幕墙第一线 | 北京国家会议中心二期——在教科书级防水系统上铸就单体建筑开启之最

　　国家会议中心二期主体部分东、南、北三侧立面由玻璃幕墙和搪瓷钢板组合而成的特殊幕墙单元体以及 “鸟窗”造型构成，2736块幕墙单元体连点成面，恰似一群轻盈的飞鸟，构成了建筑主体“鲲鹏展翅”的造型。西立面幕墙高约45米，由矩形蜂窝铝板、平行四边形蜂窝铝板和铝合金格栅三大幕墙系统组成。屋面约7万平方米，主要分为平屋面及拱屋面两大部分。

△  国会二期项目8扇可开启屋面平面布局示意

　　国会二期屋面上的3213平方米可开启屋面为目前世界单体会展建筑室内可开启之最，由4组、8个弧形单片组合而成，包括南区“36米x2片+33米x4片”开合屋面及北区“45米x2片”开合屋面，总重量超过500吨。无论是跨度、尺寸、重量、气密、水密、品控都是目前国内最高水准，前所未见。具有跨界的创新设计，完美融合了建筑、结构、机电、幕墙多个专业的设计、加工及制造，其独特的“凹坑”滑轨设计、多台车多驱动的协同配合浮动齿条设计为大型开合屋面在机械传动系统及密封系统技术应用方面的首创，密封系统采用内、外多层多级批水和挤压密封方式并设相应的排水系统，其水密性及气密性要求达到国家3级幕墙密封要求，为目前国内最高水准。机械传动系统采用多点同步驱动形式，最大的开合屋面重达约55吨，112个台车，7个动力系统同步驱动，机械及电气控制系统的重复运动定位精度达到3毫米范围，同时保证达到同步精确要求。总共近千个台车、数十个驱动同时作用下所到达的开、闭合效果令人惊叹，如鲲鹏展翅欲飞，与周边固定屋面动静结合，张弛有度，在夜晚群鸟归巢的意境之下更能彰显开启屋面无与伦比的设计之美感。可开启采光顶的研发，经历了多达八个月的实验室水密、气密实验，其难度在开启屋面领域开了先河。施工单位面临前所未有的挑战，精心组织，倾力投入，直到最后时刻的完美实现，彰显了三鑫科技的技术研发厚度和匠人之心。下面视频则是国会二期电动采光顶的开启效果实景。

△  国会二期屋面南区开启扇分布示意

△  国会二期屋面北区开启扇分布示意

△ 视频：在52米高的主体建筑屋顶上，长20，宽36米的弧形屋顶由中间缓缓开启，在机械传动系统的驱动下，两片单扇屋面向东西两侧缓缓打开，弧形结构的屋面豁然开朗，整个屋面。从而达到自然通风、消防排烟的多重效果，在国内属首例（时长：1′49″）

　　施工中，先用吸盘将玻璃幕墙锁定，再由塔吊吊到运输车上，随后通过铺设在幕墙框架上的型钢轨道将运输车推至指定位置后再由人工将玻璃幕墙安装到位，运输车另一端通过一台卷扬机拉住车身可以实现其在倾斜屋面上稳定滑移。

△  三鑫科技为国会二期屋面施工自主研发的小型轨道运输车（局部）

　　本项目定位国家级精品工程，每一个细节均彰显严格的品控质量要求，开启屋面行走轨道所采用的凹坑设计解决并避免了长久以来开启屋面行走轨道摩擦胶条损耗的问题，在该领域进行了大胆的创新性设计，如下图所示：

　　所谓凹坑设置于行走轨道之上，其作用是开合屋面的主要密封都采用压密封形式，当开合屋面到达关闭位置时，所有台车进入凹坑时，竖向密封胶条压紧，使得压密封胶条有一个紧密的压缩过程，提高了密封效果。当开合屋面打开时，台车出坑，屋面抬高，密封胶条脱离密封面，在开启过程中密封无摩擦，可延长使用寿命，降低了运行中的摩擦损失，保证了本工程的长期密封质量。流程如下图所示：

