摘要：國內建筑幕墻以1983年興建的長城飯店為標志，經30多年的發(fā)展，從沒有國家和行業(yè)標準，經歷行業(yè)標準制定、實驗研究和實踐應用，已與國際幕墻技術接軌，并進入廣泛應用新技術、新材料和新工藝的智能信息化、綠色環(huán)保化、工廠裝配化個性發(fā)展階段。本文回顧國內幕墻發(fā)展歷程，反思實現(xiàn)幕墻理念、方法，試圖揭示從構造設計作為重點的初級發(fā)展狀態(tài)逐步走向“數(shù)字虛擬-實物同步化”管理實施階段的必然趨勢，探討全面提升幕墻品質的可能思路。
一、前言
建筑幕墻作為建筑之子系統(tǒng)，其發(fā)展與建筑市場的整體發(fā)展是分不開的。
在西方，以英國倫敦“水晶宮”幕墻為代表，鋼和玻璃為主要構件的幕墻誕生后，隨著興建現(xiàn)代主義意義上的高層建筑，玻璃幕墻以較輕的自重、采光面積大和利于提升美觀等優(yōu)勢，廣泛應用于外墻。而且構件也從早期的玻璃和鋼為主，走向了多樣化創(chuàng)新道路。材料應用方面，從簡單幾種材料向金屬、非金屬和其復合材料方向發(fā)展;技術體系方面，從標準化框架體系走向裝配化(單元化)和多層化方向發(fā)展;制造安裝工藝方面，向數(shù)字化加工和機械化安裝方向發(fā)展;最近Zaha Hadid Architects建筑設計為代表的非線性建筑及肌理幕墻則表明了幕墻的個性化更加深入了。數(shù)字化、智能和節(jié)能技術為新的多樣化創(chuàng)新提供了強有力的工具，滿足了人們豐富的功能和審美要求，同時為其提供了廣泛的實踐土壤。例如，非線性和個性化肌理元素為建筑設計、建造和營運過程中創(chuàng)造的新感受，一定在多樣化的建筑實踐中，為建筑提供更多復合而彈性使用機會而成為實現(xiàn)建筑幕墻個性化的手段之一。
建筑幕墻隨著互聯(lián)網(wǎng)基礎設施的完善特別是5G技術的應用和普及、智能控制電子產品成本的下降、建筑人性化需要和環(huán)保要求的升級，幕墻必然向智能信息化、綠色環(huán)�；�、裝配化方向發(fā)展。而且幕墻作為建筑子系統(tǒng)，在滿足建筑量身定制設計的過程中“個性化”既是必然，又是其永恒審美和商業(yè)價值所在。因為業(yè)主表達自我個性與商業(yè)利益追求、建筑設計師表達自我獨創(chuàng)藝術造詣的理想和城市管理需要等多重動力互動是其永恒的主題，建筑設計一定在個性化道路上進一步分化發(fā)展。
建筑幕墻國內發(fā)展經歷了以下幾個階段。
第一階段，1995年之前。相對單一玻璃幕墻品種用于建筑外立面，并以最早發(fā)布的四項重要的建筑幕墻性能分級國家標準為標志，開始建立國家和行業(yè)標準體系。這四項標準是《建筑幕墻物理性能分級》(GB/T 15225-94);《建筑幕墻空氣滲透性能檢測方法》(GB/T 15226-94);《建筑幕墻風壓變形性能檢測方法》(GB/T 15227-94);《建筑幕墻雨水滲漏性能檢測方法》(GB/T 15226-94);以上四個標準，1995年8月1日執(zhí)行，使我國的幕墻行業(yè)迅速走上了快速、健康的發(fā)展之路。
第二階段，1995-2001年。屬行業(yè)穩(wěn)固發(fā)展期，此階段幕墻品種多樣化，并相關標準形成體系。其代表性的標準為，《玻璃幕墻工程技術規(guī)范》(JGJ l02—96)、《建筑幕墻》(JG 3035—1996)和《金屬與石材幕墻工程技術規(guī)范》(JGJ 133-2001)。
