木承式彩色ETFE膜结构施工关键技术（1）

1??工程概况

中国天府农业博览园主展馆位于四川省成都市新津区农博岛核心区，总建筑面积约13万m ² ，属于大型公共建筑。承载着农业博览、会议论坛、演艺体育、农创孵化、研发科创等产业业态等众多功能。主展馆核心工程为连绵跌宕的5个棚架，结构形式为钢木组合空腹式三角桁架拱+彩色ETFE膜。最大跨度为118?m，最高点为44?m，是四川省标志性建筑地景。木拱架及彩色ETFE膜效果如图1所示。

图1??木拱架及彩色ETFE膜效果

5个棚架的围护体系为彩色ETFE膜，厚度250?μm，共16种不同颜色与透明度，膜材总用量共77?000?m ² 。包括屋面膜、天窗膜、百叶膜、侧封膜4部分，分别使用了整体张拉式、骨架张拉式及整体框架式等不同种类的膜结构支撑形式。

为了体现开放、融合、绿色的会展模式和理念，在田间地头办展览，打造永不落幕的农博会，ETFE膜体采用16种不同颜色和透明度的膜片拼接而成。

膜片颜色随机错落搭配形成五彩斑斓的色泽，与周边田野交相呼应，使建筑本身与不同季节的田野融为一体。而木拱架与彩色ETFE膜的完美融合极具诗情画意，形成了兼具建筑美和自然美的景观，呈现出抽象化、像素化的田园风光。其色彩在阳光的照耀下将棚内物体渲染成不同的颜色，熠熠生辉。

2??深化设计与数字化加工

2.1??产品参数化设计

木拱架外形在空间上呈现为不规则的曲面，各个部位的构件尺寸变化各异，设计数据不能完全表现在施工图中，只能基于三维数字化模型作为数据的载体。另一方面，为了确保膜体与木拱架的融合能够满足防水及连接构造的要求，膜单元边界及其次结构的节点设计必须按照木拱架构件的尺寸位置确定。5个棚架共计77榀三角木拱架，4?665根木次梁。膜与木结构连接的次结构节点数以万计，同种类型的次结构节点随着安装位置的变化，尺寸随之改变。所以必须对次结构的构造形式做出相应的调整，使得膜结构深化设计的难度显著增大。

经过研究分析，发现可以利用木拱架模型信息，结合膜结构产品技术特征，建立一种基于参数化快速构建产品三维模型的思路，从而达到提高深化设计的效率、减少传统深化设计环节中人为技术失误的目的，同时也为组织生产提供必要的数据信息。

以主体木拱架深化设计模型为依托，从木拱架模型中获取相关构件的位置信息和几何信息，通过转换计算，获取膜结构界面的参考基准和尺寸等参数信息，将其作为设计输入参数。根据木拱架及其构件的空间位置组合顺序，制订空间位置命名规则。根据木拱架及次梁的相对位置关系，确定相应膜体次结构的节点及构件类型，并制订零部件的类型定义规则。对膜结构中每种类型的结构件及产品零部件，根据其空间位置关系及其结构从属关系，按位置和类型命名规则为每种具体结构件与零部件在项目中指定唯一的名称标识。使用Grasshopper作为基本开发平台，通过二次开发建立相应的参数化设计组件。针对不同类型的结构零部件，分别利用从参考模型中获取的设计输入参数，通过计算得到零件部件加工尺寸与安装数据，生成最终的三维模型和图纸文件，用于加工和安装作业。

2.2??彩色膜片配色、加工技术

中国天府农业博览园主展馆建设项目膜结构中的膜面包含16种颜色及透明度的膜片，由设计单位提出配色方案，在Grasshopper中基于基因算法确定颜色配合比后，再通过随机指派而建立分色模型，实现了膜片颜色的分配。但是配色方案中的膜片参数是在木拱架模型基础上近似建立的，且膜片的位置和数量与深化模型中的膜片也存在差异，无法用于实际工程计量与生产加工。另外数据的组织未能考虑后期制订的系统编号规则，给膜片的深化工作带来了困扰。

针对上述问题，通过Grasshopper二次开发创建膜片配色深化组件，先根据膜体次结构的构造和位置关系，构建膜片的基本轮廓，初步分割为原始膜片，并按系统编号规则指派路径。然后将初步分割得到的原始膜片参数与设计单位提供的分色模型中的膜片按空间位置进行匹配，对每个膜片从分色模型中获取对应位置的配色属性。最后对与透明膜结合的膜片，根据透明膜的位置进行切分。采取这一措施，虽然深化模型中的膜片形状、尺寸、数量与原始配色方案之间存在些许差异，但最终膜片的颜色属性与整体色彩方案布局与分色模型中的定义完全吻合。

在完成膜片颜色分配的基础上，为了满足膜片加工的需要，针对数控裁床的控制接口开发了膜片加工图组件。在生成零件模型的同时附加相应的标记图元，将成品部件整体的系统编号标记整合至指定膜片零件上，并为这些标记信息图元和相关的主体零部件赋以相同的系统编号和数据路径，实现了数控加工的零件本体上带有相关的标记信息。利用数控设备的绘图功能，在裁料的同时将膜片编号以及用于膜片折边、焊缝对准的位置标记线自动喷绘在膜片上，大幅减少了人工刻画加工标记的工作量，提高了膜单元加工的工作效率，避免了人为操作失误。

借助Grasshopper二次开发及数字化加工技术，不但使膜结构中的膜片配色效果符合建筑设计的要求，实现了木结构与膜结构的完美融合。而且使膜材的损耗得到了有效控制，带来了良好的经济效益。