第四期同友荟分享活动依旧于4月13日（周三）晚上20：00如期举行。本次邀请的分享嘉宾是同济地产班2021级秋季班李德生同学，分享的主题是建筑外立面与幕墙门窗系统研发设计。
李德生同学是现代幕墙系统技术（苏州）有限公司总经理，国家建筑装饰行业科技奖幕墙专家，高级工程师，苏州市勘察设计行业专家库幕墙专家，中国建筑学会建筑幕墙专业学术委员会理事，江苏省《建筑幕墙工程技术标准》编委，江苏省建设机械金属结构行业幕墙专家，免焊装配式结构产学研联盟门窗幕墙专家。
长期从事建筑外立面设计、门窗幕墙设计顾问、擅长幕墙门窗系统研发与幕墙门窗防水结构研究，主持的幕墙项目多次获得鲁班奖等荣誉；专业期刊发表学术论文十多篇，其中6篇为CSCI中国科学文献数据库收录论文；开发有十多项幕墙门窗核心技术专利。并为江苏省《建筑幕墙工程技术标准》DB32/T4065-2021的主要起草人之一。感谢各位老师，感谢各位同学，能有今天这样的一个机会跟大家一起分享交流建筑外立面与幕墙门窗系统研发设计这个课题。建筑外立面与幕墙与门窗在建筑中是一个小专业，但确是非常重要的专业，将直接影响建筑的档次品质与性能。今天我将各位老师各位同学一起交流一起分享我在外立面设计幕墙设计研发方面的设计经验与一些项目案例。首先，我介绍下我的技术成果，我从事幕墙设计系统研发已达二十多年的，长期战斗这技术第一线，因为建筑立面幕墙的复杂性，一直是针对项目的特殊性进行幕墙门窗系统的专项系统研发，也完成了较多的技术专利，及发表了一些设计论文。
针对幕墙专业来说，设计及技术的核心价值应是问题的解决。国内流行的幕墙行业中，有很大的技术痛点问题，包括：1.幕墙漏水漏气；2.幕墙平整度、哈哈镜与扭曲；3.细节工艺丑陋，生产施工水平低下；4.系统抄袭模仿严重，知识产权问题；5.理论研究严重不足，理论脱离实际；6.设计不能落地、技术无法闭口、边深化边施工。凡是种种，都给建筑带来了各种各样的困扰。作为幕墙设计幕墙系统工程师，必须关注这些幕墙的技术痛点，而必须专门进行各种问题的专项研究，而幕墙设计幕墙系统技术的核心价值，就包含在以上种种问题的解决与处理。建筑外立面的平整度研究、系统结构防排水研究、幕墙门窗系统节能及隔声研究，幕墙门窗系统开发与定制、以及制造与安装工艺的研究，这些都是幕墙行业的核心技术价值，缺一不可的技术价值，由此进一步延伸到建筑外立面幕墙的研发型设计与工程顾问，及研发的幕墙门窗系统的知识产权的保护。针对一个具体的幕墙项目来说，基本的设计逻辑及流程是：外立面设计-幕墙设计-技术标准定型-幕墙系统定型-技术偏差处理-生产与控制-安装与控制-密封与竣工-技术复盘。在这当中，最重要的应当是建筑外立面设计把控及幕墙系统定型，这关乎整个项目的成败及成本的控制。这项目进行中，因为理论图纸的设计与生产施工实践的差距，我们要进行各种材料技术、装配技术、模具公差、密封工艺的研究与适配，并且要在生产过程中不住的进行技术的偏差控制及工艺标准的修订，通过样板制作、模型试验进行最终的幕墙系统定型、工艺质量标准的最终定型。这些定型的系统技术与工艺质量文件将指导整个幕墙项目的最终完成。并且在这些技术过程中我们是通过理论的技术假设开始，进行技术标准的确定，通过模型制作性能试验模拟实际的暴风雨情况，进行外立面幕墙的技术鉴定，并在生产实践过不断的进行技术偏差的解决处理，并反馈与改进之前定型的系统技术，通过项目的进展，技术也这不断的进化过程之中，进而促进技术理论的发展并有可能发展出新的系统结构与技术成果。 