▲云洞图书馆建造历程

4月12日，由益汇达负责施工总承包的云洞图书馆项目于海口正式亮相并投入使用，一座精美的清水混凝土艺术建筑呈现在大众面前。云洞图书馆主体由清水混凝土整体浇筑而成，建筑的楼板、墙体、天花、结构、管线等浑然一体，深化设计阶段全部基于数字化模型，屋面和楼板均采用形似“华夫饼”的双层中空肋板形式，既能满足大跨度、大悬挑的受力需求，又能利用结构中空铺设设备管线、填充建筑保温材料，实现简洁完整的室内空间，也是建筑、结构、机电一体化设计的关键。

▲清水混凝土施工过程

由于该项目整体均为无规则玛雅面造型，建筑整体无阴阳角，曲面墙、柱、板及墙的交接部位均为相互碰撞、交错且无明确边界的玛雅无规则曲面造型；建筑楼面顶板为无梁楼板，内部也采用无规则异形玛雅面双层空腔肋梁楼板；墙体、地面、顶板存有大量幕墙预留槽及双曲面异形壁龛，相关资料在国内外都较难查阅；另外项目结构复杂，不同于传统建筑的垂直式重心结构，结合了大偏心和大跳板，对整个结构的要求大。施工及各团队从去年正式入场施工开始，在设计、监理、施工等各方共同协商探究下，完成图纸深化设计，使项目落地。

▲施工鸟瞰

1、定型背楞深化设计

1.1 三维异形曲面定位测量控制技术

作为海南省内最高难度的一次性现浇清水混凝土项目，建筑主体通过数字三维建模和数控机床制作木模板，用木模板搭建异形的模块，组装成型后进行表面处理，预埋钢筋和管线，浇筑清水混凝土，最后进行拆模，整体效果结合数字模型，木模版及混凝土三种方式建造而成。在三维异形曲面定位测量控制技术中，益汇达团队首先采用三维模型使用数字化施工技术，依靠1:1三维实体模型进行相关点位深化，再将市政轴网坐标点引入CAD平面图后核对世界坐标完成后导入Rhino三维模型，然后以Rhino软件为基础平台运用Grasshopper、lunchbox等相关插件分析世界轴网坐标点位，最后在Rhino模型中拾取相关点位后运用Grasshopper、Lunchbox相关插件直接分析点位坐标后导出CAD图及Excel文档，由二维平面坐标轴网定位点对定位辅助模板即背楞定位盘进行定位，在定位盘上完成定型背楞的点位、矢量朝向定位。

▲定型背楞三维模型安装定位图

▲墙体定型背楞模板

1.2 清水混凝土定形背楞模板深化设计

由于本项目体型较特别，因此我们在软件模型深化前，和各专业相关设计师进行设计确认，与设计思想对话，充分理解设计理念。初步统计益汇达团队在施工现场深化的模板图纸大概已经超过2万多张，定形背楞已经超过10万个。

清水混凝土墙体定形背楞功能中，项目要求异形双曲面墙体定形拟态构件及加固体系受力次龙骨；定形背楞模板的形态设计要求内侧与混凝土接触面线条应使其曲线保持为流畅的顺滑线条。为确保曲面墙体造型的完整度，背楞内侧与混凝土接触面的线条应保持为流畅的顺滑线条。背楞外侧与加固受力体系接触面的线条应为直线线段，确保与加固体系平行或垂直状态，使其两者之间接触面保持在90%以上的接触面积使混凝土侧压力均匀的传递至主龙骨。

▲异形双曲面墙体定形背楞模板体系

在背楞模板的链接构造上，采用模板接头50%错开的方式进行多个背楞模板的相互链接，以保证各背楞的间距按照深化设计进行均排布。同时定形背楞模板在加工过程中增加定位刻度线槽，在安装之前技术员根据模型中的定位刻度线槽位置坐标在现场投放各定位坐标点，根据定位坐标点与定位刻度线槽保证定形背楞施工精度。