　　二、开创性浮动齿条设计——呈现多驱动协同下惊叹的开启艺术

　　本屋面为单层索网结构，弧面多变、轻盈，对变形极为敏感，要呈现3000多平米、近300吨的屋面同步开启的震撼效果，就需要精确到开启过程中到每一个开启位置变形误差实现可控，保证开启的顺畅性、同步一体性，这是对工程师们的一种极大考验。从开启玻璃到铝合金龙骨，再到支撑钢边框到铝合金轨道，最后到主体结构的最终变形，融合了建筑、结构、机电、幕墙等多专业的协调配合，三鑫科技精心组织，采用独创性的浮动齿条设计，摒弃常规固定式设计方式，成功解决了结构易变形、开启精度难以控制的技术难题。

　　近千个台车、数十台驱动为整个开启屋面提供统一协调、自由流畅的动力，关键核心技术在驱动设备浮动齿条的设计。为了保证驱动装置适应开合屋面与轨道梁之间的变形、设备安装过程中的误差、以及开合过程中高度方向、半径方向、圆弧方向的不断变形, 必须采用浮动的驱动装置设计。如果采用常规固定的齿轮齿条啮合系统，齿轮和齿条不可能正常啮合，不是顶齿，就是啮合松动，极端情况下甚至出现脱齿情况。这样给驱动系统的安全性和平稳性带来很大隐患。如下图所示：

　　浮动啮合装置可以适应轨道和齿条梁之间的距离误差最大值，可以适应开启屋面行走过程中屋盖的左右的轻微滑动，保证齿轮齿条的精确啮合，防止脱齿，避免了安装误差和结构变形对传动机构的影响。

　　三、八个月密封防水实验——立于行业之巅

　　开启屋面在密封性能方面达到了行业顶峰，可谓前所未有。为了确保其在机械、电气及密封性能的可靠性能，项目团队在中国建筑科学院试验室进行历时八个月的多次试验，最终于2021年5月6日完成国内首次开合屋面四性试验并取得成功。实践证明，按照实验过程不断完善的结论，保证了开启屋面在极端雷雨天气下完好密封。通过对比历年中国在开合屋面工程的经验，北京国家会议中心二期开合屋面的气密性及水密性达到国家三级密封试验标准，达到国内大型开合屋面密封性能最高水准。

　　国家会议中心二期屋面防水设计难度、创新程度、防水质量达到了历年来大型公共建筑屋面防水技术的顶峰。超大型的单体建筑屋面平、拱交接，动、静结合，几十种系统错综复杂，柔性主体结构多向伸缩，按常规设计理念和设计技术很难达到国家精品工程的防水要求。本屋面汇集了当今最为先进的新材料、新工艺、新技术，高标准、高要求达到了教科书级别的防水高度，为屋面滴水不漏的最终效果保驾护航。

△ 国会二期屋面整体防水设计类型平面示意

　　整个屋面防水设计类型分为金属屋面及采光顶屋面两大部分，其中金属屋面还分为边部大风压区的平屋面、中部低风压区平屋面及拱形金属屋面。采光顶屋面主要分为拱形开启屋面及拱形固定采光顶屋面两部分，四周与金属屋面交接。除此主要系统外还分散着众多的排烟窗及格栅、采光顶屋面两端的山墙及下沉洞口。

　　一、关键防水点解决方案汇总

1. 金属平屋面中部区

△ 防水方案：中部以小穿透为主，穿透螺钉与底部压型钢板固定。防水以发泡玻璃+SBS防水沥青卷材+喷涂聚脲作为防水核心，其中聚脲是关键，将所有外漏杆件外表面全部喷涂2mm以上形成柔性防水薄膜。

△ 防水方案：边部以大穿透为主，以抵抗较大风压作用。穿透点依然以聚脲作为防水核心，并在折角交接位置涂抹防水沥青胶。

△ 防水方案：金属屋面边部檐口位置需设置1%排水坡度，反排水至屋面天沟内。设置防水背板+聚脲方式进行防水。

△ 防水方案：平、拱金属屋面交接于天沟位置，各设置滴水板，以聚脲为防水核心，将水流排至天沟内。

△ 防水方案：平屋面与采光顶屋面交接于天沟位置，各设置滴水板，以聚脲为防水核心，将水流排至天沟内。

△ 防水方案：中央拱屋面交叉布置金属屋面、玻璃采光顶及开启屋面，多系统交汇。其中金属拱屋面防水与平屋面一致，与采光顶交接位置以聚脲为防水核心，设置批水板，并将水排到采光顶屋面，最后汇集到底部天沟。

