科学网—民用建筑幕墙安全检测和管理需引起重视
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2024-7-4 09:42
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上海中心外立面幕墙及施工
2023 年度国家科学技术奖近日在北京颁发，由上海建工集团股份有限公司牵头完成的“上海中心大厦工程关键技术”项目获国家科技进步二等奖。除了“中国第一”的高度外，该项目另一项有目共睹的成就是：在它形如芭蕾舞演员旋转的“裙摆”上安装的14万平方米柔性曲面玻璃幕墙。这2万多块、约76种不同类型的玻璃幕墙以不超过1.5毫米的施工精度误差严丝合缝地悬挂于建筑外立面，与其支撑结构和主体刚性结构协同工作，克服了上下跨度大、支撑幕墙的钢环梁构建超长等难题，满足了在台风、地震、高低温、幕墙玻璃板块自重荷载等各种环境因素影响下对变形及结构安全的有效控制，如一件玻璃制成的霓裳羽衣，使耸入天际的钢筋混凝土结构以柔美、灵动的外观散发轻盈、现代的艺术气息。
这一被誉为“世界顶级幕墙”的工程背后，有一位低调的沪上工匠功不可没，他就是曾参与完成上海中心大厦等几十座超高层、超复杂地标建筑的设计与研发，并获得中国建筑装饰行业“科技人才奖”、“全国建筑幕墙优秀设计师”、华夏建设科学技术奖一等奖等荣誉的我国幕墙行业创新领跑者、资深幕墙专家——上海建工装饰集团幕墙工程公司总工程师牟永来。
在已经与建筑幕墙打了30年交道的牟永来眼中，幕墙学科是包含了材料科学、结构工程、加工制造、环境科学等多专业的综合性交叉学科。设计和功能独特的幕墙不仅是一种建筑维护结构，更是现代城市的装饰、现代化建筑的象征。但随着近期申城梅雨季的风雨来袭，以及夏季台风天的临近，曾经造成人车损伤事故的高层建筑幕墙安全隐患又陆续暴露，引发了人们对于其技术可靠性的关注。带着了解相关现状和寻求解决之道的心愿，记者近日专访了牟永来高工，请他介绍申城建筑幕墙的概况、当下应聚焦的防灾重点及幕墙技术的发展趋势。
最值得担忧的是2010年到2020年间安装的幕墙
牟永来向记者介绍，建筑幕墙最早始于20世纪20年代，至今已有近百年历史。中国建筑幕墙行业自1983年起步，从引进模仿到自主创新，经历了40年的发展历程，设计施工和建造技术不断取得创新突破，我国已成为全球幕墙技术创新的前沿阵地，也是世界第一大幕墙生产国和使用国，年幕墙生产量占世界幕墙总产量的80%以上。
截至2023年，上海既有建筑幕墙存量约13200栋，其中有2300栋左右建于30年前，当时还没有关于幕墙质量的规范要求。自2015年起，上海开始组织幕墙结构安全评审，是国内最早开展这项评审的地区，相关要求也是最高、最细的，因此，上海的幕墙品质普遍维护得不错。虽然幕墙的设计使用年限只有25年，而且有些建筑的幕墙在使用超过25年后，确实开始出现一些局部的小问题，牟永来认为，眼下还不必太焦虑。他解释说，比如幕墙玻璃，即使自爆，一般发生在幕墙建成的3年内——由环境的冷热交替、应力变化而造成；如果那段时间内没有发生爆裂，之后除非发生人为碰撞或极端天气挤压等情况，幕墙玻璃才可能爆裂。幕墙结构发生老化则需要达到一定的年限。铝合金型材、钢制转接件等幕墙主要受力构件设计使用年限为50年，只要是按规范建成的幕墙，在使用年限内一般都是安全的。常见的如局部表皮开裂、漏水等问题，只要养护到位，都在安全可控范围内。
在他看来，质量上最值得担忧的恰恰是从2010年到2020年间我国建设大发展中期安装的幕墙。因为当时在技术相对成熟、工程项目数量庞大的情况下，很多不规范的幕墙企业也有机会参与项目。“那10年间做的幕墙，包括今天一些 承包商在无底线优化情况下完成的幕墙， 安全可能是存在问题的。”牟永来希望中国幕墙领域的 资金、技术和监管这三者尽快结合起来，共同保障幕墙的安全。另外， 定期的检测及在此基础上形成准确的判断尤为重要。
