形体建筑施工图设计方法探讨

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【摘要】以某酒庄别墅施工图设计项目为例，论述了多曲面（复杂）形体建筑在施工图设计阶段的影响因素、设计表达、专业配合、细节处理等内容，以求精细的实现施工图设计对建筑施工的指导作用。

【关键词】多曲面形体;施工图设计;软件应用

1复杂形体建筑的发展背景及专业挑战

复杂形体建筑的产生基于计算信息技术的发展，伴随着城市建设的大规模开发及计算机应用技术的革新，社会对建筑的功能、形象、绿色、经济等各方面都提出了更高的要求，同时可获取的设计前置条件，诸如，建筑相关的场地、气象、景观、人文、交通关系、互联效应等方面的细微影响因素呈现几何式增长，突破了单一或成组出现的线性逻辑关系。复杂形体建筑适应了这一时代特征，以非线性变化特征、不规则造型、突破了传统欧式几何学的基本形式，脱颖而出，受到了社会及众多业主的认可。同时复杂形体建筑所表达的非线性或流动性造型特征给主要采用平、立、剖面进行二维表达的传统建筑施工图设计带来一定程度的挑战[1]。

2复杂形体建筑在施工图设计阶段的重要因素

复杂形体建筑尤其是非折线多曲面形体建筑，在方案设计阶段甚至可以利用计算机语言，包含数学、计算机图形学和各种算法的程序，来帮助建筑师建立和控制其复杂形体特征，并被赋予多种参数信息，实现建筑对场地特征、水文地质、环境交通、人文因素的互动。整个方案设计过程即在这种计算模式下获得一种或多种建筑形态，最终实现方案比选工作的过程。在施工图设计阶段，设计重点考虑的是建筑复杂形体与易建性之间的平衡，解决建筑复杂形体的数据表达，并完成细节构造，满足施工的要求，基于此在施工图设计阶段应充分重视影响复杂形体建筑的重要因素。

2.1数据充分提取

复杂形体建筑因为突破了欧式几何框架，形成了折面或流线曲面特征，在作为主流的二维施工图纸表达形式下，需要重点考虑空间重叠、面域凹凸等形变，充分提取形体数据，既为其他专业尤其是结构专业的受力计算提供作业图依据，又便于将来施工单位对建筑空间的理解和认知，最大程度实现方案设想。

2.2结构形式选择

结构形式的发展与创新为复杂形体建筑的实现创造了条件，常规建筑的结构形式包含钢筋混凝土框架、大体积混凝土、钢筋混凝土剪力墙等钢筋混凝土类及钢网架、钢框架、钢索（悬索）等钢结构类。在进行复杂形体建筑施工图设计前必须根据建筑形体特征、建筑性质、建筑功能等多方面因素，择优选择。

2.3分项分组统筹复杂

形体建筑的折面或曲面流线特征，使建筑本身出现了大量非标准的结构及建筑构件；尤其是非单一折面或曲面的组合形体更可能使建筑本身的每一寸维护结构都出现细微差异，需要采用工厂化模板定制的方式进行施工。因此，在施工图设计中重视复杂形体的单元拆分，进行分项分组统筹，对于统一构件、优化设计、工厂加工及进度控制具有重要意义。

3多曲面形体建筑施工图设计的对接工作

本文以某酒庄别墅（多曲面形体建筑）施工图设计实践项目为例，阐述复杂形体建筑在施工图设计开展前需要做的对接工作。此实践项目某酒庄别墅位于秦皇岛临山区，方案设计阶段着重考虑地形地貌与建筑形体的关系，希望形成建筑与山地文化的对话，最终依山就势形成了起伏曲面屋面，同时通过不同曲率的屋檐与曲面墙体进行衔接，创造出建筑的多重曲面形态。项目在施工图设计前需要做的对接工作包含：（1）对接方案设计部，充分理解项目方案形体特征及表达立意；（2）选择适当的软件，尤其是参数化设计软件对形体数据进行提取；（3）对接结构设计部，确定结构形式；（4）对接设备设计部，了解各设备管线在曲面形体下的布局方式及估算标高，用以复核项目方案阶段设定的门、窗、梁、吊顶等相互之间关系的合理性。

