曲面幕墙设计：每块玻璃均不同，从概念到落地
以下文章来源于专筑讲坛
*内容来源 建筑周
○关注我们, 请点击屏幕上方 UniDesignLab“一座以蝴蝶为原型的博物馆”
“一次融合更多开放互动的体验”
“一场探究玻璃极致的设计践行”
缘起：
致敬“蝴蝶之神”
宁波周尧昆虫博物馆是DDB于2018年参与的一次设计竞赛中标项目。
周尧教授被誉为“蝴蝶之神”，是中国昆虫分类学的重要奠基人。在近百年的沧桑岁月中，他采集了数十万号昆虫标本，考察足迹遍布中国各地，为中国的昆虫学事业画上了浓墨重彩的一笔。
宁波周尧昆虫博物馆即是以周尧教授命名的博物馆。其原址于1996年建立的，是目前以个人姓氏命名的亚洲最大的昆虫博物馆。为了进一步提升和发挥昆虫专项领域的科普、科研意义，同时以周尧先生自身的生平激励人们特别是青少年一代奋发进取，积极为祖国贡献。原昆虫博物馆旧址拟迁建至享有宁波“城市绿肺”之称的鄞州公园内，面积也由原来的500平扩展至3000多平米。
昆虫馆鸟瞰效果图
隔着景观河看昆虫馆
设计的原初概念围绕“蝶”展开，造型和布局中均采用了隐喻蝶翼的倒角三角形作为母题，参数化渐变的彩釉幕墙表皮，再现昆虫翅膀的轻薄质感，这些共同构成了一个不是简单拟态、却又与主题更契合的特色外形展现。
形态的运用与生成
历经三年的打磨，项目已基本完工，而在这样一个小而美的博物馆上，我们也实现了一场针对 “每块玻璃均不同”的参数化幕墙从概念到落地的极致探索。
效果图/实景照片
常规的参数化幕墙，牵扯到的往往是单一的曲面玻璃控制问题，或者是玻璃彩釉图案控制问题，而周尧昆虫博物馆则是在三维曲面幕墙的基础上，进行了参数化彩釉设计。在落地过程中，我们的精益设计围绕曲面幕墙叠加参数化彩釉造成的复合难题进行逐一展开。
我们将幕墙深化控制过程中所遇到的问题进行了拆解，第一个维度是曲面幕墙层面，第二个维度是彩釉设计层面，第三个维度是曲面玻璃之上的彩釉图案打印问题，从而形成整个曲面彩釉幕墙的精细化设计。
01
曲面幕墙的精细化设计
曲面幕墙的精细设计化，主要分为幕墙的合理分区和精度把控。
合理分区
1）玻璃类型划分
对于昆虫博物馆异形幕墙的形态，我们希望在保持理想造型效果的基础上，将曲面异形玻璃的数目控制在有限范围之内。优化设计过程中,整体建筑仍以平面玻璃为主，仅在建筑形体转弯处以及背街侧立面通过3种半径的单曲玻璃形成整体建筑的流畅造型。在临街的主展示面上，则局部少量运用多曲玻璃，实现造型灵动性，达成效果和成本的双料控制。
玻璃类型的平/立面分布图
2）玻璃参数划分
深化设计通过对玻璃参数的分区控制，实现进一步成本控制。对有背衬墙体的幕墙采用双层夹胶玻璃，无背衬墙体的通透空间为夹胶中空的玻璃，且夹胶厚度依据玻璃类型区分。
玻璃层数的立面分布（展开图）
玻璃夹胶厚度立面分布（展开图）
精度把控
精度把控主要涉及玻璃的分缝和衔接。由于昆虫博物馆玻璃类型众多，不同类型的玻璃之间分缝尺度不一，不同的曲率也会造成多种衔接问题。我们所看到的高质量、高平整度的幕墙依靠的是幕墙深化单位的合理设计，不同玻璃厂家对于加工误差的质量控制，和施工团队的精确施工。设计师在这其中扮演着最重要的角色——总体协调与把控。
02
彩釉幕墙的精细化控制
彩釉部分的精细化设计，涉及彩釉尺度、图案对位、构件协调等多维度设计。
彩釉尺度
彩釉尺度
DDB在常规彩釉设计中会考虑两种尺度的视觉关系，彩釉幕墙的整体效果以及近人尺度效果，在此基础之上，设计团队对该项目彩釉尺度的研究细分到了四个层面上：
1. 建筑在城市中远看、路过时所呈现的整体效果（城市尺度，15m以上）
2. 建筑在近景距离所呈现的幕墙效果（近景尺度，5-15m）
