幕墙PRO | 三鑫科技：最美图书馆之·上海图书馆东馆

日期：2025-09-15

幕墙PRO

【幕墙PRO】，寓意RPOFESSION（专业）、PROGRESS（进步），是WINDOOR门窗幕墙新产品博览会特别设立的专题板块，每年甄选具有先锋理念、节能特性和创新价值的建筑表皮项目进行分享与展示，推动新设计、新技术与新材料的应用，助力青年幕墙设计师成长，为建筑外立面的创作边界提供更多可能。

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本期分享嘉宾

蔡广剑

深圳市三鑫科技发展有限公司

总工程师

“ 67度斜切面仿石幕墙融于周边环境，犹如‘森林中雕琢的璞玉’,实现建筑遮阳功效。”

▲点击观看现场影像

作为国内单体建筑面积最大的图书馆，上海图书馆东馆以 “森林中悬浮的玉石” 为设计意象，通过层叠旋转的建筑形态模拟翻开的书页，实现了文献存储、科创研究、社科智库及地形研究等多元功能的集成。该项目建筑高度 50 米，幕墙总面积约 6 万平方米。

上海图书馆东馆项目打破传统幕墙 “多系统堆砌” 的设计逻辑，仅通过四大核心系统（大窗幕墙、主楼幕墙、天窗幕墙、裙房幕墙）实现整体包覆，系统简洁性显著提升。然而，不同幕墙系统的材料特性、受力模式存在差异，如何在温度变化、结构沉降等工况下实现变形协调，成为设计阶段需重点攻克的技术难点，需通过精细化的节点构造设计与创新材料应用确保幕墙系统高品质落地。

▲ 项目实景图

AI演生：

大尺寸3D打印压花玻璃

3D 打印压花玻璃的创新应用是实现 “悬浮玉石” 建筑意象的核心材料技术。通过超白压延压花玻璃与高精度 3D 打印工艺的结合，在满足大尺寸、高透光率等性能要求的同时，精准还原了鱼肚白石材的自然纹理。

多维度定制化特征：玻璃按形状划分达 33 种，按表面花纹细分则有 1800 余种，均基于 60 张天然鱼肚白大理石图片，通过 AI 算法进行纹理演生设计。这种无规律排列的花纹组合，既避免了重复感，又通过慢反射效果弱化了传统玻璃的强反光问题，使建筑表皮呈现柔和的玉石质感。

▲ 项目实景图

玻璃平整度超国标12倍：项目采用4.2X1.5m大尺寸钢化玻璃,波形偏差仅为 0.017%，是国标波形常规要求≤0.2% 的12倍，同时选用超白压延玻璃作为打印载体，实现可见光透射面积增大的同时，表面的压花肌理通过漫反射进一步优化光感；有效消除了玻璃弓形与波形变形对视觉效果的影响，确保大面积幕墙的平整度。

▲ 慢反射对比

高精度打印设备选型：采用进口大型 3D 打印机，核心参数针对性满足项目需求定制 —— 打印幅面达 2.8m×8m，可覆盖项目最大玻璃尺寸（4.2m×1.5m）；支持最大 19mm 厚度玻璃打印，匹配幕墙结构强度要求；打印效率达 0.2㎡/ 分钟，确保批量生产周期可控。

纳米级喷头技术：设备搭载 12 组打印头（含 256 个纳米级喷嘴），喷射频率达 1.5 亿滴 / 秒，配合 1440 DPI 的打印精度，实现了鱼肚白石材纹理中细微孔洞、脉络的精准还原。同时，墨水循环系统可避免打印过程中出现断墨、色差，保障花纹连续性。选用进口六色陶瓷油墨，膜层厚度从 40μm 降至 12μm（更轻薄且附着牢固）通过多色混调实现天然石材的色彩梯度还原。

▲ 3D玻璃打印设备

极致外观：

精致直角钢龙骨

工期与工程量冲突：项目需在 7 个月内完成 6 万㎡幕墙钢结构安装，而焊接精致钢的工艺复杂度远超预期 —— 原方案中单榀桁架重量达 7 吨，经减重优化后仍需 4 吨，且每榀桁架需经历 45 道工序难以匹配项目的时间节点。

外观与性能等效性：挤压直角钢与焊接直角钢在立面视觉效果上完全一致，但截面特性存在差异 —— 挤压直角钢通过模具成型可实现等厚截面，而焊接直角钢可根据受力需求调整不同部位厚度。经力学模拟分析，挤压直角钢的截面惯性矩、抗剪承载力均满足设计要求，尤其在 24 米高桁架的轴向受力与侧向稳定方面表现更优。

工艺效率颠覆性提升：挤压直角钢的生产工序仅需 8 道。其中，冷挤压与热挤压的模具化生产避免了焊接钢的探伤等待与校直反复，单榀桁架的加工周期缩短，直接满足 7 个月的总工期要求。

