幕墙第一线 | 武汉云景山医院——用“永久版雷神山”树“平战结合”之典范
△ 云景山医院实景
编者按
继2020年参与建设“雷神山”、“火神山”两座奇迹医院后，中建深圳装饰有限公司于今年又创造了一个奇迹——武汉云景山医院，号称“永久版”雷神山医院。2021年11月25日，一种名为“奥密克戎”的超级新冠变异毒株被世卫组织刚刚标识出来，让全球抗疫的阴云又加重了许多。11月26日，《幕墙设计》、中国幕墙工程网、幕墙世界weekly来到了江城武汉，在中建深装项目团队的陪同下，近距离观摩了这个刚刚建成，且是真正意义上的“平战结合”医院。 经历了去年那场疫情的洗礼，英雄之城——武汉痛定思痛、亡羊补牢，决定今年在武汉江夏区、蔡甸区、新洲区、黄陂区建立“四区平战结合三甲医院”。而云景山则是其中规模最大的平战结合医院。何为平战结合，就是说医院按疫时设计，同时兼顾平时使用，平疫迅速转换，能封闭运行，全部床位可用来收治烈性传染病。整个项目占地面积316亩，平时设置床位1000张，战时启用预留应急床位1000张。医院的主要建设内容包括：1栋医疗综合楼、4栋住院楼、1栋行政办公综合楼、1栋停车楼。所有的幕墙和内装均由中建深装承担。幕墙铝板面积约12万㎡，玻璃幕墙2万㎡，门窗系统1.5万㎡，外墙涂料4万㎡。由于BIM在幕墙生命周期中全面贯彻，才确保能在6个多月的时间完成体量如此巨大的工程。上图中的病房，就是传说中的负压病房（还没完成功能性装修）；另外，原本设计在门诊医技楼上的直升机停机坪，也挪到了北侧的草坪上（见下图）。今天，我们主要给大家带来的是云景山医院幕墙工程的详细介绍。
云景山医院工程概况 & 设计理念
项目基地位于江夏大健康产业综合区，全区总用地面积约40平方公里。规划提出大健康产业园发展目标：按照“一城一园三中心”布局，打造中部领先、全国一流、世界知名的健康产业基地、中国医疗器械创新生产基地典范，集研发、生产、生活、体验、休疗养于一体的高品质区域生活经济综合体。
△ 医院设计效果
云景山医院是一家政府投资的公立医院，属公益二类事业单位。按照三甲医院标准建设，是武汉南部一所集医疗、教学、康养于一体的大型三甲综合医院。服务光谷南大健康产业园数十万市民，辐射周边十几个县、市，是武汉市“四区两院”中规模最大的医养融合、平战结合型三甲综合医院。
△ 医院总体规划方案~“疫情模式”
△ 医院总体规划方案~“康养模式”
项目总建筑面积25.25万平方米（其中地上建筑面积17.25万平方米，地下建筑面积8万平方米），总床位数2000床，平时1000床为医疗养老，预留1000床作为应急使用。
△ 门诊医技楼大厅实景
云景山医院是属于大健康产业综合区中的重要一环，而且基地西面和南面群山环绕，雨雾缭绕，宛如身处云山绿海，环境秀丽，风景宜人，极其适合健康养老的发展，为健康养老提供了天然的优势，那么也是因为独特的自然环境，提出了医院的设计理念——借山而居、沐云以养，身处在这样的一个基地环境中，设计师希望医院的设计在建筑上与周边环境形成一种对话，能够有空间上互动，和景观视野上的交流，整个基地作为周边环境的自然延伸，由一条景观绿坡引出一直延伸至场地中间，形成屋顶观景露台，空中私属花园，架空在绿坡上的4栋住院楼仿佛身处在绿海之上，形成了360度的浮空绿岛一般，和周边环境融合在一起，高低错落与山体遥相呼应，分散式布局，多层次的庭院互相交织，设计充分表达了借山而居，沐云以养的空间体验，体现的是医院与整体环境的融合。