建筑外立面与幕墙技术也伴随着项目的定位及环境因素，针对不同档次不同重要性的讲座有着不同的技术思路，一般情况下，针对高档中档的重要性的建筑，建筑外立面的效果控制是处于非常重要的地位，对外立面材料的运用、尺寸划分、耐久性、气候特征的影响、系统节能隔声、系统排水结构研究、平整度控制等都需进行专项的定制研究分析，而系统技术标准的确定与成本控制往往直接影响最终项目的品质。而对于那些批量低成本的建筑，一般只是能够满足行业规范为原则进行，往往是选择成本优先的批量化幕墙系统结构。建筑外墙设计理念从幕墙出现开始就一直处于进化发展之中，从早期的外立面完全封堵的屏障（Barrier），到现在的外立面滤网（Filter）的功能性外墙结构体系。早期的外立面完全封堵的屏障（Barrier），是将所有外立面的幕墙接缝，门窗接缝完全通过填缝剂进行密封封堵，以实现幕墙的各种性能，但是因为室外的大气压力差始终的存在，并且外立面幕墙的形状与规格的复杂多变，使完全通过密封封堵来实现幕墙性能的情况只是存在于技术理想之中。所以幕墙的技术理念继续的发展，以外立面滤网（Filter）的功能性外墙结构体系已经为现阶段的幕墙技术主流，其对室内舒适度有用的光热引进到室内，将有害的空气压力雨水噪音辐射等过滤在室外。通过滤网（Filter）功能型的外墙结构体系实现建筑的性能。建筑外立面幕墙=建筑外围护结构 / 建筑外墙结构在每一个建筑外立面，外立面材料的接缝是不可避免的存在，虽然我们可以尽可能减少接缝，但它们从未停止出现于立面上。对于幕墙专业来说，解决接缝的密封问题是一个核心技术，雨幕原理等压腔结构防水体系（rain screen principle）是解决幕墙密封消除室内外压力差的主要技术原理，其也经过几十年的发展到现在已经相对非常成熟。雨幕原理等压腔结构防水体系（rain screen principle）的发展历史：雨幕原理等压腔结构防水体系（rain screen principle）一直以来，幕墙漏水均是以下三个要素共同作用的结果：（1）有水存在；（2）外墙表面有接缝存在；（3）有能使水通过接缝进入室内的压力存在。分析这三个要素可知，幕墙水密性的设计重点即是如何消除使水通过接缝进入室内的压力，而这一技术思想的实现我们称之为雨幕原理等压腔结构防水体系（rain screen principle），即在建筑幕墙中间空气间层室外侧开口处采取适当的遮蔽和断水构造形成雨幕，室内侧接缝处进行有效的密封，使中间空气间层气压与室外气压趋于平衡，从而减少或消除雨水通过室外侧开口的作用力，以阻止雨水渗漏的设计原理，图一为雨幕原理示意图。按照此雨幕原理，一般情况下外幕墙系统可由三部分组成：外壁雨幕层+等压腔体+内壁封闭层。通过设置在外壁雨幕层上接缝开口使用等压腔体与室外气压趋于平衡。图一：雨幕原理示意图定义: 雨幕原理等压腔结构防水体系（rain screen principle）在建筑幕墙中间空气间层室外侧开口处采取适当的遮蔽和断水构造形成雨幕，室内侧接缝处进行有效的密封，使中间空气间层气压与室外气压趋于平衡，从而减少或消除雨水通过室外侧开口的作用力，以阻止雨水渗漏的设计原理。
组成: 由开口的外壁(雨幕)+腔体+密闭的内壁构成2、接缝内须构造出一个受控制的空气室(即等压腔) ；3、内壁完整气密层，避免空气或水蒸汽通过，能承受风压。按照上述的雨幕原理等压腔结构防水体系（rain screen principle），我们的幕墙系统应建立可靠的多道防水体系，按照雨幕原理等压腔结构进行系统设计，排水路径清晰明了直接可靠。并根据建筑在地风雨实际情况、建筑特征、幕墙系统构造特点在外幕墙面进行防水分区，可以设置一个楼层为一个防水单元分区，也可以根据实际情况设置多个楼层及其他情况为一个防水单元分区。在幕墙系统的研究设计与选择上，应充分考虑系统的防水构造设计有其最大压差下的防排水的承受能力。