△ 防水方案：拱形采光顶采用双道防排设计，滴水设置排水沟槽，防排结合，为典型的教科书级防水。

△ 防水方案：开启屋面周边与固定采光顶屋面交接，为防水重难点。采用内外密封、多道密封胶条实现防水。开启与固定屋面通过挤压胶条对接实现内密封。

△ 防水方案：格栅洞口周圈均以聚脲包裹，重点为穿出的各种固定杆表面件均喷涂聚脲。内侧做坡引水至天沟。

△ 防水方案：开启屋面防水密封在对碰位置需要适应长期开闭合的动力作用，所采用的内外密封协同配合，共8道密封点，2道排水沟，做到了本行业密封防水性能的顶峰。

△ 防水方案：本屋面排水由各系统汇集最终排到天沟内，为虹吸排水方式。在虹吸盘周圈打BLM防水胶，最后在天沟各外表面喷涂聚脲。

　　“几十秒钟即可固化，1小时即可步行，形成2mm超强弹性薄膜每延米抗撕裂力达4吨，可在各种气候环境下施工，从液体到固体的转变如同舞动的精灵，灵动多变，现场施工只需手持喷枪，360度任意角度、在任意材料表面、各种刁钻的空隙、拐角、交接等位置均达到无孔不入，通过喷涂形成一层柔性防水薄膜将雨水拒之门外——这就是聚脲。如果说本屋面对当今防水技术的应用选择上选择了发泡玻璃+防水卷材+聚脲是对新材料、新工艺的进一步推广，那么聚脲在施工过程、施工完毕所体现出来的卓越性能让人大开眼界，将聚脲这种新型的防水材料技术发挥到了极致。这是在以往一些中小型普通屋面工程中难以得到体现的”——三鑫科技负责该项目屋面工程的总指挥陈川亮非常自豪地给我们娓娓道来。

　　正如前文所言，本项目屋面主体为柔性网壳结构，对变形及其敏感，必须降低屋面重量，传统屋面在防水、保温、抗风及重量方面无法满足本项目。本屋面所采用的发泡玻璃重量与岩棉相当，起到保温作用，而抗风是在发泡玻璃上设置钉盘通过植入螺钉穿透固定于底部压型钢板之上，此类穿透点在整个屋面多达4万多个，满足了抗风、重量、保温功能之后，最关键是解决防水问题。在发泡玻璃之上通过热熔法粘贴SBS卷材，起到第二道防水作用，再喷涂聚脲为最关键第一道防水。本项目多达5万多平米的金属屋面所采用的“发泡玻璃+防水卷材+聚脲”的技术是本屋面防水设计成功的关键，在如此大面积的单体建筑上采用此新材料、新技术及新工艺在世界上尚属首次。而关键核心在于聚脲，此新材料解决了本屋面变形大、结构伸缩、多系统交接、多洞口穿插、各种边角易漏等防水问题，这是常规直立锁边、TPO等防水技术无法满足的。发泡屋面系统以往只在一些中小型建筑上应用，本项目大胆采用此技术正是看重其卓越的防水性能，将此项技术发挥到了行业的新高度。聚脲实现了本项目多系统交接、复杂异形的封堵防水艺术，下面图示为部分系统防水线，如果采用常规卷材封堵将是难以想象的。而采用聚脲十分轻易就实现各种防水线要求，更能展示出聚脲无孔不入、变化多端的防水特点：

　　聚脲现场实际效果喷涂体现出了精湛的施工工艺，兼顾美观及防水功能，体现如下：

　　金属屋面完成效果见下图：

△  金属屋面白天实景

△  金属屋面夜间实景

　　采光顶屋面对防水性能要求非常高，要确保做到滴水不漏，为防止玻璃室外侧胶缝因不可控原因发生少量漏水而流入室内，我们在玻璃龙骨位置设置了第二道防水，玻璃龙骨为单元式三角框，安装后框与框之间打密封胶密封形成第二道防水屏障，为了提高排水效率和便于后期排查漏水点维护，我们对二道防水的排水路线进行了有序设计，东西走向胶缝设置较低，为主排水胶缝，其余胶缝设置较高，为次胶缝，次胶缝中的水汇集到主胶缝，有序排到东西侧水沟。为防止汇水路线混乱，次胶缝的高点设置了挡水台，保证每一条次胶缝中的水单独排入主胶缝。除此之外，为了防止在遇到极端天气时玻璃上产生的冷凝水流入室内，本采光顶系统在三角框内侧设置了冷凝水集水槽。整个采光顶在防水原理、施工工艺、细节处理上是一次经典的教科书级防水。双道防水细节如下：