3. 建筑在近距离欣赏时，幕墙所呈现的效果（近人尺度，2-5m）
4. 当幕墙被像观察昆虫一样去放大观察的时候，仍旧能够体会到的细节效果（观察尺度，2m以内）
1）城市尺度
我们在城市尺度对幕墙进行三个区域的划分，下层透明区、中层渐变带、上层较密实的彩釉区。建筑由下至上，白色半透明玻璃营造出一种柔和消隐的氛围，好似羽翼般轻盈，构成了建筑序列中一个特殊的层次，形成有节奏、有虚实的幕墙整体效果。建筑好像被轻轻放置在自然的界面上。
彩釉城市尺度效果
夜景照片
虚实节奏依据建筑空间及造型关系变化。渐变区高低与幕墙高度多为镜像关系，入口区整体相对通透，内部空间需遮挡处理的地方局部扩大渐变范围。同时对幕墙进行覆盖率的核算，满足保温遮阳等的技术需求。
图案范围控制（展开图）
覆盖率核算（展开图）
2）近景尺度
近景尺度针对幕墙渐变层次进行了细化分区。依次形成：菱形图案由虚变实——实心菱形变方——条形缝隙变窄——等距条形四个层次，同时反复比较和确认各层渐变高度及渐变图案数量，以保证近人尺度的匀质渐变效果。
渐变层次控制
近景尺度的另一个层次是对图案密度的控制。在1.2m左右的幕墙划分宽度尺寸下，较小的单元图案会呈现出较为致密的渐变效果。单元尺度放大时，则整体呈现舒展的渐变感。方案优化后，我们最终放弃了60mm的单元尺寸而选择以 120mm为基础彩釉图案单元实行图案设计。
图案密度控制
3）近人尺度
我们针对视线所及范围内的菱形图案进行了进一步的细化设计，形成丰富的近人尺度图案渐变。当我们凑近幕墙的时候，能进一步阅读到彩釉的图案细节。深化过程针对渐变图案细节进行了反复的调整和1:1打样核对，确保效果的真实性。
图案细节丰富度
4）观察尺度
打印精度
当对单个图案再一步进行放大观察时，能看到菱形图案上精致细小的细节。此层级的设计涉及图案精度的考量，通过与彩釉打印厂家的协调沟通，我们最后将图案精度极限设置成打印所能实现的最细尺寸（1mm）。在保证效果可实现的基础上，将单一菱形单元进一步分化成多层次的菱形阵列渐变，同时对渐变处进行交接设计处理，保证观察尺度下图形变化的匀质性。
这种观察尺度下的细腻变化使这座小巧的建筑散发出了令人感动的细节之美。
渐变交接处理
图案对位
图案对位即彩釉图案与幕墙模块之间的对位关系，看似简单却并不容易。在纵向对位的维度上，起初我们的设计是结合上方彩釉图案，把图案分缝尺度控制在和幕墙分缝等宽的尺寸，这样就可以将幕墙的分缝完全隐藏于图案间隙，消隐幕墙分缝。
菱形图案片区纵向对位
然而后期我们进行了对位关系的调整，将菱形中心放在了幕墙分缝交接处，结合相似的菱形夹件设计，实现菱形图案片区点式幕墙夹件和彩釉图案的完全对位。最大限度的减少夹件对彩釉图案肌理的影响。
菱形图案片区纵向对位
图案的对位还牵扯到横向维度，即横向需保证每个图案刚好都能卡在夹件的点位。此项控制通过调整斜率和图案纵向尺度实现，我们以基础图案单元对斜率进行设计，使得刚好在每一个交界处时，图案对准交界中心、与夹件重叠，实现完全的图案对位。
而在纯条形的片区，我们依旧按照初始方针，将纵向分缝隐藏在图案分缝里，消隐幕墙分缝。
菱形图案片区横向对位
构件协调
精细化设计中对幕墙的加建进行了定制化设计，以有凹凸的菱形夹件设计呼应彩釉渐变肌理，实现和图案的协调统一。同时在配色上，我们在有彩釉的部分采用白色色夹件，在无彩釉的透明玻璃区域使用黑色夹件，提升幕墙整体性的同时，增加立面不同区域的对比效果。略带遗憾的是，设计时我们希望幕墙卡件都能设计为沉头，但由于其特殊的形状，玻璃加工起来难度极大而被放弃。
夹具填色
03
曲面彩釉幕墙的新问题
当彩釉印刷到曲面幕墙时，会产生新的问题。需要进行进一步的图案核对、色差处理，和图案适配。
图案核对