第三階段，2001-2008年。完善標準體系和行政管理體系，幕墻普遍應用于國內高端建筑立面，并國內幕墻企業(yè)走向國際市場階段。參與和完成了一些世界各地區(qū)標志性建筑幕墻。
第四階段，2008年到現(xiàn)在。幕墻多樣化、智能化和綠色環(huán)�；l(fā)展，逐步推動參數(shù)化設計，并廣泛參與國際市場競爭。同時幕墻設計制作和安裝進入數(shù)字化實施和發(fā)展階段。
二、幕墻技術演化
1、幕墻構造系統(tǒng)演化。
建筑幕墻結構設計、功能和性能設計與建筑整體功能和美學相結合，是幕墻發(fā)展主線。
框架幕墻和單元幕墻代表了幕墻主要兩種構造體系，市場上始終處于共存態(tài)勢。
典型框架幕墻體系及施工工藝典型單元幕墻體系及施工工藝
國內幕墻發(fā)展早期階段，由于幕墻構造系統(tǒng)還沒有標準化和系列化，其構造設計成為系統(tǒng)設計的技術重點之一。
哈爾濱融府大廈幕墻及其構造原理：1994年完成。
采用全隱形式，定位安裝、定距壓板壓緊構造。此時幕墻構造設計未標準化，所采用構造方案多樣而隨意，所以可靠規(guī)范和經濟合理的構造設計顯得尤為重要，成了幕墻設計工作中的主要矛盾之一。當時由于國內幕墻沒有行業(yè)標準，參照了日本JS系列標準進行設計。后來該構造形式成為了在構件式幕墻領域被廣泛使用的經典構造。甚至成了固定玻璃以外鋁板等其它材質面板的常用連接方式。該隱框幕墻已經歷25年，依然在正常運行。
北京中紡大廈：采用橫鎖式單元式幕墻，1998年完工。
單元幕墻按構造，主要分為三種形式。對碰式獨立單元和采用橫鎖或橫滑式的互相插接單元。北京中紡大廈采用了橫鎖式單元幕墻，其優(yōu)點是防水性和氣密性優(yōu)良，雖然平面內變位吸收能力比橫滑單元略低一些，但也能達到建筑平面內變位L/150 以上的要求。所以橫鎖單元幕墻完全滿足鋼結構主體在內的各種結構建筑對其幕墻的抗震和平面內變位性能要求。由于橫鎖單元幕墻構造設計、加工復雜性和施工精度要求相對較高，實際工程中應用相對很少。相比之下，在國內建筑幕墻市場上橫滑單元幕墻應用比較普遍。至于獨立式單元幕墻，由于其水密性能對施工缺陷敏感，施工誤差吸收能力也較弱，在國內實際工程中應用極少，在歐洲市場上應用比較普遍。
上海震旦大廈：采用橫滑式單元幕墻，2003年完工。
該橫滑單元幕墻橫豎龍骨采用雙腔式設計，形成等壓原理防水體系，進入前腔的少量水和進入后腔的極少量水可通過設在下一層單元前端的披水板(見圖中不銹鋼披水板)排出幕墻外面。該工程幕墻實現(xiàn)了一級高水密性，同時首次創(chuàng)造性地把LED顯示模塊與單元幕墻構造進行集成設計。大樓正面15層樓采用LED顯示鑲嵌模塊，每個單元采用襯有金色鏡面不銹鋼板的四條長條顯示模塊，實現(xiàn)立面效果的統(tǒng)一(如下圖)。
雙層幕墻。
建筑幕墻系統(tǒng)演化的又一個領域是，為提升使用者舒適度和體現(xiàn)節(jié)能環(huán)保理念的雙層幕墻技術。建筑對幕墻所具備的功能和性能指標要求多，例如合理通風、主動采光、有效隔聲、隔熱保溫、遮陽等。雙層幕墻借其多層構造和對其靈活組合，可以實現(xiàn)良好的使用功能和性能。所以雙層幕墻或采用雙層幕墻設計理念的多層肌理幕墻，在建筑幕墻領域得到了廣泛而多樣化的應用。
從節(jié)能設計原則來看，建筑外皮遮陽裝置越靠室外一側設置，越有利于節(jié)能。雙層幕墻利用這樣設計理念進行設計提高幕墻性能，這就是產生雙層幕墻動機。從而雙層幕墻，熱工性能優(yōu)越、隔音性能高、減少內層幕墻風荷載、提高人體舒適度