一旦压差与水量超过其承受能力就容易发生幕墙漏水，故技术上需考虑幕墙系统的最大防水能力，防止系统防水过载。设计的过程是尽一起努力创造出与项目完美契合并独一无二的图式。 上面我说了很大技术原理方面的东西，很是枯燥，下面我就介绍一些按照技术原理设计的项目案例，看着完成后的精美幕墙项目往往会非常让人的陶醉，下面我介绍几个已经完成的项目案例：苏州工业园区中信银行金融港商务中心项目，该项目获得了2021年度上海建筑学会外立面及部品类Pro+Award普罗奖银奖，建筑设计为美国GP公司，我们的现代幕墙公司承担了该项目的外立面幕墙设计与工程顾问工作。本项目的建筑外立面的设计概念是力求增强每栋塔楼的纵向高度感并与周围较为沉稳的建筑群体形成对比，这一效果是通过3层楼高的带角度的玻璃纵向交错排列来实现的。这些复杂的外墙变化给幕墙设计带来非常大的技术挑战。该幕墙项目外立面极为复杂，幕墙并非为一个平面，有各种斜切面凹凸关系及线条结构，幕墙通过复杂的系统结构进行装配组合，所有的这些缺切凹凸均为单元体成品单元，单元与单元之间插接组合装配成为最终的幕墙完成面。首先，对此项目进行气候性能特征分析。苏州地区位于北亚热带湿润季风气候区，年均降水量达1 100mm，温暖潮湿多雨，季风明显，四季分明，雨量充沛；且苏州地区时常遭受热带风暴(台风)的袭击，使许多建筑幕墙出现漏水等破坏情况。针对此复杂的气候特点，及分析本项目建筑外墙的特征，本项目的幕墙有较高的水密性要求，并须保证在台风、暴雨作用下的性能。根据《建筑幕墙》（GB/T 21086-2007），幕墙的雨水渗透性能以发生严重渗漏现象的前级压力差值P作为分级依据，经过分析计算，固定部分值计算P=1 370Pa，开启部分值计算P=648Pa，此项目幕墙的水密性性能分级为3级，即为此次幕墙系统设计的水密性能目标。进行幕墙设计前，先对项目的外墙系统进行分类，大致可分为塔楼凹凸结构单元体幕墙系统、垂直线条结构单元体幕墙系统、外挑玻璃肋结构单元体幕墙系统、裙楼采光顶幕墙结构、内平开窗结构、裙楼构件式幕墙系统等。本文对典型的单元体幕墙系统进行防水设计的介绍。首先，在建筑外立面设计的基础上对幕墙进行单元划分，按照横向标准分割尺寸1 690mm与1 310mm，竖向一个楼层高度作为一个单元体板块。下图的单元体幕墙竖向插接作品节点，反映标准单元体左右竖向接缝密封处理方式，通过设置多个腔体形成铝合金公立柱与铝合金母立柱，安装时进行单元体公母立柱插接。而单元体幕墙横向节点，表达了幕墙横向接缝密封处理方式，通过单元板块的安装插接完成幕墙等压腔的实现及幕墙安装。幕墙系统的研发设计需综合考虑外立面造型的实现，并综合考虑铝合金结构的凹凸斜切面的结构装配关系，雨幕原理等压腔结构防水体系（rain screen principle）的运用，幕墙节能、生产装配工艺、质量的控制等综合研究后而定型的最终单元体幕墙结构系统。因幕墙系统要实现建筑的保温节能性能，并要综合防/排水的设计，所以必须综合考虑各个腔体的结构等压腔的实现、胶条的布置、导排水路径的合理设置、各类密封材料及生产装配工艺的综合运用。因本项目为竖明横隐幕墙，为了保证幕墙的节能性，框料采用美国亚松注胶节能材料进行设计，并在插接缝隙位置使用了专门设计的三元乙丙节能密封条与亚松隔热注胶节能型材及节能玻璃共同形成完善的节能体系。同时考虑室外开敞接缝的堵水作用，通过接缝布置特殊形状的胶条进行挤压搭接，阻挡了下雨时大量雨水进入等压腔的可能，并通过胶条隔断了室外空气与等压腔空气，避免风雨时气压引起的气流流速过快对等压腔的破坏作用。因为横竖向胶条的阻断作用，避免了热空气的对流与热量的辐射作用，大大提高了节能性能。