以幕墙的名义：全球最大航站楼——北京大兴国际机场即将凤凰展翅

图片来源：网络

　　编者按——

　　8月19日，驱车来到即将于今年国庆期间投入使用的北京大兴国际机场。为了《幕墙设计》最新一期的封面专题，在三鑫幕墙北京公司总工和航站楼中心区幕墙项目经理的引导下，和这个当前世界最大单体航站楼来了个里里外外，上上下下的亲密接触。

　　在这之前，大兴机场已经吸引了全世界的目光，各国媒体，各类媒体都纷纷来访。有从用户体验、横向对比角度来抢先体验的；有从风水规划、建筑设计角度来实地考证的；有从地缘政治、区域经济角度来琢磨的；有从社会人文、历史研读角度来品味的；更有一大波为了来而来的各色人等，无论官员、企业家、社团、名人、市民百姓……他们揣着各自的心思，只为在正式通航前，来此“打卡、打卡、打卡……”——由此，大兴机场又创下了一个第一，那就是在还未投入使用前，已经成了世人的全新“网红打卡地”。

　　而我们来这里的目的，重点在大兴机场航站楼的外表皮（幕墙+屋面）的设计、加工和安装，其中的看点，的确是非常之多。

　　航站楼区南北长约1753 米，东西宽约1591 米，航站区总建面约143 万平方米，不愧为全球最大单体航站楼，同时还拥有世界最大的屋顶面积（18万平方米）。

　　航站楼幕墙系统主要有立面无横梁幕墙系统、直立锁边金属屋面系统、C形柱顶铝结构天窗、智能遮阳天窗玻璃。

　　航站楼核心区屋面则由一个中央天窗、六条条形天窗、八个气泡窗及贯穿指廊中部采光带等组成顶部主要自然采光体系。屋面采光顶的上万块玻璃组成一个“自由曲面”，每块玻璃都有唯一的“身份证”（规格尺寸均不相同），每块玻璃中空层的内部则是“智慧芯”——整齐排列的铝网根据屋面曲面变化而有不同角度，不仅可避免强烈日照，还能满足航站楼自然采光需求，实现节能环保、美观、人性化。

△ 航站楼幕墙标段示意

　　航站楼幕墙工程一共分为四个大的标段，分别是：

　　一、核心区——深圳市三鑫科技发展有限公司建设完成；

　　二、五个指廊——珠海兴业绿色建筑科技有限公司、深圳金粤幕墙装饰工程有限公司建设完成；

　　三、停车楼——建峰建设集团股份有限公司建设完成；

　　四、金属屋面——北京森特士兴集团股份有限公司建设完成。

△ 三鑫幕墙公司承建的航站楼核心区幕墙工程示意

　　我们此次观摩采访的主要是三鑫幕墙承建的核心区域，包括：五个立面的幕墙（西立面、西南立面、北立面、东立面、东南立面），约合54000㎡；还有三种形式的采光顶（中央采光顶、C形柱采光顶、条形采光顶），约合28000㎡。

　　一、航站楼核心区立面幕墙

△ 航站楼核心区立面幕墙分区示意

△ 航站楼陆侧立面玻璃幕墙

△ 航站楼空侧立面玻璃幕墙（向内倾斜）

　　航站楼核心区立面玻璃幕墙全面采用“无横梁立柱外装系统”，其特征有三：无横梁、立柱外装、竖向明框。其中陆侧立面、空侧立面与指廊段交接处（部分），最大高度41.3米；主结构：9米（柱距）×6米（梁间距），玻璃分格：2250mm（宽）×3000mm（高）。

△ 航站楼立面玻璃幕墙全面采用“无横梁立柱外装系统”

　　立面幕墙重难点主要有两个方面，一是立面大板块玻璃幕墙系统的安装方式，尤其是向内倾斜立面；再一个就是由于立面存在大量倾斜面和弧形段，在该区域内要解决局部单块玻璃四点不共面的问题。