质量稳定性可控：挤压成型通过模具保证尺寸精度，避免了焊接过程中的热变形；且材料内部应力分布更均匀，经100%超声波探伤验证，无裂纹、气孔等缺陷，角部力学性能完全符合设计标准。

▲挤压直角钢加工工序流程

团队针对挤压直角钢的生产全流程建立了严格的质量管控体系，确保其性能与精度达标。选用优质钢管为基材，经退火处理降低材料硬度，为后续挤压提供塑性保障；冷挤压阶段控制变形速率避免材料撕裂，热挤压阶段通过模具精准定位 90 度直角，保证验收合格。

关键部位性能验证：通过角部径向应力分析，发现挤压直角钢角部径向与挤压温度、出模速度直接相关。经三次工艺试制，最终确定最优参数，满足结构受力要求。

▲挤压直角钢

大跨度悬臂钢结构

减重优化

大窗位置幕墙的支撑结构为全悬臂钢结构，最大悬臂长度达 24 米，其自重对主体结构变形的影响成为设计首要挑战。为减少悬臂端挠度，团队通过结构形式革新实现了显著减重。

结构形式迭代升级：原设计采用大型焊接工字钢作为支撑主体，虽能满足受力要求，但材料用量大、自重过高。经多方案比选，最终将结构形式优化为焊接方通桁架体系 —— 通过合理布置腹杆与弦杆的截面尺寸，利用桁架的空间受力特性分散荷载，在保证承载力等效的前提下，实现总减重 100 吨。对主体结构的利好，有效提升了整体结构的稳定性。

▲超大尺寸钢桁架吊装

大窗位置幕墙与相邻标准立柱幕墙分属不同结构系统，其变形特性存在显著差异（大窗位置最大变形 40mm，标准立柱仅 14mm，差值达 27mm）。团队通过精准的变形模拟与节点优化，实现了系统间的无缝协同。

▲室外立面效果

平面内旋转消除变形：针对大窗位置与标准立柱在垂直面板方向的 27mm 变形差，经 BIM 模型动态模拟分析，发现通过幕墙板块的微角度旋转（仅需 0.36 度）即可抵消该变形。设计中采用可旋转式挂件节点，胶条槽口预留足够的调节余量，确保旋转过程中板块间隙均匀，避免出现应力集中或密封失效。

竖向变形的吸纳机制：竖向方向上，大窗位置幕墙的最大变形量经模拟计算为 5.3mm。为应对这一变形，板块设计时将竖向胶缝宽度加大至 20mm，通过胶缝的弹性变形完全吸纳 5.3mm 的位移量。

▲钢桁架整体结构计算验证可行性

作为建筑主要视觉焦点与人流密集区，大窗位置施工质量与安全控制尤为关键。鉴于 24 米大跨度悬臂钢结构及 67 度斜角构造的施工难度，针对大窗位置幕墙的关键节点制作 1:1 实体样板进行工艺验证。邀请建筑师、质检站及行业专家对样板的外观质量、节点构造、变形性能进行联合验收，通过反复调试确定最优施工参数，为批量施工提供标准依据。

▲视觉样板验证

针对 24 米大桁架的吊装难题，采用 “双吊机 + 双吊篮” 的协同安装工艺。安装关键步骤在于 “空中翻身”：通过两台吊机的差异化起升，将桁架从水平运输状态翻转至 67 度安装角度，翻转过程中实时监测桁架应力变化，确保结构安全。

双吊篮的节点连接保障：吊装就位阶段，上下端分别设置作业吊篮。双吊篮的同步作业不仅提高了连接效率，更通过分工明确的操作流程降低了高空作业风险。

▲超长桁架安装控制

▲大窗位置空腹钢架完工照片

创新设计与专利

一、全立面轨道式大斜度吊篮的施工工艺项目的施工难点在于67 度斜切面幕墙属于“仰面施工”，传统脚手架或吊篮难以适应倾斜角度，且存在高空坠落风险。凭借三鑫在机场航站楼倾斜幕墙施工的成熟经验，创新采用 “顶底连接索式吊篮系统”。索体受力与导向设计形成与幕墙斜切面平行的受力轨道。吊篮通过滑轮组件与钢索连接，避免施工过程中因吊篮晃动导致的位移偏差。

▲大斜度吊篮施工现场

二、轴承式开启合页项目大窗单块重量达 600-700kg，传统合页系统因承重不足、开启阻力大难以满足要求。团队通过专项研发，采用定制化轴承式开启合页，突破了大尺寸板块的启闭难题。合页核心组件采用进口高精度轴承，将开启阻力系数降低，确保单块玻璃板块可通过人力轻松启闭。

三、现场钢结构修复技术：手持抛丸设备钢结构在运输、吊装过程中难免出现局部碰伤（如划痕、锈蚀），钢结构因位置特殊，无法采用工厂级的抛丸除锈工艺。团队针对性研发 “便携式手持抛丸设备”，解决了现场局部修复的技术痛点。该技术有效解决了大型钢结构现场修复的 “质量断层” 问题，保障了外露钢结构的长期美观与安全性。