△ 医院建筑功能分布区划
云景山医院幕墙工程解析
△ 住院楼（C栋）实拍
云景山医院主要分为3大主体部分，分别由门诊综合楼、住院楼及行政宿舍科研楼组成。其所包含的幕墙主要形式有以下几类：
1. 门诊综合楼：框架式玻璃幕墙、条状渐变铝板幕墙、张弦梁结构玻璃采光顶、入口花瓶双曲造型系统、钢结构坐立式玻璃幕墙，铝板屋面系统。
2. 住院楼：断桥铝合金门窗系统、大面双色铝板幕墙、屋顶格栅系统，阳台格栅吊顶系统、绿坡穿孔铝板吊顶系统、拉杆雨棚系统。
3. 行政宿舍楼：屋顶钢结构玻璃幕墙、断桥铝合金门窗系统、双色铝板系统，阳台不锈钢栏杆系统、框架玻璃幕墙系统、百叶格栅系统。
项目不同的幕墙系统分布见下图所示：
一、入口双曲花瓶造型系统
此系统位于医院正门右侧，其系统构成是由6mm超白双银LOW-E钢化+12A+6mm超白钢化玻璃以及渐变铝板线条造型组成，其建筑平面为椭圆形，立面接吊顶铝板渐变为喇叭口。
前期设计院对此部位的建筑效果要求较高，建筑方案迟迟得不到确认，建筑立面效果也是经过了诸多的调整，由最开始的全玻幕墙做法逐渐演变成渐变菱形玻璃加渐变铝板线条做法，这也间接导致幕墙设计施工周期不断的被压缩，因此只能采用BIM正向设计思路，幕墙设计提供做法用BIM模型分析实际配合情况，推动整体深化设计进程，再结合BIM模型出具幕墙系统细部节点施工图纸、配合项目完成空间定位与测量，实现施工指导。
△ 图1：建筑效果演变过程
1. 曲面优化及碰撞检查
在BIM模型方案得到设计院确认之后，随即对现场已完工主体结构进行复测，在通过导入现场复测结果进行碰撞检查时发现，理论模型表皮已经与现场结构发生了干涉情况（图2），在将碰撞情况反馈给设计院后，通过协商确定对立面起弧点进行微调，经过多轮的修改、调试最终确定了造型表皮模型。
△ 图2：模型碰撞检查
2. 表皮及分格优化
原始模型扭曲程度较高，且没有任何规律性，考虑到后续施工方便和材料的管理，在优化时将表皮和分格做成轴对称方案，此次优化极大减轻了后续的下料、施工的难度。
由于造型独特，是一个双曲面，因此由此表皮形成的玻璃也将会是一个双曲面，在利用grasshopper参数化技术经过翘曲度分析后得出，玻璃的翘曲值大于25mm的较多，无法满足工艺要求和安装要求，结合造型特点在前期拟定了4套幕墙施工方案，如下：
（1）双曲玻璃：安装方便，加工难度大，加工周期长，成本高；
（2）单曲玻璃：可以消除一定翘曲，加工数据不易提取，加工周期长，成本较高；
（3）菱形平板玻璃：加工方便，快捷，成本低，但是极其影响整个外观效果，安装定位复杂；
（4）三角形玻璃：加工及安装定位方便，成本一般，外观效果影响较小。
最终在结合项目工期及现场施工条件后最终选定了第4套方案，最大程度消除了双曲板对于加工周期，成本，外观效果的影响，为项目的按时完工提供了有效支撑。
在玻璃板块优化中，第一步是板面的曲率分析，将翘曲大于15mm的分为俩块三角板，其余为菱形板；第二步将玻璃偏移到相应位置；第三步将玻璃按照分格切开；第四部根据受力要求分为中空玻璃和夹胶玻璃。玻璃效果和做法如下图（图3）。