北京旺座大廈：2002年施工，國內第一座大型外丹麥RAMBGLL 雙層幕墻(2012年)
循環(huán)雙層幕墻項目，采用箱體式雙層幕墻(左及上圖)。
上海地區(qū)根據(jù)當?shù)貧夂驐l件，也完成了一批針對性設計的雙層幕墻，達到舒適和節(jié)能目的。以下為外循環(huán)呼吸箱體單元雙層幕墻的例子：上海星展銀行。
上海越洋廣場，根據(jù)辦公樓主要運行于白天而夜間處于低負荷運行特點，與本建筑HVAC(暖通空調)設計結合，采用低成本內循環(huán)雙層幕墻，達到節(jié)能及舒適目的。
雙層幕墻采用多層結構，維護和清理構件及腔體成本較高，特別是對人工成本很高的歐洲市場來說更是如此。針對這種情況，研發(fā)“免維護雙層幕墻”，能適應市場需要。以下為該免維護雙層幕墻系統(tǒng)原理和試驗數(shù)據(jù)。密閉充氣免維護雙層幕墻系統(tǒng)特點：
通過向腔體填充清潔、干燥空氣，使其保持腔體內氣壓值略高于室外氣壓值，實現(xiàn)良好的保溫、隔熱、隔聲、自潔狀態(tài)。從而保持不結露、不積塵，達到免維護的目的。
2、力學分析技術對提高幕墻性價比的貢獻
根據(jù)建筑幕墻實際情況，通過針對性設計幕墻受力體系，優(yōu)化幕墻材料單位含量，可達到物盡其用的目的。通過優(yōu)化構件受力模型，可以做到“向結構設計要合理性和經濟效益”目的，此舉是降低成本和確保設計安全的重要措施。
以決定幕墻抗風壓性能的關鍵部件豎龍骨構件設計為例，認真選擇連接方式及受力模型，條件允許的情況下，采用多跨靜定梁等優(yōu)于傳統(tǒng)簡支梁受力模型。例如，當懸挑長度為1/12，時可節(jié)省豎龍骨材料為20%左右。
中國電信大樓(1998年)，采用多跨靜定梁受力模型，為提高幕墻性價比提供了一條可選力學解決方案。由于施工結束前，體系并不穩(wěn)定，所以采取了臨時輔助支撐進行施工。
3、幕墻智能集成技術
幕墻智能化是幕墻及建筑產業(yè)升級轉型的必然趨勢。隨著建筑產業(yè)工業(yè)化、幕墻的個性化和工業(yè)4.0的實施，幕墻“小批量定制”成為設計、生產、服務的普遍形式。
阿布扎比ADIC大廈是智能控制幕墻典范。整個幕墻共采用2098個遮陽傘，高度4.2m，寬度4.36~5.82m，每個傘由1188個部件組成的尺寸個性化單元，活動構件采用整體鑄造不銹鋼，滿足了該建筑抗疲勞設計要求。阿布扎比常年氣溫攝氏38度以上，通過智能化遮陽傘隨太陽的方向自動開合，吸收太陽能50%以上，每年減少碳排放750噸以上。
其控制系統(tǒng)是，從信息采集到執(zhí)行指令傳動機構的全過程控制系統(tǒng)。它涉及到氣候、溫度、濕度、空氣新鮮度、照度的測量，取暖、通風空調遮陽等機構運行狀態(tài)信息采集及控制，電力系統(tǒng)的配置及控制，樓宇計算機控制等多方面因素。
幕墻所采用的系統(tǒng)性新技術很多，以上只介紹了具有代表性的構造體系、力學模型選擇和智能集成技術。除此之外，還有環(huán)保集成、多功能集成和多材料集成技術。歸根結底，這些技術將走向工廠集成裝配化方向發(fā)展。
三、新材料應用
1、隔熱、熱斷線材及高性能玻璃
提高幕墻的保溫、隔熱性能，可以通過提高組成幕墻的玻璃等面板、型材、保溫材料和玻璃與框之間襯墊材料構件的相關熱阻，例如單玻璃改為中空玻璃、中空玻璃改用雙中空或多層化、采用高性能多銀Low-E膜，或幕墻體系采用多層組合構造，例如采用雙層幕墻、外設遮陽百葉等，或采用能動態(tài)控制，例如電致變玻璃構件、智能控制遮陽百葉等。無論采用哪種策略，其龍骨斷熱方式、面板熱特性和保溫材料選擇決定其熱工性能。
