V&A 邓迪博物馆的复杂几何预制混凝土外立面离不开Tekla API

Tablet showing 3D model of V&A Dundee with museum in background at dusk

V&A 邓迪博物馆没有平直的外墙。因此，设计、制造和安装 2,400 块预制混凝土面板充满了挑战。Tekla 的 BIM 软件是如何帮助实现这种复杂几何的设计的呢？

在与预制建筑外墙围护结构专家 Techrete 公司的绘图办公室经理 Sean Twomey 谈到这个特别的项目时，他直截了当地说：

“V&A 邓迪博物馆的预制构件不可能在 2D 中完成。”

Techrete公司的绘图办公室经理Sean Twomey

Tekla Structures model of twisting concrete walls with precast rough stone panels forming the façade

作为伦敦以外的第一家 V&A 博物馆，V&A 邓迪博物馆坐落在泰河岸边，是城市滨水区改造的支柱。这座令人印象深刻的三层楼、8,000 平方米的建筑高 18.4 米，提供 1,650 平方米的展示空间。

建筑师隈研吾受到附近海岸悬崖的启发而设计出这一非凡造型。部分博物馆建造在填海土地上，该场地被挖掘至 6.5米，并使用 11米深的桩，建造了一个巨大的围堰，以使建筑物看起来位于河上。

View looking up from ground level at V&A Dundee, triangular shape façade of precast rough stone panels

扭曲的混凝土墙向内和向外倾斜，由 2,400 块预制粗石板组成。每块预制板重达 3 吨，跨度长达 4米。每一块预制板都由 Techrete 公司用BIM建模。这使设计团队能够搜索模型、放大并旋转面板以检查它是否适合设计。

V&A Dundee on the banks of the River Tay

The real-life benefits of working this way

为了实现项目所涉及的复杂形状和几何结构，Techrete 选择使用 Tekla Structures 对项目进行 3D 建模，首席项目建模师 Dave McDonnell 解释说：“Trimble 的 Tekla Structures 是适合我们制造流程的智能软件，它强大的功能非常适合用于钢结构和混凝土建筑。”

Bracket and concrete panel system modelled in Tekla Structures

Tekla 可以提供碰撞检测和构件的权重和重心，并生成制造图纸和钢筋切割计划。这可以最大限度地减少错误和低效的信息传输，这会浪费材料和资源，并导致设计部门、工厂和现场的成本高昂的返工。

建筑师提供了 3D 模型、计划和时间表。根据这些，Tekla Structures 能够计算并生成面板和固定装置的放样、主承包商的工作和制造图纸、支架详图和时间表。

V&A Dundee on the banks of the River Tay, museum sits next to R.S.S. Discovery

项目首先提出了三种顶部宽度的板，50、150 和 250，并且由于急剧的反向坡度，引入了第四个 350 尺寸的面板。板的顶部和底部距离墙壁 130 毫米。

无论从哪个面看，每个支架和面板都会与扭曲的墙壁连接，同时保持支撑点水平，因此面板互相平行。

由于扭曲的墙壁和旋转的几何形状，不同的位置必须使用不同的支架和浇筑挂钩，Dave McDonnell 解释了这是如何实现的：“我们使用 Tekla Open API 来定制 Tekla Structures 的功能以适应我们自己的软件。这意味着程序可以为每个位置选择正确的支架和固定装置。它还安排了组件的安装顺序。”

Model of precast planks attached to steel brackets

“我们选择能够让支架在结构上准确放置的施工系统，支架用螺栓固定在先前铸入结构中的不锈钢通道中。Tekla 为现场混凝土分包商生成了模型的 IFC 文件，以便可以定位和浇注这些通道。”

“我们设计了具有垂直和水平公差的支架，以便它们可以准确定位，这被证明是非常成功的。支架精确定位在结构上，只需钩住面板并插入锁定螺栓。”

“为了模仿悬崖立面的外观，该项目选择的混凝土是用灰色花岗岩骨料和沙子制成的。饰面是通过缓凝水泥浆来实现的暴露骨料。鉴于博物馆的位置邻水，我们决定使用高级双相 1.4662 不锈钢固定件，该固定件具有额外的表面处理来增强腐蚀保护。这些固定装置经过物理负载测试，以确保它们满足结构要求。

Concrete planks in the workshop, the concrete chosen for this project was made with a grey granite aggregate and sand

扭曲的墙壁和旋转的几何体——模型输出对每个环节都有帮助

为了制造 2,400 块预制板，Tekla 模型的输出提供了必要的信息来设计模具并将它们制造成 Techrete 所称的“家庭组件”，以适应每种板的宽度。

随着面板的截面扭曲，模具被制造成可以旋转，从而使建筑体的顶面保持水平或几乎水平。作为模具系统的一部分，结合了滑动通道和固定支架，以将建筑体准确定位在预制板内的挂钩中。

Model showing complex twisted wall geometry with bracket details and planks

制造期从2016年8月开始，持续了一年，约占 Techrette 公司生产能力的15%。预制专家还进行了两个月的现场准备工作，以确保8787m的木板能够顺利安装。在日常工作中，基于云的 Tekla Model Sharing 模型共享协作软件促进了这一过程，使团队能够同时在同一模型上工作，而不会发生工作冲突。

由于有21面墙和多达30层木板，且重复性很小，因此确保将制造的面板装载到卡车上并按照规定的施工顺序到达现场非常重要。

Concrete plank being craned into position in front of precast wall section. Two workers in crane work boxes look on

使用 Tekla Structures，每块板都有一个唯一的参考编号，该编号指定了它所在的墙、它所在的水平面以及它在该行中的位置。这还实现了从制造到最终施工的详细跟踪系统，有助于监控过程并确保其进度符合计划。考虑到预制板每块重量高达3吨，且必须放置在地面以上19米的位置，现场安装预制板带来了一些有趣的挑战。

再次使用 Tekla 模型，Techrete 团队使用对象数据和位置信息来协助设计和建造专业起重设备，以确保将面板安全准确地放置在建筑物上，同时考虑到墙壁的复杂几何形状。

Temporary works surrounding precast structure, workman looks on