4多曲面形体建筑施工图设计的专业配合

多曲面形体建筑在施工图设计过程中尤其需要强调建筑、结构、给排水、暖通、电气、电信各专业，甚至绿建等专门设计部的紧密配合，因为多曲面形体建筑与常规欧式几何形体建筑相比，其多向弯曲的造型、通道的宽窄变化等因素使各专业门窗、管线、梁等相关构件的碰撞关系更具有隐藏性。施工图专业配合的重点在于相互之间快速反馈碰撞信息，避免局部碰撞难以合理解决时，造成建筑形体的调整或某专业的布局思路发生大的变动，最后影响设计进度。因此在施工图设计整个配合过程中，首要是建筑专业理解方案信息，运用Rhino、Grasshopper等参数化设计软件全面、准确地提供形体数据，为各专业提供依据性图纸；结构专业重点检查曲面构造形式、超常规的远挑梁板的可实现性等问题；设备专业应根据经验确定各专业管道的上下层或上翻、下翻的避让原则，尽可能提前预知难点、交叉点的部位，实现早发现、早解决。

5多曲面形体建筑施工图设计的表达形式

多曲面形体建筑的施工图设计表达深度应符合国家制图要求，但如何准确、明晰地表达多曲面的三维关系数据并满足指导施工的要求，则又需要慎重选择表达形式。实例中的别墅主要是屋面的三维曲面变化，根据形体特征（流线性）、结构计算要求（整体性）、局部构件考量（柔性过渡弧面）等因素，在连续剖面、平面等高线、平面标高网等3种表达形式中，选择了平面标高网的表达形式。平面标高网的数据提取需要借助Rhino软件及相关插件，在提取数据时考虑施工钢筋的绑扎精度及建筑体量，设定了上面域1m×1m和下面域0.5m×0.5m的网格关系，然后根据曲面的折曲形态采集了上表面及下表面的面域标高数据(网格交叉点标高），并单独采集了折曲转折线、檐口线、檐沟线、俯视轮廓线等处的线上标高数据，最后复核数据，并微调以顺畅组织排水条件，避免屋面局部积坑的产生，完成施工图的表达。

6多曲面形体建筑施工图设计的细节处理

多曲面形体建筑的施工图设计应充分重视异形构件等细节处理，进行统筹分组优化设计，根据形体特征、结构安全、施工方便等因素合理选择构件预制材料，制模方案。此别墅设计实例中的屋面采取了多曲面扭转形体，屋面与墙面的交界处就形成了不同曲率的交接弧面。从结构安全性、建筑形体整体性等角度考虑，此交接弧面宜采取与屋面整体浇筑的形式，但施工支模困难、不易浇筑；从施工方便、经济节约等角度考虑，此交接弧面宜采取轻质材料预制挂件的形式。因此在施工图设计时，结构专业分别对两种模式进行了计算，后经与业主方、施工方等综合讨论，采用了预制挂件的形式，保证最大程度实现形体特征，并加快了施工进度。

7结论

多曲面形体建筑施工图设计应充分理解原建筑方案所要表达的形体特征，综合运用AutoCAD及Rhino、Grasshopper等参数化设计软件，实现多曲面异形形体的二维表现；充分利用平面及剖面表达准确的数据信息，配合各专业，尤其结构专业的相关计算；详细处理各种细节节点，保证设计的可实施性，满足现场施工的要求，确保建筑形体的最终实现，以纯熟的技术手段为后盾，适应市场上复杂形体建筑的施工图设计要求。

作者:王兴 单位:中国核电工程有限公司

【参考文献】

【1】王风涛,徐卫国.数字技术下的复杂曲面建筑设计及建造[A]//2012全国建筑院系建筑数字技术教学研讨会论文集[C].北京:中国建筑工业出版社，2012(8):297-303.