浅谈数字建构在超高层建筑表皮及幕墙设计中的实施及应用——以横琴口岸及综合交通枢纽开发工程为例

浅谈数字建构在超高层建筑表皮及幕墙设计中的实施及应用——以横琴口岸及综合交通枢纽开发工程为例

魏子桓

中国中元国际工程有限公司 北京市 100089

摘要：横琴地区地处广东珠海市，是港珠澳大桥的重要枢纽，在政策上有“先试先行”的优势，通过对综合交通规划的研究，提出了一些全新的规划理念，由于口岸和交通枢纽有着重要的意义，除将横琴新区和澳门相连接之外，还要承担着大量客流量交通换乘的重任，并作为城市综合体，承载着酒店、商业、公寓、公共设施、城市花园等功能服务于横琴口岸区域。基于此，本篇文章结合作者参与设计的实际工程项目为例——横琴口岸综合交通枢纽开发工程（超高层建筑）；通过数字建构的理念与技术为辅助手段在本项目中进行建筑创作；将参数化表皮及帘幕肌理的设计概念应用在口岸综合交通枢纽类建筑中。基于这三个方面提出了工程的设计概念。以此来供相关人士交流讨论。

关键词：超高层建筑、建筑表皮、幕墙设计、数字建构

1. 实际工程的设计规模及项目组成：

   1. 项目概况及规模：

横琴新区地处广东省珠海市，位于珠江出海口的西侧，东临十字门水道，与澳门隔海相望；南濒南海，西临磨刀门水道，北与珠海主城区隔马骝洲水道相望，是唯一与港澳陆路相连、“一岛两制”的国家级战略新区，背靠广东、面向港澳、辐射“大珠三角区域”。国务院自2009年8月14日正式批准实施《横琴总体发展规划》，横琴新区作为在“一国两制”的基础上探索粤港澳合作新模式的示范区，享有“改革创新”、“先行先试”的政策优势。2015年4月23日广东自贸区横琴片区正式挂牌成立。

横琴口岸及综合交通枢纽开发工程项目位于横琴新区横琴岛东侧，港澳大道南侧，建筑面积约121.3万平方米，包括口岸、管廊、综合交通枢纽功能区、综合配套服务区、地下空间开发工程等等，是一个集旅检、交通、办公、商业、公寓等功能于一体的城市综合体项目。

区域内分别有6个超高层建筑，最大建筑高度179.9米。

主要涵盖三大功能体系：口岸通关区、综合交通枢纽功能区、口岸综合开发区：

1、口岸通关区：横琴口岸的建设将在粤澳创新合作的基础上，建设成为一个集客流、物流于一体的“大通关”口岸，同时实现单边验放通关空间；

2、综合交通枢纽区：强化交通枢纽设施建设，引入以公共交通、轨道交通为主导的交通疏解概念，建立立体化、多层面的交通体系。实现无缝换乘和便捷通关的同时，为口岸工程及整个口岸地区提供良好的交通设施保障；

3、口岸综合开发区打造产业CBD，完善口岸配套服务设施，提升口岸整体服务品质，创新口岸与地块开发联合的运营机制，建设以粤澳合作为背景、口岸为载体、自贸产业为先导、便捷交通为保障的新型口岸综合开发项目。

2. 设计理念

   1. 总体设计理念

使总体造型体量与整个区域群体建筑的城市空间关系更加有机、协调；强化方案总体立面造型，其在片区中主体形象，主导地位进一步提升；梳理建筑空间造型、比例、尺度、色彩、遮阳、景观等的合理性、实施性。

1. 2. 概念衍生

地域特点

广东——海上丝绸之路的重要组成部分；

珠海——陆路与海路交汇的重要节点；

横琴——作为自贸区，直面南海，彰显门户地位。

群组型制生成

最早建筑型制来自于《周礼·考工记》中，“匠人营国，方九里，旁三门”，每组以“三”作为基本立法遵从。

本项目以群组方式构成，彰显横琴自贸区中心——“横琴之门”地位。

1. 3. 设计愿景

横琴新名片

横琴口岸项目基地正是南宋末年十字门海战的古战场，如今在“一带一路”上升为国家战略的发展背景下，横琴正在建设成为世纪海上丝绸之路重要枢纽。横琴口岸入口造型采用“门”型意向，意在向世界展示大国气质与大国担当。色彩圣洁、尺度超人的融通之门，体现了拓展地区间经贸往来、文化交流的决心。