▲异形曲面墙体及顶板定形背楞模板体系

1.3 建筑表面蝉缝线条排版深化设计

在承重受力允许的范围内，蝉缝分布应同时兼顾分块的定型化、模数化、整体化，对拉体系孔眼位与单元模板应保持规律性和对称性，在美观的同时还应满足受力加固要求。针对异形双曲面清水混凝土墙体，深化板缝排版时考虑如何减少原料损耗的前提下，保证模板蝉缝保持水平交圈、竖向保持垂直且兼顾模板的曲线流畅统一是关键。

2、异形槽口预留

由于该项目墙体、顶板及楼层板均为异形无规则玛雅面造型，常规预留预埋方式无法满足与异形墙体开口留槽的施工要求，且对幕墙预留槽口的定位精准要求较高。所有结构预埋一次性浇筑完成，预埋件各标高水平横截面段埋入墙体的深度各不相同。若因墙体造型原因导致常规预埋方式施工的预埋件与模板的连接部位牢固性较低，存有跑模风险；

因此我们在预留槽口施工中分为墙体定型、槽口定型、槽口定位、槽口邦板及盖板安装，并保证预留槽的定位精度与连接稳固性。同时根据建筑墙体与顶板的特殊造型特点，幕墙槽口与墙体背楞一同深化，在墙体定型背楞深化过程中完成槽口定型工作，槽口邦板及盖板单独深化，同时在邦板、盖板做定位刻度线，安装过程中对应定型背楞；通过与墙体定型背楞一体化保证幕墙槽口的连接稳固性，完成墙体找形的过程中一并完成槽口的定位找形工作。

3、模板精加工管理体系

定型背楞深化设计完成后通过相关软件操作后，需要通过软件编辑及CNC全数控自动加工机床精加工后方能满足现场使用。首先益汇达项目团队将深化排版及编号完成后的模型通过相关软件操作由三维平面转换为二层平面状态进行二次深化分割，并出具模板加工任务单。

▲背楞模型原始模型

模板二次分割完成后将其嵌套去模板原材图框中进行加工排版工作后，把图纸线条转换CNC全数控自动加工机床加工代码，利用CNC全数控自动加工机床进行相关的加工后的模板方可满足现场要求进行拼装。

▲模板数据传输至CNC全数控自动加工机床

进行切割模板

4、定型背楞拼接与组装

4.1 定型背楞模板预拼接

由于所有定型背楞形状大小各不相同，每块定型背楞将按照下料图纸进行编号，所有编号不可重复。拼装时严格按照项目深化图纸进行拼装，确保现场背楞形状尺寸与图纸一致后，按照背楞及定位盘编号进行定型背楞拼装。拼装完成后，还需根据背楞弧形顺滑度装订衬板条及面板保证成型效果。

▲核对模板信息

4.2 定型背楞模板现场安装

定型背楞安装过程中背楞间距严格按照相应刻度进行摆位，各区域定型背楞模板配备各自相应的定位盘，各定位盘上标有单线刻度线，刻度线起指导定型背楞模板定位作用；若定位盘长度过长则需双层错位连接保证定位盘的准确性。在定位盘中每隔1m左右的刻度线上附加了矩形刻度对应施工现场中测量放线的定位点。在定位盘安装时，定位盘矩形刻度线需与所在世界坐标轴网定位点重合且由于同一施工区域内各部位定位盘标高有所不同。

▲施工鸟瞰

5、条形衬板加工及安装

5.1 条形衬板切割加工

根据本项目特点，模板优先采用无覆膜纸模板，墙体造型相对平缓的部位使用单层12mm厚衬板，造型变化较大的部位使用多层3mm厚水曲柳模板。在衬板钉装前应预先铺贴，检查衬板条间隙，间隙过大时应额外增加小板条，间隙不得大于3mm；根据墙体造型曲线曲率变化的大小，衬板加工为长度不等宽度保持在20~150mm范围内的条形板。

▲衬板枪钉斜向拼接钉装图

5.2 条形衬板铺装

条形衬板铺装时每层水曲柳模板必须错缝钉装。钉装时枪钉间距保持在8~15mm区间内所有枪钉必须全部钉在背楞模板上，衬板端口接头部位钉装时枪钉间距应加密钉装，以保证衬板与背楞的连接牢固性。

