幕墙第一线 | 龙跃中原、鹤舞九州，蜀道从“此”不再难 ——郑州航空港站幕墙工程详解
蜀道之难，难于上青天，李白西望长咨嗟。
龙跃中原，鹤舞翩九州，蜀道自此如穿梭。
编者按
“蜀道之难，难于上青天，侧身西望长咨嗟！”李唐天宝初年，大诗人李白因感叹送友入蜀太难，而作下了这首千古名篇——《蜀道难》。而诗仙本人当时只看到了由秦岭自北入蜀的艰难，尚不晓由楚地自东向西穿巴国进川的凶险。1500多年过去了，随着郑渝高铁最后也是最难的一段——襄万段（襄阳到万州，桥隧比超过90%的复杂险峻山区高速铁路）的竣工，经过两个月的联调测试，即将在2022年的6月全线贯通运行。届时，从河南郑州经湖北襄阳抵达川渝，将由过去的8个小时缩短为4小时，尤为重要的是，这条高铁穿越了古人想都不敢想的神农架、兴山、巴东、巫山、奉节、云阳等无人区和长江三峡天险之所在。如若李白在世，可以想象当他乘高铁仅用两个时辰即可穿梭巴、蜀、楚三地，该是何等的震惊！又会因此创作出多少名篇佳句，以感叹当今中国的伟大和建设者的“人定胜天”。
△ 郑渝高铁线路示意
2021年4月9日，中国幕墙工程网（www.cncwe.net）、《幕墙设计》杂志&幕墙世界weekly来到正在建设中的郑渝高铁的北段起点——郑州航空港站（当时定名尚为“郑州南站”），在中建深圳装饰有限公司项目经理张义勇和项目总工沈应珍的陪同下，零距离探营了站房在建中的幕墙工程。那天最让人记忆深刻的，是现场为装配式板块组装专门定制的胎架，目测台胎架长度至少20米，且密集地摆了好几排。一问方知，这个站房的吊顶、檐口、造型柱等高空作业频繁的部位将大量采用装配施工，最大板块尺寸超过21.5米×12米，面积超过260㎡，重量接近8吨。一时间，让人对中建深装在幕墙装配式设计、加工、施工吊装领域有种“玩转”般驾轻就熟的感觉。一年多前他们刚刚在重庆来福士空中连廊项目完成了由10台液压机整体同步提升单块重量超过50吨，面积超过500㎡的“钢结构+幕墙”的“壮举”；而今在郑州航空港站幕墙项目上，他们依靠经验引而申之，用100多个吊顶装配模块和600多个造型柱装配模块在短短168天里便完成了13.2万平的幕墙安装。尽管最大装配式板块的面积不及来福士项目，但最大吊装板块超过260个平方米，也足以让人想到那是等同于两套三居室小康家庭的居住面积。
△ 2021年4月，郑州航空港站站房幕墙项目现场
开 篇
“君不见黄河之水天上来，奔流到海不复回。”还是那个诗人李白，他一句话便将黄河一往无前的气势表达的淋漓尽致。
黄河，发源于青藏高原巴颜喀拉山，在崇山峻岭之中川流不息，沿途养育了无数的中华儿女，形成了不尽的璀璨文化。
中原之地，沃野千里。黄河经此奔腾向前，仁人义士不断涌现，艺术瑰宝灿若繁星。
△莲鹤方壶 △ 杜岭方鼎
△ 汝窑刻花鹅颈瓶 △ 妇好鸮尊
中原儿女，生生不息，为了更好的建设中原大地，郑州航空港站拔地而起。
郑州航空港站站房的设计立意是“龙跃中原、鹤舞九州”。设计创意来源于中国传统建筑文化，从地域文化元素中提取其造型特征。“鹤舞九州”的站房造型建筑新形象，与新郑机场“龙跃中原”交相辉映。充分展现了高铁时代的民族复兴，彰显了当代中国文化的高度自信。
站房外部造型设计源自新郑出土的国宝级文物“莲鹤方壶”。其别出心裁地借鉴了“莲鹤方壶”中的优美曲线并融入了中华传统文化中“鹤”这个寓意吉祥的设计元素。
站房立面，设计借鉴“莲鹤方壶”顶部的曲线构型元素，插上两个腾飞的翅膀，创造出“鹤舞展翅”的站房形象。
独特的造型设计让郑州航空港站成为一座和而不同的人文型综合交通枢纽。