△ 图3：玻璃翘曲值分析及归类
铝板优化中，主要逻辑是铝板的截面替换和开缝的大小。其中截面替换主要靠数学逻辑，经过平面寻找，定位，拉伸，切割等一系列操作达到目的。开缝时，由于铝板做法的不同，需要将铝板的加固类型进行分类，根据不同种类的铝板，开不同大小的铝板缝。铝板效果和做法如下图。（图4）
△ 图4：铝板造型截面优化
3. 钢龙骨批量建模
本项目的花瓣和连廊位置的龙骨比较特殊，施工图纸只能体现出玻璃及铝板与钢龙骨的连接方式，具体与混凝土和桁架的连接形式表达不明确，所以只能将次龙骨全部依照板块分格建模完毕之后再去反推主龙骨的安装方式及定位点。因此龙骨优化分为两个阶段，分别是菱形钢架放样和连接龙骨放样。
（1）菱形钢架放样：菱形钢架是固定铝板和玻璃的主要龙骨，其放样方式较为简单，主要是用玻璃面将龙骨截面定位过来，拉伸完成后，在用龙骨间的相互位置进行切割。其放样效果和过程如下图（图5）。
△ 图5：菱形钢龙骨放样
（2）连接龙骨放样：连接龙骨的放样是在菱形龙骨放完后，通过寻找菱形板块与椭圆结构的规律，不断地尝试找出最佳的连接方式，再交由结构计算复核分析受力情况，因花瓶的主体椭圆形结构还是整个飘带管桁架结构的支撑体系，所以该部位的幕墙及龙骨都需要考虑主体结构与管桁架变形问题，所以需要在花瓶造型顶部预留一圈变形缝，在通过模型分析后确定该部位整体龙骨造型应分为两种情况：与混凝土连接形式和与桁架连接形式。其中用伸缩缝进行隔开，二者不可相连。
在优化过程中，由于需要对主龙骨的固定方式及安装角度不断的进行调整，在这里通过灵活的运用Grasshopper参数化建模手段，就算截面、连接方式不断变化，也可用最少的时间进行修改，其放样效果和过程如下图（图6、图7）
△ 图6：菱形钢龙骨放样
△ 图7：主次龙骨整体放样图
4. 菱形造型吊顶龙骨深化
花瓶造型顶部衔接的铝板飘带吊顶的整体吊装方案也是本项目的一个重要施工亮点，限于现场施工措施的影响及场地的限制，如按原设计方案将会面临安装困难、安装周期长、费用高等一系列问题。在通过BIM模型对板块规律的分析之后，再结合现场实际的可操作性，最终将此部分吊顶做法调整为整体吊装方案，其效果见下图（图8）。
△ 图8：铝板飘带吊顶吊装方案
整体吊装方案主要由300×100×8的横向主钢梁提供主要受力支承和连接点，整体吊装标准板块划分为菱形，由9块完整的菱形铝板组成，其中 160×80×5组成菱形板块的菱形边框，140×80×5组成菱形板块的主龙骨，并将菱形板块划分为三等分，次龙骨则由50×50×5组成，当中镶嵌的菱形玻璃主次龙骨均由60×60×5的方通组成。具体龙骨规格如下图（图9、图10）所示：
△图9：吊装方案细部示意图
△ 图10：菱形板块组装示意图
吊顶菱形板块的重难点在于与主体管桁架的连接，设计院要求管桁架杆件不得横向受力，因为管桁架杆件原则上是轴向上拉压受力，平面外受力会使杆件未达到临界值时提前失稳破坏，所以在布置板块吊装连接点位是需要谨慎考虑，且主体管桁架上未预留用于幕墙施工用的檩托，导致幕墙龙骨无法与管桁架进行焊接，在结合多方面不利因素影响下，在经过结构计算的不断复核调整下，最终选择在距离管桁架连接点500mm范围之内布置吊装板块连接主龙骨，并且主龙骨与管桁架的连接方式采用抱箍方式，以避免在管桁架上进行热加工。（如图11、图12）