▲衬板施工

6、条形衬板表面整体打磨

衬板条形板钉装完成后呈现的表面效果类似多段折线段效果，局部存有棱角、拼缝不密实等现象，为保证双曲面模板的最终表面效果显现平整、顺滑、曲线流畅的效果，需对衬板进行打磨工作。墙体造型弧度相对平缓的区域采用砂带机进行衬板面层打磨处理，墙体造型弧度较大的区域采用角磨机及砂盘进行衬板面层打磨处理，使模板呈现初步平整顺滑效果，同时衬板边缘端口接头部位容易起翘且表面错台严重，打磨时也应保证该曲面顺滑。

▲异形曲面墙体衬板打磨完成效果

7、衬板表面原子灰上料、打磨

为使衬板条表面光滑，需对衬板条进行原子灰上料打磨。涂刮原子灰时应使用90mm*230mm大小的铁质抹刀搭配刃口宽度在80~100mm铲刀进行涂刮工作。在涂刮墙体造型曲率变化较小的部位时厚度应当控制在0.5~1.0mm范围内；涂刮墙体造型曲率变化较大的部位时厚度应当控制在1.5~2.5mm范围内且适当增加固化剂比例，保证基底平整顺滑。

▲原子灰基底打磨完成面

8、复合多层结构卷材模板及面板铺装

由于混凝土外表非平面，要达到设计团队对建筑表面的光面效果要求，普通的木模板面层无法做到。因此益汇达团队对模板面层尝试了复合多层结构卷材、玻璃钢、条形清水板、油漆几种材料的试验，通过制作混凝土试验小块，查看混凝土表面成型效果。最终决定选用复合多层结构卷材（PVC）为模板面层做法。在原子灰涂刮打磨完毕、满足铺装PVC模板要求后，使用投影仪在墙面基础进行模板蝉缝定位投影线。铺设PVC模板时，在背面涂刮1mm厚度的青灰色中性结构胶，粘贴后使用铁质抹刀从下往上均匀用力刮抹两遍，排出模板内部空气，保证模板与基底面紧密粘贴，使整体厚度均匀统一，无起伏现象。

▲刮抹保证铺设PVC表面的平整

▲施工鸟瞰

9、钢筋绑扎

由于墙体竖向钢筋空间轨迹无法定位，需待模板安装完后随模板轨迹进行主筋弯曲，故需模板安装完后进行钢筋绑扎。箍筋的尺寸随暗柱截面的变化而变化，这样钢筋绑扎的操作空间极小，且墙体截面不断变化，箍筋下料只能现场实量，墙体钢筋绑扎难度极大。楼板下层钢筋需根据模板形态变化而变化，需人工弯曲。

▲钢筋绑扎

10、混凝土浇筑

在清水配合比方面，益汇达根据其他清水项目经验，结合海口地区混凝土原材，前期在商品砼搅拌站多次试配清水混凝土配合比，检验混凝土性能，确定粗骨料的大致用量。清水混凝土配合比必须经过多次试配，各参建方确定，确保混凝土的和易性（流动性）良好、色泽均匀，无离析泌水现象，初凝时间控制在初凝时间控制在8-10小时。同时其外观质感，颜色、工作性能、力学性能、耐久性能等必须达到设计及业主的要求。浇筑时，在异形双曲面清水混凝土墙体内模合模之前预埋混凝土振捣管，保证浇筑过程中振捣棒顺利入模且不会破坏模板表面覆膜质。

▲浇筑混凝土

▲建筑外部

▲屋顶花园

▲超大弧型推拉门与玻璃幕墙

▲建筑外围悬挑设计

▲公共卫生间

▲云洞图书馆夜景

这座静处于陆地与海洋之间的建筑，雕塑感极强。自由有机的形态同时也塑造了多变的室内空间，洞型的层次和复杂性将空间一层层拉开，也提供给读者一个想象力的失重场。走进“虫洞”里，仿佛走进处于云端的自然畅想空间，暂时抛开日常生活和现实，开启一段时光之旅。从一个看似天马行空的设计到如今的呈现，云洞离不开每一位参建“艺术家”，共同赋予了它生命力。云洞图书馆的建成为我国异形清水混凝土建筑打开了一个全新的开始，同时也海口市民提供了一个休闲、阅读的良好空间。