论文专述：鹤舞九州展翅翔，“蜀道”从此不再难——郑州航空港站幕墙工程详解
摘 要：本文主要对郑州航空港站幕墙工程的深化设计及技术方案进行了整体介绍，并且重点论述了无横梁玻璃幕墙、仿石材辊涂铝板幕墙、斜面采光顶幕墙、方形采光天窗的设计。阐述了本工程设计系统如何结合BIM技术和装配式技术让工程得以顺利实施。
关键词：无横梁玻璃幕墙、仿石材辊涂铝板幕墙、斜面采光顶幕墙、方形采光天窗、BIM技术应用、装配式技术
工程概况
郑州航空港站位于郑州航空港经济综合实验区中部，是河南省“米”字形高速铁路网和中原城市群城际铁路网的重要枢纽站，与新郑国际机场仅有南水北调渠之隔，相距约6公里，向北距郑州市中心城区约30公里。
该站车场总规模30座站台（面）、32条到发线（含正线）。其中郑万场8座站台（面）、10条到发线，郑阜场9座站台（面）、9条到发线，城际场13座站台（面）、13条到发线。站房客运用房面积为15万平米，与郑州东站规模相当。
郑州航空港站是郑州空港区大型枢纽机场空铁联运的重要支撑，尤其是货物的空铁联运，其为我国乃至世界货运领域倡导发展的业务。郑州航空港站和郑州新郑国际机场将组成空铁双核驱动的格局，成为河南经济发展的新引擎。
郑州航空港站的建成，标志着郑州铁路交通的“米”字形规划的实现，其连接关中城市群、川渝城市群、京津冀城市群、中原城市群、中部地区城市群、长三角城市群、胶东半岛城市群、环渤海城市群，而作为中心交汇的河南省，其意义不言而喻，影响力非同凡响。
郑州航空港站站房项目幕墙檐口标高为50m，站房幕墙主要包含无横梁玻璃幕墙、辊涂压花铝板造型柱、辊涂压花吊顶铝板幕墙；站场幕墙主要包括斜面采光顶幕墙及方形采光天窗。
主要幕墙系统及工艺
一、无横梁半隐框玻璃幕墙
郑州航空港站站房工程中大量应用了无横梁半隐框玻璃幕墙系统，分布于站房的东南西北四个建筑立面，主要集中在南北两个立面20.9米以上部分及东西两面11米以上部分，幕墙总面积为四万平方米。钢龙骨采用外露的做法，竖向主龙骨采用改拔钢方通，表面做氟碳喷涂处理。
无横梁系统的特性体现在用托板代替标准幕墙系统的横梁，由托板承担玻璃自重，并传递给竖向龙骨。考虑到站房本身人流密集及旅客的安全，既要保证幕墙结构安全稳定，避免玻璃破损造成的维修困难，又要保证室内良好的通透性，因此在设计阶段进行了大量的结构计算，同时采用必要的构造设计，保证系统的安全。
△ 无横梁玻璃幕墙竖剖节点详图
△ 无横梁玻璃幕墙玻璃托板分布详图
无横梁玻璃幕墙最大玻璃分格尺寸为宽×高=2725mm×3000mm，玻璃配置为双夹胶中空玻璃，详细配置为：10+1.52PVB+10+12Ar+10(low-e)+1.52PVB+10mm半钢化玻璃，采用半钢化夹胶玻璃既解决了钢化玻璃自爆的问题，又解决了玻璃强度不足的问题。四片厚度相同，外片分配荷载最大，仅需校核外面的玻璃即可。
外片强度校核：
经过计算，半钢化玻璃强度满足计算要求。在设计组合下，玻璃产生的最大挠度为40.60mm＜44.13mm，变形量满足计算要求。
设计方案上采用12mm厚Q355B钢托板，通过焊接的方式连接到主体结构上。整个系统竖向龙骨挺拔纤细，细节丰富、精致，在满足安全性的同时，减少了龙骨用钢量，节约造价，同时提升了建筑的艺术和品质，塑造了建筑简洁干练的气质。
外侧铝龙骨底座通过螺栓与后部主体龙骨连接，玻璃面板由钢托板承托，钢托板和玻璃之间增加柔性垫片，玻璃外部用铝合金压板固定，最外部为装饰扣盖。
