元幕墙

　　分体单元幕墙标准化程度高，板块种类从整体20327种可优化至5800种，但现场风险大。

　　所以最终采用了台阶式挂式整体单元幕墙体系。

　　1.3幕墙功能、性能设计要点及与经济性进行平衡策略

　　在幕墙的功能、性能设计方面，按照国家标准《建筑幕墙物理性能分级》(GB/T 15225)，主要有以下几个方面：抗风压性能、空气渗透性能、抗雨水渗漏性能、保温，遮阳性能、隔声性能、平面变形适应性能、防坠及耐冲击性能、防火安全、防雷性能、通风换气功能。

　　1.3.1抗风压设计 Wind Pressure Resistance

　　根据建筑实际情况可针对性设计，可以做到物尽其用。“向结构设计要合理性和经济效益”是成本优化和确保设计安全的保证。以决定幕墙抗风压性能的关键部件竖龙骨设计为例，浅谈以上理念如下：

　　认真选择结构方式及受力模型，宏观上优化材料用量。多层建筑一般情况下具备采用多跨静定梁条件。采用多跨静定梁优于简支梁，根据室内效果一般悬挑长度为1/12，可节省材料为20%。图1.3.1.1列出了几种受力模型对应的计算简图，从中可领略差别。

　　传力直接而明确，有利于保证可靠性，能降低综合成本。例如，减少转接次数。

　　²宏观估算与有限元精细计算结合。目前结构计算软件发展很快，有限元计算准确度也是有保证了，所以复杂情况、复杂构件可用有限元软件计算，可比较准确反映实际应力和变形数值。

　　根据控制类型针对性地选择材料，能降低成本。例如，如果受力形式为材料强度控制型，可采用铝合金6063T6、6061或钢型材Q345B等。

　　简支主梁计算：

　　材料截面设计最大正应力值 σ=N/A0 M/Wx≤fa

　　1.3.2抗空气渗透性（词条“渗透性”由行业大百科提供）能

　　该性能高低不仅对幕墙节能产生重要影响，对水密性能的可靠性也有决定性的影响。所以通过选用高低温弹性胶条、气密线连续(室内侧气密线)等策略确保气密性能达标。

　　1.3.3抗雨水渗漏性能

　　幕墙漏水充分必要条件：存在缝隙形式的通道、有雨水、某种能量转换动力(其中包括重力、风压和吸力)。由于压力差是通常存在的动力，通过借助“等压”原理，在很短的时间(通常小于0.5 秒)使外侧风压与幕墙腔体内压力达到平衡，再外侧设“雨幕”，实现主动防水（词条“防水”由行业大百科提供）。但通常被忽略的事实是：“室内侧漏气”导致等压难于实现。

　　容易发生雨水渗漏的斜幕墙排水设计：斜幕墙的防水难点在于，重力作用下大量流淌于幕墙表面的雨水通过细小的孔进入幕墙结构内部，并源源不断积累。所以一旦发生在重力作用下的漏水，一定是属于严重漏水。针对斜面幕墙防水难题，除了关注单元交界处通过“等压原理”防水以外，可采用“过程中分流”策略。实践证明这种策略既有效、又经济。

　　1.3.4幕墙节能设计：保温、隔热和遮阳性能

　　幕墙可分为透光幕墙和非透光幕墙。其中非透光幕墙总传热系数R可按《民用建筑热工设计规范》GB50176进行计算(R=外表面热阻Re 幕墙热阻R 内表面热阻Ri)。透光幕墙的传热系数(1/R)的计算可采用以下公式(若采用多层构造，经“串联”热阻叠加计算)：

　　Uc =(Af*Uf Ag*Ug Lg*Ψg)/(Af Ag)

　　式中：

　　Uc—透光幕墙的传热系数(W/㎡·K);Ug—玻璃传热系数(W/㎡·K);

　　Ag—玻璃面积㎡;Uf—型材框架传热系数(W/㎡·K);Af—型材框架面积㎡;

　　Lg—玻璃板可视周长m;Ψg—玻璃周边与框架间衬垫材料的线性传热系数(W/㎡·K)。

　　从以上理论可以推断，解决和提高幕墙的保温、隔热性能，可以选择以下三个方法：

　　提高组成幕墙的玻璃、型材、保温材料和玻璃与框之间衬垫材料构件的相关热阻，其中玻璃和型材为热工性能的决定性要件。例如，单玻璃改为中空玻璃（词条“中空玻璃”由行业大百科提供）;中空玻璃改用双中空等多层化方案;中空玻璃的中空层里增加非玻璃轻质有机透明材料，以实现此多层化(由于该产品成熟度低、成本高，实际工程中很少采用);采用高性能Low-E膜，例如三银Low-E玻璃等;

　　幕墙体系采用多层化组合构造。例如，采用双层幕墙、外设遮阳百叶等;

　　通过智能动态控制，改变材料特性(但智能控制更为重要特性是对遮阳的贡献)或体系总特性。例如，电致变玻璃构件、智能控制遮阳百叶等;

　　1.3.4.1隔热型材构件的主要类型及选择策略

　　穿条式断热条：节能性能适应范围大，室内外喷涂具有高灵活性

　　注胶式断热条：较高组合惯性矩，耐久性（词条“耐久性”由行业大百科提供）强

　　断热垫片：使用灵活，制造成本低

　　1.3.4.2选择高性能节能玻璃或与配套材料组合的“复合玻璃”可以提高热工性能：Low-E玻璃是运用最为广泛而成熟的方案。Low-E玻璃作为大工业化成熟的高性能材料，建筑幕墙是其应用最为成功的领域。