1）图案在曲面幕墙上的形变核对
彩釉打印在复合多曲的幕墙上时，会产生整体形变。在深化设计中，我们先将多曲玻璃拍平为平面玻璃进行附图，再校核图案对应到多曲玻璃上所产生的形变效果是否理想可控。
2）曲面彩釉图案展平对位核对
由于曲面玻璃的制作原理是在打印好彩釉图案的平面玻璃基础上进行弯折，当确认图案效果无误后，我们便可以把曲面玻璃上图案进行反向展开，处理成平面展开模式，适应玻璃制作工序。这个过程我们也经历了反复的核对，确保每一条相邻玻璃边界的图案能够实现完全精准对位，将误差控制到0mm。
色差处理
彩釉打印过程中还需要考虑的是色差问题。在设计之初出于对造价的考虑，希望在平板玻璃上采用丝网印刷，在曲面玻璃上运用数码打印。但不同的打印方式在不同玻璃上会造成很大的色差，哪怕同为白色。最后我们还是从大效果考虑，统一用数码打印的方式来保证整体彩釉打印料质一致，胶片一致，工艺相同，以此尽可能减少图案在不同玻璃上的色差。虽然最后还是会因为玻璃不同有微小色差，但已是很难辨识了。
打印方式
图案适配
彩釉图案在不同类型的多曲玻璃上打印面同样不同。对于室外面内凹和室外面外凸的玻璃，彩釉会分别打印在第三玻璃面和第二玻璃面上。同时由于曲面双层玻璃的内外面并不等大，图案也会针对打印面进行相应的尺寸缩放，在厂家单位及幕墙深化顾问的协调下，依据内外玻璃尺寸系数进行图案校对和控制。
04
流程与挑战
以上便是我们对整个幕墙的层层拆解，在整个精细化设计的过程中，通过对每一个细节尽可能的死磕，来实现昆虫博物馆轻盈流动的形态。虽然是个小体量的建筑，却需要在面对多曲面幕墙、复杂彩釉幕墙相关难题的同时，解决两者结合所带来的材料差异、工艺差异、厂家差异等。
针对这样一个挑战，我们需要实现成本和效果的双料平衡，让自己的初心效果能被有限的成本实现，不致因达到完美的成本控制而使预期效果简化降级。
最后也想谈一下本项目的设计流程。在传统的工作流程中，设计师将图纸完成后移交施工单位，再移交幕墙设计单位，最后交给施工方，形成层层递进渐次深化的工作流程，后期设计单位对项目的干预控制较为有限。
但在本项目中，设计方与施工图单位、幕墙设计单位、彩釉单位，以及平板玻璃厂家、曲面玻璃厂家、厂家设计顾问，在整个精细化设计过程中互相协调、共同讨论，来保证我们每一个步骤的精确性。最终使得所有的彩釉都能被精准打印到幕墙上，所有幕墙单元能被精准安装到建筑上，达成共同期望的理想效果。
05
结语
全身心的投入，
全方位的拆解，
全专业的协调，
全流程的投入。
是我们对于整个项目的态度。
昆虫博物馆不止是博物馆，在满足高品质的展陈需求之外，设计构建了一个集展览、教育、社交和自然体验为一体的公共平台。在这里，人们看展、漫步、学习、体验、分享、休憩、拍照……博物馆的属性向多重语义的城市蔓延。建筑不只是一个静止的物体，而是城市语境下由人的多样性行为所引导的动态空间，这也赋予了博物馆未来更多的可能。而我们对幕墙的精细化研究，在功能的基础上，给予了这座建筑鲜活具象的灵魂，温暖灵动的生命力。
欢迎各位朋友到宁波的鄞州公园里，打卡这座精巧的小博物馆。
项目概况
项目名称：宁波周尧昆虫博物馆迁建工程
项目业主：宁波市鄞州区城市建设投资发展有限公司
项目位置：宁波鄞州公园
项目功能：文化建筑
设计时间：2018-2021年
用地面积：3,169平方米
建筑面积：2,986平方米
建筑设计：上海秉仁建筑师事务所 · 席地建筑工作室
总建筑师：马庆禕
设计团队：徐震鹏、赵颖、黄紫璇、郭雯瑜、周亚英、姜晟、林采轩、徐荣耀
项目摄影：存在建筑
施工图设计：宁波市城建设计研究院
幕墙设计：浙江大学建筑设计研究院有限公司
展陈设计：上海风雨筑文化科技股份有限公司