为了增加立面效果的变化性及韵律性，立面无横梁玻璃系统的竖向装饰线条采用大小装饰线条交替布置的方案，大装饰线条突出玻璃面300mm，小装饰线条突出玻璃面150mm。为了达到装饰线条浑然一体的外观效果，设计打破既有思维，提出新的装饰线条设计方案，采用无缝装饰线条设计方案。方案设计巧妙，外观效果惊艳。
△ 大小无缝装饰线条节点详图
△ 无缝装饰线条侧面近景
△ 无缝装饰线条正面特写
竖向铝合金装饰线条使站房更加高挑，使整个幕墙系统更简洁利落，大小装饰线条与型材底座采用无缝挂接方式，避免了传统拍盖形式侧边外露的缝隙，装饰线条的整体性更强，使得整个玻璃幕墙系统浑然一体，宛若天成。
二、辊涂压花铝板造型柱幕墙
郑州航空港站站房南北和东西面均采用铝板造型柱与玻璃幕墙交错布置的建筑形式。南北两面一共38根辊涂铝板造型柱，东西两面一共28根辊涂铝板造型柱。
△ 东西面双曲辊涂压花铝板造型柱幕墙效果图
△ 东西面双曲辊涂压花铝板造型柱幕墙实景图
△ 南北面单曲辊涂压花铝板造型柱幕墙效果图
△ 南北面单曲辊涂压花铝板造型柱幕墙实景图
整个站房造型仿“莲鹤方壶”壶盖设计，造型柱作壶盖莲花瓣状，沿站房四周规律排列，支撑外挑30余米的檐口。外挑檐口可为大量乘客遮风避雨，就像仙鹤舒展翅膀，将人民揽在自己张开的羽翼之下。简洁大方的玻璃幕墙作为站房的维护结构使整个建筑通透敞亮，整个建筑外墙全部采用超白玻璃使室内外浑然一体。
针对特殊的建筑造型，造型柱采用整体吊装的设计施工方式，铝板采用装配式的施工工艺。
以南北面造型柱为例，根据现场机械、人工及施工条件，将造型柱的铝板板块划分为14个侧面板块和14个前后面板块。划分原则充分考虑了现场钢结构形式、施工措施等因素，力求以最快的施工速度，完成最精准的施工安装。
△ 南北立面造型柱板块分色图
节点构造方面，采用装配式安装的思路去设计，通过铝板板块交接位置的巧妙设计，利用上板块遮挡螺钉，实现可视面的无钉效果，外观十分惊艳。
△ 正常位置节点
△ 板块交接位置节点
△ 东西面辊涂铝板造型柱板块吊装现场照片
△ 南北面辊涂铝板造型柱板块吊装现场照片
同时，造型柱底部根据使用要求，增加了内部落水管检修口，在保证外观一致的情况下，对造型柱最下面铝板进行了安装方式调整。造型柱底部倒数第二块铝板采用上端打沉头钉，下端插接的安装方式，保证了后期可以对造型柱的内部结构进行检修，并且在钉头表面进行涂漆处理，保证了外观一致性，此种调整也同时满足了功能和外观的需求。
△ 造型柱底部检修通道节点
△ 造型柱底部检修通道实景图
三、辊涂压花铝板吊顶幕墙
郑州航空港站辊涂压花铝板造型柱之间由辊涂压花铝板吊顶幕墙衔接过渡，南北两侧的吊顶为单向曲面，由外檐口向内平滑过渡，东西面的辊涂铝板吊顶为双向曲面，沿着东西和南北两个方向渐变。
△ 东西面辊涂压花铝板吊顶幕墙
△ 南北面辊涂压花铝板吊顶幕墙
南北两面吊顶距离结构面23米，东西面距离结构面24米-36米，吊顶的高度较高，且同时具有两个方向的曲面。由于吊顶跨度较大，传统设计方案无法吸收现场安装偏差，会导致角码与龙骨之间缝隙大小不一，且现场施工节点进度要求很高，极易造成漏钉等隐患。
在充分考虑连接需要和现场安装需求后，节点设计如下：
△ 辊涂压花铝板旋转节点
△ 辊涂压花铝板旋转节点现场安装照片
节点设计中，采用了关节角码的设计方案，两个角码由匹配的槽口进行组合（槽口可以现场临时组对，并有接近180度的相对旋转的能力），通过组合角码的旋转轴，成功吸收龙骨截面方向的偏差，此种方案既解决了吊顶造型双向变化的造型要求，又兼顾了现场施工及安装，减少了提升过程中龙骨变形对铝板平整度的影响，保证了板面的平整度。