隔熱型材構件的主要類型及選擇策略
幕墻龍骨斷熱，可采用長度可任意選的穿條式斷熱條、高強度注膠式斷熱條和低成本斷熱墊片，適應不同的強度和熱工要求。
俄羅斯聯(lián)邦大廈(2008年)，采用高性能斷熱框和中空玻璃。
高性能節(jié)能玻璃和“復合玻璃”
對幕墻影響最大的大工業(yè)化產品屬于玻璃。一方面，其在建筑立面上所采用的面積比例高，其它材料無以替代。另一方面，高性能玻璃產品的工業(yè)化程度很高，適合批量采用。所以，建筑幕墻材料領域，玻璃性能既提高得快，又對幕墻熱工性能影響大。
Low-E玻璃是運用最為廣泛而成熟的方案。Low-E玻璃作為大工業(yè)化成熟的高性能材料，建筑幕墻是其應用最為成功的領域。
2、產生能量的材料
新型“復合玻璃”，實現(xiàn)了動態(tài)主動調整玻璃“遮陽系數(shù)”等性能，同時具有相應的發(fā)電功能等優(yōu)勢。這種主動調節(jié)性能玻璃產品為適應各種氣候條件和提高幕墻門窗節(jié)能性能方面，創(chuàng)造了條件。
BIPV光伏一體化建筑案例：沈陽皇城恒隆廣場，采用2000㎡遮陽百葉以單晶硅為光伏發(fā)電板，光伏系統(tǒng)總裝機容量145.2千瓦，年平均發(fā)電量約28萬度。
3、傳統(tǒng)材料創(chuàng)新使用及其它多種新型材料
深圳平安金融中心塔樓幕墻工程1/3的表面用布紋不銹鋼板。該工程標準巨型柱采用全覆面，且不銹鋼面材收邊、折角多。
隨著建筑設計個性化發(fā)展，對材料多樣化及新材料應用產生了拉動效應。從而出現(xiàn)，對傳統(tǒng)材料的創(chuàng)新應用(例如，花樣石材或圖案鋁板等)、用新工藝制造具有傳統(tǒng)材料外觀特性的低成本材料(例如，仿石仿磚仿瓷鋁板)、批量使用過去作為點綴應用的材料(例如，不銹鋼或鈦合金板)、復合材料(例如，鋁復合板、復合玻璃、蜂窩石材、復合不銹鋼等復合材料)和新型人造材料(例如，混凝土掛板、GRC板、ETFE膜、PTFE膜等)，豐富了建筑立面效果的同時，為提升幕墻性能和功能創(chuàng)造了條件。
四、新工藝應用
1、防水、排水工藝創(chuàng)新：抗雨水滲漏性能
幕墻通過借助“等壓”原理，在很短的時間(通常小于0.5 秒)使外側風壓與幕墻結構腔體內壓力達到平衡，再外側設“雨幕”，實現(xiàn)主動防水。但這成熟原理在實際工程應用過程中由于“室內側漏氣”或排水無效導致漏水。
斜幕墻的防水難點在于，重力作用下大量流淌于幕墻表面的雨水通過細小的孔進入幕墻結構內部，并源源不斷積累。針對斜面幕墻防水難題，除了關注單元交界處通過“等壓原理”防水以外，可采用“過程中分流”策略。實踐證明這種策略既有效、又經濟。
2、實現(xiàn)各種幕墻肌理工藝方法
蘇州科技文化藝術中心為例，該項目立面圖案幕墻采用雙層構造，外層采用模塊化雙層鋁板，采用了裝配化高效加工安裝工藝。
圖案由模塊化雙層鋁板，由機械切割單層鋁板后組合焊接而成(平板或彎弧格板)。
起初，肌理幕墻普遍采用雙層體系，借外層材料表現(xiàn)建筑肌理效果。由于其表現(xiàn)力強、加工組裝和施工工藝相對簡單，應用動力比較足，但由于成本相對高一些，實際工程實踐中其應用受阻。隨著加工組裝工藝水平的提高，開始采用工藝難度和集成程度更高但性價比更高的單層肌理幕墻。這種單層肌理幕墻比例，在建筑市場上處于上升趨勢。