整个幕墙系统均按照等压结构排水及密封连续性的原则设计，以确保单元式铝框架、窗间墙等各类综合系统的整体水密性能。并且，在所有铝框架构件之间的接缝处，螺丝和螺栓、交接点挡水板及其他所有配件均需按照技术要求进行密封胶密封处理，以组成一个严密、连续的防水幕墙构件和要素。华东地区年雨水量大，在台风作用下的暴风雨袭击对幕墙水密性的影响与破坏非常大。因此幕墙防水的理念之一就是保证等压腔体的风压与室外相等，但是在室外随时变化的风压与雨水同时作用下，即使是完全密封的幕墙及门窗也会出现缝隙而漏水。当雨水超过等压腔体的导排水设计限值时，幕墙就会发生渗漏，所以幕墙的防水设计必须考虑这些动态可变的风压影响。幕墙作为建筑的外围护结构，还必须具备变形承受的功能，需对插接深度进行研究，考虑幕墙的变形位移，确保在发生变形时同样能满足幕墙的水密、气密性要求。在幕墙系统设计时，需考虑设计荷载造成的翘曲与设计风荷载重复周期作用下造成的翘曲对幕墙性能产生的影响，建筑位移造成的尺寸和形状改变包括：沉降、收缩、弹性压缩、楼板梁挠度、裂缝、风造成的摇摆、地震活动、扭曲、倾斜、温差和潮湿引起的位移。在设计过程中，所有的幕墙系统设计与细节的考虑均是基于理论情况与过往的项目经验而进行，但自然界复杂的气候条件及建筑的不同特征决定了每个幕墙系统的独特性。所以，在幕墙大批量生产制造前需进行幕墙模型性能检验，并且根据试验情况进行可能的设计与制造工艺的调整。为了准确模拟自然界的恶劣天气，本模型采用了中国标准与美标动态水密性试验相结合。按照美标AAMA 501.1-05，用飞机头螺旋桨产生的最大风速形成风压，结合外雨水喷淋的做法，准确模拟狂风暴雨的状态来测试幕墙系统的水密性能。本项目试验在江苏省建筑工程质量检测中心有限公司苏州检测基地进行，按照以下试验流程进行：1）打开、关闭开启窗50次；2）预加压测试；3）国标气密性测试（GB/T 15227）；4）美标气密性测试（ASTM E283）；5）静态水密性测试（ASTM E331）；6）动态水密性测试（AAMA 501.1）；7）静态水密性测试（GB/T 15227）；8）抗风压性能试验（GB/T15227）；9）抗风压性能试验（ASTM E330）；10）重复水密性试验（ASTM E331）；11）平面内变形性能-竖直方向（AAMA501.4）；12）重复水密性试验（ASTM E331）；13）平面内变形性能-水平方向（AAMA501.4）；14）平面内变形性能-水平方向（GB/T 18250）；15）重复水密性试验（ASTM E331）；16）垂直于幕墙平面方向变形性能（AAMA501.4）；17）重复水密性试验（ASTM E331）；18）擦窗机销座荷载试验；19）重复美标气密性测试（ASTM E283）；20）重复水密性试验（ASTM E331）；21）1.5倍设计风压测试(ASTM E330)。此试验将国标规范与美国规范进行整合，对水密性试验加以强化，进行了动态水密性试验与多次的重复水密性试验，确保在试验中能够发现幕墙系统设计与生产制造上的不足。在幕墙生产施工过程中，本项目的幕墙设计方与幕墙顾问工程师对每一个工艺环节进行了质量检查工作。对照项目施工、生产图技术要求及规范，在幕墙承包商生产工厂进行全面的质量检查工作，其中影响防水方面的工艺是检查中的重点。在检查中，也发现了若干质量问题，如打胶不合格、铝材铣切错误、胶条密封情况、型材装配拼接等。这些质量问题反映了工厂对技术质量要求的不足，细节装配拼缝密封不能够满足技术要求，在工艺孔加工时破坏单元体幕墙插接翅，这样的单元体幕墙将不可避免地出现漏水。对于这些工艺水平不满足技术要求与规范的，立即停止生产作业，并进行工艺整改，重新制定可行的工艺文件与质量检查文件，经建筑师、顾问、监理、业主代表联合审批认为能够达到质量要求后方可继续进行生产工作。