　　从招标阶段开始，幕墙施工单位就组织多次的方案研讨，专门针对玻璃室内安装的工艺及措施进行会商，最终得出一致结论：如果从内侧安装玻璃板块，有三大不利因素：

　　1. 安装工艺复杂，效率低；

　　2. 并且受制于主体钢结构，风险大；

　　3. 室内玻璃更换存在极大的困难。

　　基于此，幕墙施工单位创造性地采用了立柱外装玻璃板块的方式。

△ 立面玻璃安装方式对比，左为原方案（内侧安装），右为实际施工方案（外侧安装） 

△ 立面玻璃幕墙系统节点（原方案）

△ 立面玻璃幕墙系统节点（改进后实施方案）

△ 立面玻璃幕墙系统节点经过深化改进设计后，按类似于格构构件进行设计，内外立柱通过间距300mm的M6螺栓连接，螺栓传递剪力，立柱整体抗弯。

　　航站楼斜立面为双曲面，相邻的两根立柱不在同一平面内，玻璃存在四点不共面的情况。设计小组利用BIM软件编制程序对倾斜面所有存在四点不共面问题的玻璃进行分析，结果显示，2250mm×3000mm的玻璃板块，第四点距离其他三点平面的距离最大值为30mm。

△ 用BIM软件分析四点不共面的玻璃板块

　　而关于弧形段倾斜面幕墙单块玻璃四点不共面的情况，为了验证平面玻璃使用外力达到30mm变形的可行性，设计小组对于玻璃板块进行实体建模有限元分析，计算结果显示，25公斤的外力即可使玻璃一点翘曲30mm，玻璃附加应力5Mpa；为了更进一步验证结构计算的准确性，项目设计小组做了1:1实体样板，试验结果与理论计算基本相符。 

△ 左：有限元分析；右：试验校核

二、航站楼核心区采光顶

△ 航站楼核心区采光顶系统分类示意

　　1. 中央采光顶——约7500㎡

△ 中央采光顶（内视）

△ 施工中的中央采光顶（外视）

　　航站楼核心区中央采光顶位于整个航站楼的中心点，最高点。形状为六方形，高度约48米。该区域下方室内空间就是巨幅国旗的悬挂点。

　　2. 六道条形采光顶（其中5个是指廊部分采光顶）——约12000㎡

△ 从室内看指廊条形采光顶

△ 从屋顶看指廊条形采光顶

△ 指廊采光顶末端连接着五个主题庭院（这是其中之一）

　　3. C形柱铝结构采光顶——约8000㎡ 

△ 美轮美奂的C形柱采光顶（实拍）

△ 在航站楼屋面上方看C形柱采光顶的“气泡”

　　航站楼核心区按南北中轴线对称分布了八个C形柱，每个C形柱部分都设计了采光顶结构，形状酷似“气泡”。该部分采光顶采用了铝结构采光顶，“铝”这个材质用在采光顶结构上非常罕见（至少我们是第一次看到）。

　　铝结构采光顶为单层网壳体系，该体系的特点为杆件承受轴向力。八个“气泡”中，其中大采光顶面积1300m2，长跨52.7米，短跨27.9米，矢高6.6米，结构矢高跨度比1/4.2。杆件的内力与网壳结构的稳定性取决于结构矢高跨度比，通常矢高跨度比为不小于1/5为宜，小于该比例的网壳整体稳定性也明显减弱。

△ C形柱铝结构采光顶所有构配件根据标准化设计进行CNC（自动控制）加工，加工精度高，实现了工业化、模块化制造。同时，构配件全部现场装配，简化了施工工艺，降低施工设备及场地要求。提高安装速度，可节约一半左右的施工时间。同时施工现场无噪音、粉尘、污水等污染，属典型的绿色施工 

△ 与传统钢结构螺栓球（上图左）相比，比起钢结构焊接节点、铸钢节点，铝合金板式节点（上图右）具有节点板预弯弧及铝合金材料的易加工，标准化施工更精确等特点

　　C形柱铝结构采光顶一体化结构体系特征

　　1. 一体化结构体系简化构造层次，减少施工环节，降低材料用量，提高施工速度；

　　2. 结构与围护材料热膨胀系数一致，最大限度减小变形破坏，形成了优越的防渗漏体系，基本达到零渗漏。  

△ 左：铝板围护一体化节点；右：玻璃围护一体化节点

　　采用一体化结构的优势

　　1. 采用单层铝合金网壳结构，板式节点，通过HUCK环槽铆钉机械连接固定（工艺简单）；

　　2. 工艺方法：工业化标准制作，全装配式安装；

　　3. 不需做表面处理即可达到建筑防腐要求，终生免维护（超过50年），自然色即可作为建筑杆件表面的颜色；

　　4. 自重轻、绿色材料、绿色施工，绿色建筑集成。

△ 铝结构系统主要结构构件：①杆件：工字型铝结构（6082-T6），强度设计值220MP；②节点盘：10mm厚模压铝合金圆盘板（6082-T6）；③紧固件：进口高强不锈钢虎克螺栓