吊顶铝板区域采用整体吊装的安装方式，既提高了整体施工速度，又提升了铝板的安装精度。由于板块在地面进行骨架焊接及铝板安装，吊顶的整体性更好，使建筑曲线得以更好的表达。
结合设计和施工，郑州航空港站的整体吊装工作流程如下：
吊装板块划分→吊装节点细化及吊装板块计算→现场返尺及结果反馈→根据返尺绘制板块钢架组装图及铝板面板下单→现场钢架胎架制作→铝板钢架焊接→铝板地面安装及调整→吊装机具的固定→铝板板块吊装初步就位及固定→铝板板块的微调及转接件焊接→吊装辅助龙骨及吊装机具的撤离。
以南北面吊顶铝板为例，南北面一档吊顶划分为3个吊装板块，板块尺寸18×12米，面积约220平米，为国内在建项目中最大的装配式整体提升板块。
对装配式提升板块进行了挠度验算，根据验算结果在板块的两端分别布置一根加强龙骨（规格同主龙骨），将加强龙骨与主龙骨进行可靠连接以增加单元板块的刚度，减少提升过程中的整体变形。
△ 南北面标准吊装板块划分
吊装板块理论计算变形云图（蓝色处最大变形量为33mm，满足设计要求）
△ 吊顶铝板整体提升示意图
△ 板块正式起吊
△ 板块吊装进行中位置的检查及调整
△ 铝板板块吊装初步就位及固定
△ 南北面完工实景图
△ 视频：郑州航空港站幕墙装配式板块整体吊装(时长：44″）
四、斜面采光顶玻璃幕墙与方形采光天窗幕墙
斜面采光顶和方形采光天窗位于郑州航空港站联方网壳清水混凝土雨棚的侧面和顶部，其中斜面采光顶的玻璃配置为10+1.52SGP+10mm超白钢化夹胶玻璃，采用SGP夹胶玻璃保证了斜面采光顶的安全性。方形采光天窗玻璃配置为8+1.52PVB+8夹胶玻璃，底部增加∅2mm不锈钢防坠网，斜面采光顶和方形采光天窗的玻璃配置均保证了系统较大的安全余量，进而保证了底部行车安全。
航空港站是全国首次在铁路工程中采用叠合装配联方网壳清水混凝土雨棚，整个雨棚在清水混凝土浇筑完成后即完成了雨棚的施工，外部无需额外装饰。
雨棚位置的斜面采光顶和方形采光天窗一方面需要吸收清水混凝土的误差，另一方面也要保证防水的完整性和有效性。为了达到完美的视觉效果和良好的防水性，针对斜面采光顶，将斜面采光顶的顶部和底部收口方案进行调整，并根据现场3D扫描仪的扫描结果进行基于BIM技术的软件建模，再利用模型完成材料下单。
△ 原斜面幕墙节点剖面
△ 优化后斜面幕墙节点剖面
△ 斜面幕墙顶部节点图
△ 斜面幕墙三维模型
△ 现场完工照片
方形采光天窗外部尺寸大小为：宽×高=1900mm×1900mm，采用超白钢化夹胶玻璃，通透性高、自爆率低、安全系数高；采光天窗下侧设置不锈钢防坠网，进一步提高安全性；采用多腔型材，内部设置排水通道。
△ 方形采光天窗效果图
原设计方案采用散装的安装方式，方案如下：
△ 方形采光天窗原剖切面
△ 方形采光天窗原节点
为提高现场安装质量，将方形采光天窗系统由现场散装调整为单元式安装，详细节点如下所示：
△ 方形采光天窗优化后节点1
△ 方形采光天窗优化后节点2
△ 方形采光天窗完工照片
△ 方形采光天窗完工照片
△ 方形采光天窗完工照片
五、高架层进站门斗
郑州航空港站高架层南北两侧各设置2个进站门斗，进站门斗造型简洁轻盈，延伸“鹤舞九州”的建筑设计理念，细部线条美观精致，内部吊顶延续“仙鹤羽毛和黄河水纹像素化”，起到承上启下的作用。
↓
△ 仙鹤羽毛和黄河水纹像素化
进站门斗左右两个角部采用大圆弧角过渡，铝板尺寸为3900×1200×1900mm，铝板的尺寸较大，且造型为双曲面，为了保证现场造型的一次性成功，项目协调厂家利用光板做样，现场试安装，并根据现场情况调整铝板的加工精度，最终达到平顺过度的完美效果。
△ 门斗双曲面板做样安装