　　排水采用外道防水，内道有组织排水，排水细节如下，按a-b-c-d顺序由内到外：

　　如此经典的二道排水，真正做到了防排结合，其滴水不漏的防水质量在历年来的各种复杂超大型的采光屋面上极为少见。经受住了北京特大暴雨的检验，现场排水视频显示如下：

△  视频：国会二期屋面排水系统现场实拍（时长：43″）

　　如前文所述，开启屋面在气密、水密实验到达了前所未有的8个月，正是前期一丝不苟的实验态度才给后期的防水密封施工设计提供了宝贵的经验，并经受住了极端雷雨天气的检验，其中防水重点除了采光顶玻璃的双道防水之外，更为关键的位置在开启与固定屋面的前后、左右交接位置以及两片开启屋面之间对碰位置。开启屋面防水采用内外多道密封、多道排水方式，现以中间对碰位置的防水细节展示如下：

　　两个开合屋面在屋面顶端的屋脊处对碰，需要设置多道水密封和气密封结构，蓝色线为密封路径，可以看出水密+气密需要经过8个密封节点。从实际情况可见，开合屋面的4道外密封已经可以阻挡住大部分外部雨水的进入。如果雨水穿过3道密封后到达第一个排水沟可以完全排出。开合屋面的内密封主要用于气密封，产生的冷凝水可以通过第二道排水沟排出。最下部的对碰密封可以完全封闭空气进入。屋脊的内外密封结构不仅存在开合屋面的顶部而且一直延伸到开合屋面的两个侧面，即形成一个门字型，使得开合屋面的屋脊及两侧面形成一个连续的封闭结构，如果产生少量的漏水会沿着排水沟流向两侧的屋面，而不会进入室内空间。现场完成效果如下图所示：

　　国会二期工程成立了专门的质量与品质的品控管理部门，由设计、施工、加工、质量、安全等多专业组成，为工程的品质保驾护航，成就百年精品。每个系统从设想、构造、材料、加工、安装、运输、实验、检测到最终成型，每个环节专人跟踪，专人负责，将质量品质提升到了前所未有的高度。特别是在工期紧张、多工种同时作业及疫情反复的复杂情况下，以品质作为最高目的更体现了本工程的特殊之处。自项目开工以来完成工艺样板3项、性能检测试验4项、品控报告1031份、首段验收27项、验收批次623次。以经得起历史检验的传世之作为初心，在整个施工过程，施工质量管理工作得到各方的高度认可。

△ 金属屋面抗风揭、水密、气密实验

△ 开启屋面四性实验

△ 采光顶胶缝效果

△ 采光顶六角盘加工安装工艺

△ 金属拱屋面聚脲施防水工工艺

△ 金属平屋面聚脲施工工艺

　　北京国家会议中心二期屋面工程现已基本完成，呈现的效果惊艳，获得社会各方的一致好评。本项目将努力争取詹天佑奖、鲁班奖及三星LEED绿色建筑等奖项的质量目标。整个屋面项目在施工建设过程中凝聚了三鑫科技的技术力量，截止目前完成国内核心期刊论文10篇，专利7项，工法2项，一项QC成果获得2021年北京市工程建设质量管理小组一类，北京市工程建设BIM综合应用成果II类。本工程在质量、安全、工期等方面均达到预期目标，得到了建设单位、设计单位和监理单位的一致好评，顺利通过四方验收。北京市领导、冬奥组委多次对国家会议中心二期进行调研检查，对本工程给予高度评价。各主流媒体多次宣传报道国家会议中心二期屋面的建设进展，特别是在抗战疫情保生产关键时期，本工程率先实现全面复工复产，工人返场率一度全市最高。以三鑫科技为代表的当代幕墙人肩负崇高的使命，传承工匠精神，全力打造新时期首都建设的精品力作，为2022年北京冬奥会和建设北京国际交流中心交出一份完美的答卷！

△ 参与此次国会二期屋面工程观摩交流活动人员合影（左起：三鑫科技国会二期项目生产经理石雪松、三鑫科技北京公司设计院副院长杜静波、三鑫科技副总工 杨希仓、《幕墙设计》杂志&中国幕墙工程网总编唐琦、三鑫科技国会二期项目总指挥 陈川亮）

（责任编辑/唐  琦）