　　铝结构采光顶系统安装工序 

△ 步骤一：节点预拼接

△ 步骤二：节点紧固并卸载 

△ 步骤三：玻璃安装

△ 步骤四：附属铝型材安装

　　新工艺新材料——智能遮阳天窗（铝网玻璃）

　　大兴机场航站楼采光顶，大量使用了铝网玻璃（北玻生产），其基本原理是将铝网固定于玻璃中空层内，统一南北排列，据说可以遮挡直射阳光，同时将直射阳光通过漫反射后进入室内，达到令人舒适的采光效果。这个也被称为“智能遮阳天窗玻璃”，算是新材料在航站楼上的应用了。 

△ 中央采光顶上的“铝网玻璃”

　　铝结构采光顶系统的胶缝设计 

△ 采光顶玻璃胶缝设计：定制条型泡沫棒，10mm厚胶深，以确保采光顶的防水性能

　　铝结构采光顶系统的施工

　　航站楼核心区铝结构采光顶离下方楼板28米，且下方结构复杂，因此铝结构的施工措施是施工过程中面临的最大困难。满樘脚手架、施工平台、分片吊装等方案均做了多次的研讨及论证，结合现场条件、施工难度、工期、成本等各方面的因素，施工单位最终采用在采光顶下方结构环梁上搭设施工平台的方案。其施工要点主要有搭设塔型施工平台；节点独立支撑配合测量定位；三维全站仪辅助测量、持续校正等三大方面。

　　三、TPO高分子柔性防水卷材和融雪系统

　　航站楼核心区屋面采光顶（采光带）沟槽部分，还铺设了超过12000㎡的TPO高分子柔性防水卷材，同时上面配备了融雪系统。

△ 采光顶沟槽部分的防水层&融雪系统构造截面示意

　　1. TPO特点：抗老化、拉伸强度高，伸长率大、潮湿屋面可施工、外露无须保护层、施工和维修方便、无污染……十分适用于作为轻型节能屋面的防水层。

△ TPO高分子柔性防水卷材和融雪系统

　　2. 融雪系统是由一条或者多条发热电缆以及温度探头、湿度探头、温湿度变送器、控制箱等组成的综合系统。新航站楼的发热电缆长度约40公里。 

△ 融雪系统电缆

　　短短的两个多小时，我们完成了对大兴机场新航站楼核心区幕墙及屋面工程的第一次“亲密接触”，在幕墙系统之外，我们还注意到本工程的幕墙材料的国产化率达到了95%以上，甚至更高。比如，我们看到了南玻的立面玻璃、北玻的采光顶特殊玻璃、硅宝的密封胶、兴发的铝型材、国产防水卷材和融雪电缆……进口材料似乎只有电机、不锈钢虎克螺栓和胶片（夹胶玻璃用）。在航站楼屋面上，我们还看到了由北京森特士兴公司完成的橙色金属屋面，十几万平方米的直立锁边系统金属屋面也非常令人震撼，据了解其金属板和密封胶（白云牌）也均为国产。

　　在此，我们要由衷地给中国品牌点赞。毕竟，今年是新中国建国70周年，新航站楼即将在国庆期间正式投入使用，这个近期规划年旅客吞吐量7200万人次、飞机起降62万架次；远期规划年旅客吞吐量1亿人次以上、飞机起降88万架次的新机场，无疑是建国70周年大庆的献礼工程。北京大兴机场，从无到有，短短的四年时间，中国品牌和中国军团又创造了一个集多项世界第一的超级工程，令人感叹！是否可以大胆假设，中国在机场及航站楼建设领域，也能像“高铁”一样，成为一张新的国家名片，从大兴机场启航，像一只金色的彩凤飞向世界！

　　关于大兴机场新航站楼幕墙技术的深度专题，已经在紧锣密鼓地进行了，我们将在最新一期《幕墙设计》杂志上以封面专题的形式给大家带来详细解读。欢迎大家给我们留言，帮我们建言献策，让我们一起“以幕墙的名义，洞悉北京大兴国际机场——全球最大单体航站楼”。

更多精彩照片欣赏 

▽下图为航站楼中央采光顶中心点360度全景，请将手机横过来观看

（版权所有，非授权不得转载）

（责任编辑：唐  琦）