以上幕墻肌理代表了建筑立面常用的肌理類型。除此之外，市場上也偶用弧線或非線性單層肌理幕墻。該幕墻的設計要點是，空間角加工的龍骨借插芯進行連接，再覆異型面板。
3、幕墻微通風設計工藝
現(xiàn)代建筑的新風獲取已經向多元化方向發(fā)展，能夠降低建筑能耗，使建筑內部的人工環(huán)境與自然環(huán)境達到動態(tài)的平衡。通過線性通風器等提供背景通風的技術成為幕墻在這一功能上發(fā)揮重要作用的一大利器。
幕墻微通風產品可集成PM2.5過濾裝置，根據(jù)不同的需求，確定過濾等級。幕墻微通風系統(tǒng)也可集成智能控制系統(tǒng)。
微通風案例：上海太平金融大廈
4、幕墻實現(xiàn)高性能隔聲工藝
隔聲幕墻通過提高構件質量、減少縫隙和調整構件聲學頻率特性，達到高性能隔聲幕墻。一般中空玻璃幕墻隔聲量能達到32--36dB，能滿足辦公要求。但有些建筑處于特殊噪音環(huán)境或建筑本身有特殊的低噪聲室內環(huán)境要求，此時要進行針對性工藝設計。例如，飛機跑道不遠的辦公樓、播音靜音室等。香港機場辦公樓幕墻是2012年完成的隔聲隔聲量要求55dB的幕墻，采用填充縫隙(單元插接縫隙采用保溫棉進行填充)雙層幕墻(內層為10mm+10mm夾膠玻璃)，才得以滿足如此高的要求。
香港機場辦公樓隔聲幕墻設計及足尺實測
5、高抗震技術
建筑幕墻平面內變形性能，考察幕墻在建筑主體層間水平方向反復變位(地震、風和溫度作用，其中地震作用為主導)時的適應能力。建筑幕墻平面內變形性能檢測方法為GB/T18250《幕墻平面內變形性能檢測方法》進行檢測。橫鎖式單元式幕墻和框架幕墻，主要通過構件間本地轉動和變成平行四邊形來適應主體結構的層間變位。橫滑式單元式幕墻，
主要通過橫向錯位滑動、平行四邊形變形和原地轉動或由其組合來適應層間變位要求。
6、裝飾構件及懸臂構件設計
裝飾條所受側風壓對幕墻龍骨來說產生附加彎矩，故結構計算應給于充分考慮。廈門莫蘭蒂臺風破壞經驗也指向以上分析的重要性。JGJ102標準有相應規(guī)定：外露于玻璃幕墻墻面的裝飾性構件、遮陽構件應與幕墻結構或主體結構可靠連接。目前建筑幕墻外附設裝飾性構件、遮陽裝置越來越多，問題也比較集中，所以這些構件與主體結構或幕墻龍骨相連接，以確保其安全性。
幕墻裝飾翼設計要考慮，抗污染、安全性(風荷載大，裝飾翼連接要考慮正向、側向應力疊加值)和集成設計(LED等)。
玻璃裝飾翼材料選擇，玻璃作為結構構件做法越來越多,此時可用采用SGP離子鍵高強度膠片的多層夾膠玻璃。
7、玻璃冷彎工藝
曲面擬合處理工藝：臺階式、彎弧、折線擬合、采用三角形等。
建筑立面采用曲面形式，賦予建筑新的審美情趣和相應功能。實現(xiàn)曲面立面一般采用折線擬合、曲面組合和三角形構件擬合等方式。但這些手段要么使建筑立面不夠光滑，要么成本過高。例如，曲面玻璃幕墻面板要采用熱彎玻璃，除了受玻璃鍍膜品種限制以外，要承擔很高的制造成本。所以需要適合用于批量生產的低成本曲面幕墻工藝---冷彎玻璃技術。冷彎玻璃技術的優(yōu)點是成本低且實施方便靈活，但增加自爆率和增加影像失真的風險。為此需要進行足尺模擬檢測，特別是彎曲度超過短邊1/60時，進行中空玻璃密閉性和應力附加量試驗，以確認其可實施安全性。
隨著數(shù)字化技術發(fā)展，后現(xiàn)代主義試圖滿足人們新的自然元素審美等多樣化需求，兼顧功能與空間、外觀更個性化要求。