△ 图11：吊装板块连接龙骨节点
△ 图12：吊装板块连接钢件
5. 主次龙骨测量点位点施放
由于菱形板块众多，如按照常规龙骨零散拼装，则对现场的测量定位及材料的管理都是非常大的考验，此部位造型虽然面积不大，但是由于龙骨搭接的层次较多，龙骨的定位表达将是此造型的重难点，测量工作稍有偏差则会影响整个铝板线条的连贯性。
为了减少测量工作，加快现场施工进度，在结合现场实际施工环境后，随即对次龙骨方案进行调整，将每个菱形造型龙骨加工成单元板块（图13），通过全站仪对每个板块的4个尖点进行定位，以确保菱形板块安装精度。
△ 图13：龙骨拼装示意及点位展示图
但是在现场实际安装过程中由于主次龙骨间的相互遮挡，部分龙骨定位坐标只可用于校核，无法定位出辅助定位角钢位置，为确保安装精度，根据现场实际情况，随即对点位的提供做出调整，并增加辅助角钢定位点（图14），结合点位坐标统计表和三维定位坐标展示图，确保现场龙骨高效并精确的完成安装。
△ 图14：龙骨辅助定位点图
△ 图15：三维定位点坐标展示图
△ 图16：主龙骨定位安装
△ 图17：菱形龙骨定位安装
6. 面材加工数据提取及材料下单
面板材料的加工数据全部采用参数化提取方式，包括所有的尺寸，数量，编号，以及类似编号的数据整合，减少面板的类型，减轻施工的负担。其中按照材料类型可分为玻璃数据提取和铝板数据提取。
（1）玻璃数据：玻璃由于只有两种类型，包括三角玻璃和菱形玻璃，所以其数据提取较为规整，只需将合个边长排好序后提取出来即可，其编号及电池见下图（图18）：
△ 图18：玻璃数据提取
（2）铝板数据：铝板数据的提取难度大于玻璃，首先要将铝板根据加工图分类，然后通过板面的分解，分别找到需要测量的点，然后依次测量，再将数据汇总做成表格，编号及过程见下图（图19）。
本工程除开面板，由于菱形钢架需求的加工精度高，而且造型比较统一，也可以采用数据提取方式加工。结合工厂的加工工艺以及现场的施工条件，确定好加工尺寸后，经过设计批量化提取，制作出尺寸表单和加工指导图，在经过3个钢架的试组，确定了数据的准确性后，批量化加工。编号及过程见下图（图20）。
△ 图19：铝板数据提取
△ 图20：菱形钢架数据提取
二、渐变铝板造型系统
此系统位于门诊楼东北角及行政楼宿舍楼东南角，该系统内层玻璃幕墙为常规钢龙骨系统，外层渐变铝板系统分格与玻璃系统一致，整个铝板线条造型在高度方向上由小变大，且每一根线条均匀变化，实现建筑外观的流畅动感。
△ 图21：渐变铝板系统
△ 图22：细部节点做法
该部位造型是由两层铝板拼装组成的线条盒子，盒子骨架为50×50×5方通，为了方便现场定位安装，铝板盒子在加工时由每三跨盒子组装成一榀，实现了局部的整体安装。在整体吊装只需要通过螺栓与内层玻璃幕墙预留的不锈钢T型件固定即可。
△ 图23：线条吊装上墙效果
三、张弦梁结构采光顶系统
该系统位于门诊楼西侧大厅上空，其主体结构为张弦梁结构，是一种由刚性构件上弦、柔性拉索、中间连以撑杆形成的混合结构体系，其结构组成是一种新型自平衡体系，是一种大跨度预应力空间结构体系，张弦梁结构体系简单、受力明确、结构形式多样、充分发挥了刚柔两种材料的优势，并且制造、运输、施工简捷方便。