门斗铝板造型与候车厅进站口造型相互呼应，铝板外部采用白色喷涂，整体效果厚重中体现轻盈，庄重不失圆润。
△ 门斗正面完工图片
△ 门斗侧面完工图片
△ 门斗室内完工图片
△ 门斗室内吊顶图片
△ 门斗双曲面板图片
六、BIM助力大跨度辊涂双曲板的施工及设计
郑州航空港站东西面为14根双曲异形柱，14根双曲造型柱两侧对称分布，角度由小逐渐变大，整个造型柱呈曲线向两侧发散，宛如仙鹤翅膀，振翅欲飞。
东西立面造型柱侧面为直板，正面为双曲板，由中间到两侧，其曲率半径越来越小，双曲的扭转越来越严重。普通的二维铝板加工图无法表达其加工信息，为保证其加工精度，材料下单直接使用LOD400三维模型。
△ 东西面造型柱LOD400模型
东西面造型柱铝板的加工重难点主要在L形铝板两侧的连接方案。由于东西面L形铝板一侧为双曲板，另外一侧为直面板，且铝板为预辊涂铝板，无法采用焊接后打磨喷漆的制作方法，L形铝板的加工工作困难重重。
为保证其加工精度，在生产过程中，设计团队时刻保持与专业厂家的紧密联系，发现问题、解决问题，攻坚克难。同厂家一起不断试验不同工艺，通过多次改进做法，最终完美呈现原始设计效果。
△ 辊涂铝板加工厂成品照片
△ 现场东西面辊涂铝板板块
东西面造型柱铝板及背后龙骨均采用BIM技术辅助建模，此做法不仅解决了双曲面对设计及加工带来的困难，也解决了现场定位安装的问题，可以批量从BIM模型里提取各个板块位置的关键坐标信息，利用全站仪结合提取的坐标信息完成对吊装板块的定位安装工作。
△ 东西面造型柱面板BIM模型
△ 东西面造型柱龙骨BIM模型
△ 东西面造型柱现场完工照片
结 语
中原大地，亘古弥新；人文荟萃，星汉灿烂。深厚的历史积淀、璀璨的古代科技作为原动力不断催化着河南之腾飞，航空港站是无数仁人志士心血的结晶，作为这一进程中的缩影，恰如其分的体现了中原之崛起。
蓦然回首，航空港站已如约交付，细细想来，项目亮点颇多：
一、郑州航空港站在建筑立意、外部装饰设计上都表达了十分浓郁的文化特色，将中原文化的厚重与现代建筑的表达方式相结合，建筑整体既有历史文化之美又有现代科技之感，整体立意高远，穿梭其中，让人深有感触；
二、外装设计紧紧跟随建筑设计理念，从材料选取、细部方案确定到现场实际安装效果都达到了较高的水平，精工细作，创新灵动；
三、现场措施多利用模块化安装，方案巧妙，技术方案优中选优，措施方案与设计方案紧密结合，既达到了建筑外观效果要求，又提高了施工效率，施工经验值得大力推广；
四、郑州航空港外装工程经历了2021年“郑州7.20特大暴雨”和多次“新冠疫情”的冲击，项目在材料供应、人员组织等多个方面有着极大的困难。项目能够按时交付，其履约能力值得称道。
郑州航空港站已经开通，这一新的地标性建筑必将如它的建筑寓意“龙跃中原、鹤舞九州”一般，带领着中州大地再次腾飞崛起。
项目名称 / 郑州航空港站幕墙工程
建筑设计 / 同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司
幕墙深化设计、施工 / 中建深圳装饰有限公司
文 / 中建深圳装饰有限公司：杨慎腾、曹明扬、张义勇、梁勇、夏兵、沈应征、张云光
责任编辑 / 唐 琦
谨以此文，向英雄的D2809次列车司机杨勇致敬。2022年6月4日，D2809次列车从贵阳北开往广州南，行驶途中突遇泥石流险情，杨勇同志在危急时刻，发现危险，果断停车，撂下了生命中的最后一把闸，保障了车上旅客的安全。
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