在现场安装过程中，为验证现场幕墙安装完成后的水密情况，根据AAMA501.2-03及其描述的设备，现场进行幕墙淋水试验。选取现场已完工的幕墙单元，选择满足要求的喷嘴及试水水压，在距离玻璃表面305mm左右，对着幕墙垂直接缝、横向接缝及开启接缝进行现场喷淋，并缓慢地来回移动，以观察幕墙的密封情况。如果在试验中发生漏水情况，必须及时检查分析原因，并在幕墙问题修改完成后再次进行现场淋水试验，最终确保幕墙的水密性能。下面，我再介绍下化了四年时间完成，去年刚刚竣工的黄山小罐茶运营总部项目，这是一个外立面让人非常振奋的项目。黄山小罐茶运营总部项目位于文明中外的茶叶之乡——安徽省黄山市，项目坐落在美丽的黄山脚下；建筑师秉承“向方形致敬”与“把简单的事情做到极致”的设计原则，使用了最简单的方形与圆角结合的色块图案构成建筑形态，使建筑简单而细腻，并使用了板材大分割的原则进行外立面的划分，使外立面幕墙效果极为简洁。简洁的建筑外立面对幕墙的技术提出极高的要求，大板块的生产与吊装、幕墙平整度的实现、接缝的处理与密封的可靠、板块生产公差及安装误差及热膨胀的因素，所有这些给幕墙系统带来了极大的技术挑战。黄山小罐茶运营总部外立面通过大尺寸的板块构成极简的幕墙效果，标准平面板块单块尺寸为高6米宽2.4米。而在建筑的上下边缘位置均为单曲面板，在转角的上下边缘位置为双曲面板，转角双曲面板材单块尺寸高6.39米宽2.57米。幕墙在面材选择上经历了两年多时间的多种材料的研究、试验、认证、试生产、试安装等工作，最终从幕墙效果、力学特点、板块生产安装可行性及耐久性等方面选择铝合金蜂窝复合板作为本项目的幕墙面板材料。极简的外立面对大板块幕墙技术带来了极高的要求，幕墙平整度是本项目的技术重点考量之一；幕墙的6米大板块尺寸划分及曲面双曲面的要求对板块的生产与安装也带来极大的技术挑战；需研究幕墙结构系统的可行性、考虑成品大板块的尺寸公差及平整度、考虑现场施工安装偏差、考虑层间位移及地震变形及生产与施工的容差、大板块热胀冷缩及各种荷载工况下引起的位移变形对系统结构的影响、变形条件下对连接点结构及幕墙密封的影响。所有的这些因素构成了本项目的幕墙系统的可行性及设计生产施工的技术重点。黄山小罐茶运营总部外立面幕墙对细节的极致追求给每一个项目参与者均留下了深刻的印象。越是简单的外立面，对于幕墙的细节质量要求就越高；对于超出常规尺寸的大型幕墙板块必须遵循技术规律进行分析与研究；幕墙的系统研究必须考虑温度热胀与变形整体带来的影响，幕墙接缝及密封性能需要根据选用密封胶的位移等级进行严格的分析计算，而幕墙的生产质量安装质量更是对最终的幕墙效果起到决定性的作用。“把简单的事情做到极致” ，不仅仅是小罐茶产品文化的灵魂，也是所有项目工程师的技术工匠精神。讲座外立面建筑幕墙是一个系统工程，今天与大家分享了建筑外立面设计幕墙设计的技术原理及几个典型的项目案例，但是对于每一个不同的幕墙项目而言， 技术的差别可能会非常的大，并且几乎所有的图纸设计都仅仅表达理想状态，性能试验的检测也仅仅是对样品负责，在具体项目实施过程中，工程师必须全过程的幕墙系统技术把控。很多时间我们必须针对项目进行针对性的研发设计与技术控制。只有理论联系实践，只有对建筑外立面的精准把控，进行幕墙系统研发设计、制造工艺、产品质量、现场质量检查等各工作阶段的全面、有效控制，对生产施工中遇到问题及时落实，研究问题的原因并有效解决问题，最终才能够实现比较完美的幕墙项目。这就是我此次想跟大家分享项目的大致情况。说的不好的地方，或者有什么疑问的地方，大家相互交流，也请各位老师各位同学批评指正，谢谢大家。