民用建筑幕墙安全检测和管理目前仍缺失
牟永来告诉记者，目前有多种方法可以检查幕墙的实时状态。检查人员可使用无人机对建筑幕墙进行扫描检测，形成1：1的建筑模型，发现并记录幕墙上产生了裂纹的部位，根据问题的严重等级程度进行记录整理。针对问题部位，工作人员会到问题现场进行复查，一些被怀疑有问题但不便打开检查的幕墙部位，检测人员会通过内窥镜观察其内部，并根据问题的严重程度决定是否需要进一步对之进行拆开检查。此外，超声波无损检测可根据敲击材质产生的振动波，判断是否需要更换幕墙构件。
上海市现在每年由市住建委和上海市装饰装修行业协会幕墙委员会联动上海建科院、上海建工装饰等专业公司，统一对本市公共建筑的幕墙开展定期检查，对检查不合格的提出整改意见。“但民用建筑外墙的安全检测和管理目前还是缺失的，存在较大隐患，这方面特别需要加强呼吁。”牟永来指出，尤其是近10年内建的那些贴了保温层、保温层外面又贴了砖或刷了涂料的建筑外墙，风险是最大的。因为保温层和墙体之间没有可靠连接，一旦整张沉重的幕墙掉下来砸到人，后果不堪设想。而外墙保温结构如果没有人定期维护，一般5年到10年内出问题的概率非常大。此外，一些建于10到15年前的建筑，外墙基本都贴了砖，这些砖到了一定的年限必然会脱落，也很容易造成危害。
未来将出现更多绿色低碳、智能化、定制化幕墙
近20年来，随着科技进步和数字化应用水平的不断提高，特异型建筑不断应运而生，牟永来所在的上海建工装饰集团也参与了多项特异型建筑的建造，包括作为国内首个国际标准马术馆的上海国际马术中心和嘉兴未来城市广场等。其中，上海国际马术中心幕墙创造了多项行业第一。在由崇尚自然、风格自由的MAD建筑事务所设计的嘉兴南湖未来广场幕墙工程中，建筑师希望通过50多万片白色陶瓦叠拼、围合成的曲面，将3个场馆以“手拉手”的形式连接在一起。如何用50万片陶瓦叠拼出顺滑的曲面效果，成为幕墙设计团队要化解的第一道难题。同时，由于该项目中的幕墙均为复杂异形曲面，在设计和施工过程中如何协调好建筑造型、构造设计、结构偏差、材料工艺，以及所有交接系统的安装精度，也成为了考验团队设计数字化能力、施工智能化水平的一道关卡。为此，幕墙设计团队创新研发了国内首个复杂异形陶瓦屋面智能建造技术系统，将原来50多万块瓦均需要现场调整的复杂构造，调整为极简的表皮蒙皮成型系统，建筑效果自然天成。
凭借在上海国际马术中心和嘉兴未来城市广场项目上专业的表现，牟永来又被建筑师推荐，带队参与了坐落于浙江安吉的两山文化艺术中心。在这个计划未来被作为安吉城市客厅的项目中，各个场馆自然散落在青绿茶田和“竹叶”屋顶之下，巧妙的竹叶形屋顶设计在满足功能的同时，与茶山景观融为一体，真正体现了“绿水青山就是金山银山”的文化内涵。
“这个房子人视的高度很低，将来游客、市民都能看见它的各个角落，因此处处是需要高标准完成的细节。”牟永来向记者描述，为了避免对茶树产生影响，两山文化艺术中心建筑要求里面的水需要通过铝板的缝隙集中排到蓄水池，藏在幕墙结构里起到引流作用的内排水结构全部采用了数字化设计；钢结构的“叶片”悬挑最大的跨度有十几米，风大的时候它会变形得很厉害，全靠下方的钢结构条支撑。如何确保跨度这么大的悬挑在大风振动下安全、不漏水，以及如何使钢结构在大风中能保持“叶片”的缝隙不被撕裂、能伸能缩，这些都是他和团队正思考解决的新难题。
牟永来相信，随着设计创新和幕墙材料、品质的革新，未来将会有更多绿色低碳、智能化和工业定制化的精致幕墙产品出现在人们的生活中，在扮靓城市的同时，也带给大家更多的生活便利和舒适。
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