△ 图24：张弦梁结构
采光顶玻璃配置为10Low-E钢化+12A+10 +1.52PVB+10mm超白中空夹胶玻璃，玻璃板块为三角形板块，每个玻璃板块面积控制在2.5㎡以内，最大限度的保证了整个采光顶的通透性，而采光顶西侧与大跨度坐立式幕墙无缝连接，使得整个门诊大厅通透大气，
△ 图25：采光顶实景图
四、断桥铝合金门窗系统
本项目断桥铝合金门窗系统主要用于4栋住院楼及行政宿舍楼，是除铝板幕墙系统外使用最多的系统，门窗型材的选用按照2020版《铝合金门窗》规定：主型材基材壁厚公称尺寸外门不小于2.2mm，外窗不小于1.8mm，玻璃配置为6Low-e双银+12A+6mm双超白中空钢化玻璃。
△ 图26：外窗上墙效果展示
本项目门窗系统的重难点在于系统的防水上，门窗的做法采用的是常规防水砂浆塞缝做法，但是区别于常规的洞口窗，例如宿舍楼门窗系统，每层的整体跨度长达34米，且中间并无隔墙，那么门窗与结构之间防水砂浆塞缝的连续性就体现的尤为重要，在施工过程中对容易出现纰漏的地方重点防范，譬如钢角片下部等容易产生空洞的地方，对于弯弧窗型部位则再单独使用防水涂料两面涂刷。
在门窗的加工组装过程中严格把关，不定期的对门窗的组装情况进行抽样检查，坚决杜绝瑕疵品上墙，同时也保证了在过程中对上墙门窗进行淋水试验，淋水试验覆盖率达到100%。
△ 图27：宿舍楼拼樘窗实景图
△ 视频：云景山医院夜景航拍（时长：1′3″）
结 语
“借山而居，沐云以养”，这座被称之为“永久版雷神山医院”的三甲医院，它的建成是为了提升城市突发重大公共卫生事件的应对能力，补齐武汉市传染病专科医院收治床位数量，空间布局短板，也是后疫情时期武汉加强公共医疗卫生防控体系的重大举措，是贯彻落实习近平总书记重要指示精神和省、市委全会精神的重要体现，是增强武汉市公卫应急体系的重要阵地。
从医院的建设过程来看，目前国内大部分工程的施工周期都相对较短，如若碰到类似的三边工程，特别是在前期设计方只提供幕墙表皮模型，却不能提供图纸的前提下，参数化的运用就显得尤为重要，对特殊造型进行全方位的建模。以BIM技术为主，利用多种信息化手段全方位、多层次综合应用于幕墙设计、加工、施工各个阶段，为该项目节约了大量工期、物料和人工费。
云景山医院的建设是雷神山医院建设速度的延续，其幕墙工程的重难点在于极短的设计周期，以及建筑方案的难以及时确认。即使是最简单的幕墙系统，在极短的设计周期内揉合在一起，所遇到的问题要解决起来仍是极具挑战性的。
△ 2021年11月，武汉云景山医院观摩合影（左起：中建深装本项目幕墙工程工长 吴 姜、《幕墙设计》&中国幕墙工程网总编 唐 琦、中建深装设计研究院（幕墙）武汉分院院长 张伟方、中建深装本项目内装工程工长 熊正雄）
我们到云景山医院的日子，正赶上初冬季节里武汉难得的好天气；医院的绿植、花卉在阳光下千姿百媚、令人欣喜。相信云景山医院的建成和启用，不光是武汉在卫生医疗系统进行平战结合的探索，也给全国大中型城市在平战结合方面作出了现代版的表率。相信未来会有很多专业人士从全国各地前来取经、交流和学习。
（作者 / 中建深装设计研究院（幕墙）武汉分院院长助理 李 鹏；项目设计负责人 夏天；责任编辑 / 唐 琦）