口岸及32m一下平台建筑群组

建筑立面方案以“水墨山水”为理念，赋山水之意境于建筑之上，体现横琴立于山水之间的本源。立面装饰运用三种层次，三种疏密度的金属百叶，结合曲率参数化设计，旨在表现水墨山水的层次递进，呈现中国传统山水之美。旅检大厅室内以“山海融共”为理念，通过弧线造型和六边形母题营造浪花涌动、气泡飞旋的空间意向。

超高层建筑群组

超高层表皮以曲线形式的纹理构成，向平台中心开放，宛若巨幕拉开，寓含揭开新时代新气象新篇章，开启繁荣序列之意。

建筑表皮概念取自传统剧院舞台的台口帘幕。层叠的幕布形成曲线景框，构成多层次的曲线形态。六栋超高层建筑以多层次框景及透视关系强调中轴对称，与中心通关口岸门式框架语言互相呼应。

2.4 设计构思

幕墙曲线存在多种变化可能性，通过多方案多形式曲线及表皮肌理比选，综合考虑曲线转折点、曲率、单一建筑立面及整体透视效果选取其中一种适合本方案概念表达的图案进行深化设计。使建筑在不同角度时的单一立面、整体透视效果呈现逻辑统一、一脉相承的建筑画面

本项目幕墙系统采用竖向明框、横向隐框体系。需顺应立面曲线趋势，通过竖向装饰条截面形状尺寸变化及杆件形态过度以呈现出帘幕层叠变幻的设计概念。

竖向装饰构件分别选用三种尺度的截面形式形成三层表皮肌理，分别映射舞台帘幕的前中后景。通过变截面型材削弱不同层次之间的差异感并形成自然过渡的趋势。

2.5幕墙系统设计

本项目超高层建筑功能复杂系统繁多，需针对不同功能及位置节点指定相对应幕墙系统。包括塔楼标准层带竖明横隐单元玻璃幕墙系统、塔楼避难层带竖明横隐单元百叶幕墙系统、塔楼出屋面带竖明横隐单元玻璃幕墙系统、塔楼大跨度竖向装饰带竖明横隐框架玻璃幕墙系统、裙楼廊道带竖向装饰带竖明横隐框架玻璃幕墙系统（镂空/非镂空）、裙楼廊道格栅吊顶幕墙系统等共计14种幕墙系统。

经各方面综合考虑：施工工期把控；造价把控；材料加工及质量控制；建筑结构、形体的形式交接关系。建议本项目塔楼采用单元式系统，裙楼采用框架式系统。

2.6装饰构件分析

超高层（塔楼）区域及裙房区域（A墙型系统）概念设计：

分别采用100mm、250mm、350mm、550mm装饰条作为标准装饰条型材；过渡装饰条采用整模，按线条进行裁切后喷涂；在阳光下随太阳照射角度投射在装饰构件上形成的阴影关系形成不断变化的状态，在视觉中会呈现出有机变化的画面，同时随视点在不同角度高度的变化，三种装饰条形成的帘幕表皮也会给人带来多次重叠循环形成的斑驳立面效果。

裙房区域-连廊区域（B墙型系统）概念设计：

延用综合交通枢纽立面设计手法及幕墙系统，立面装饰运用三种层次，三种疏密度的金属百叶，结合曲率参数化设计，旨在表现水墨山水的层次递进，呈现中国传统山水之美。

结语：

超高层建筑数字建构实现设计落地

本项目建筑表皮设计是基于Rhinoceros、Grasshopper、Revit Building、Sketch up等软件的参数化设计构想及模型搭建技术支持。通过程序编写和精确数值及数量级的区域限定，控制建筑表皮材料肌理、建筑装饰构件尺度关系、与节能日照绿色建筑各项指标相关的材料参数、不同区域建筑立面构件之间的交接关系。通过多软件联动设计，结合工程进展、地域特点、使用方及规划部门各阶段的修改意见，高效准确进行设计调整，参数修正，三维模型实时反馈及动态模拟成果的展示。从设计端以最高效最准确的工作模式控制设计成果，保证工程顺利按时推进，提高质量及工作效率。