大家對BIM平臺技術不陌生，在此不贅述。要完成類似以上異型建筑幕墻，若不采取設計參數(shù)化、管理實物-虛擬同步化互動、現(xiàn)場施工機械化措施，難于按時完成高品質幕墻工程。所以，BIM平臺技術，特別是實物-虛擬同步化互動管理技術將是幕墻行業(yè)升級的有效手段。
五、總結
1、國內建筑幕墻經歷30多年的發(fā)展，已建立起了國家行業(yè)標準體系，并完成了巨量工程實踐，同時與建筑設計一體化程度大幅提升，但其性能和品質提高空間依然很大。
建筑與幕墻作為建筑子系統(tǒng)，需要與建筑整體設計協(xié)調、被包容和集成設計。例如，索網(wǎng)幕墻設計要考慮結構邊界剛度和埋件處局部連接處理;LED照明，要考慮布線路徑及其空間設置;擦窗機要設置軌道和銷座等等;
盡管目前幕墻技術有了長足的進步，但由于對幕墻設計原理理解不深或細節(jié)工藝處理不到位，時有發(fā)生不能滿足幕墻基本性能要求的情況。例如，等壓原理防水、雨幕控水，是防滲漏設計中的有效手段。但往往氣密性不達標而功虧一簣，反過來還影響幕墻壽命和安全。
2、 國內幕墻發(fā)展早期產品沒有形成體系，構造設計顯得極為重要，但現(xiàn)在幕墻系統(tǒng)集成設計和其高效實施顯得更為重要，接下來“設計參數(shù)化、管理實物-虛擬同步化、現(xiàn)場施工機械化”是提高幕墻品質必由之路。
幕墻行業(yè)存在如黃圻副秘書長一陣見血地指出的“門窗幕墻行業(yè)優(yōu)質產品市場占有率低，傳統(tǒng)制造水平低，房產商優(yōu)先追求利潤，行政管理力度不足。。。。”的問題，同時也處于董紅主任所提出的“新建的工程高端化，既有建筑改造化，家裝市場的定制化，已成為當今房產行業(yè)的主流趨勢”等可喜變化態(tài)勢。但要系統(tǒng)性提高幕墻產品品質，需要做到：“設計參數(shù)化、管理實物-虛擬同步化、現(xiàn)場施工機械化”，以實現(xiàn)幕墻實施過程可控且品質優(yōu)良。
3、國內幕墻企業(yè)走向國際市場后，完成了一批國際水準的工程，應詳細總結并為國內幕墻實踐提供經驗。
4、針對自然災害頻發(fā)等新的氣候變化趨勢，幕墻安全設計需要針對性考慮。
隨著全球人均資源的下降和污染物排放總量的提高，全球性環(huán)境惡化趨勢在百年尺度上難于逆轉，所以自然災害發(fā)生頻率和強度總體上將處于上升趨勢。這就迫使我們重新審視和研究當下執(zhí)行的建筑及幕墻相關標準和實施措施，并尋求對策。例如，廈門莫蘭蒂臺風破壞經驗告訴我們建筑低區(qū)風壓不一定最小，需要評估分析周圍建筑環(huán)境影響，從而采取相應技術措施。
5、幕墻個性化與新材料、新技術和新工藝使用將是幕墻發(fā)展常態(tài)。
隨著幕墻工程設計個性化比例的提高，越來越多的工程涉及新技術、新材料和新工藝�？v觀幕墻行業(yè)發(fā)展歷史，過去工程技術失敗的案例中，不當應用新材料、新技術和新工藝占比較高。所以，要認真評估其應用條件，做必要的足尺檢測，以實際數(shù)據(jù)確認應用的合理性，確保幕墻品質和安全。
6、幕墻安全維修及節(jié)能改造應給予重視。
國內幕墻經過三十多年的快速發(fā)展，國內幕墻行業(yè)已進入了幕墻巨大現(xiàn)存量與大量新建設共存時期。從而建筑幕墻工程市場將迎來高頻率大規(guī)模維修時期。從實際工程實踐經驗來看，目前幕墻維修量不小、難度很大，特別是涉及幕墻系統(tǒng)性問題時，所以需要認真研究幕墻維修標準在內的相關技術和管理措施。
