中国水利水电第九工程局有限公司 贵州贵阳 550008
摘要：雕塑技艺不但是中国的非物质文化遗产，也是世界遗产的艺术名片。以《敦煌莫高窟》和《断臂的维也纳》为代表的一些列中西方雕塑作品都是人类智慧的结晶。传承雕刻技艺遗产，发扬名族文化精神不但是我们的责任，更是我们所肩负的历史使命。如何通过技术攻关将更大篇幅、更加精美的艺术雕塑作品以高度立体的形式展现给广大的市民，并使其在宏伟而震撼的视觉效果中传承着那份细腻而精湛的工匠精神；这一些列的创新型安装技术是我们今天研究的主题。
关键词：异形玻璃钢雕塑；超高钢结构；创新安装；技术研究
1 引 言
艺术是打开心灵之窗的钥匙，是人类情感与精神的结晶，远古的艺术经典我们不可复制，但文化的传承精神我们可以雕刻。为了保护我们赖以生存的环境，如今的我们已经放弃了开山凿石的行为，转而利用新型材料代替天然石材，“玻璃钢”就成为了雕塑的最佳替代品；烧结砖的大量使用已经对土壤生态造成了极大的破坏，现代城市建筑也逐步推行钢结构代替原始的砖石结构，钢结构的广泛使用不但节约了土地成本，也增加了资源回收再利用的效率。因此，玻璃钢和钢结构的大量使用正是绿色建筑的重要体现。
2 工程背景
由中国水利水电第九工程局有限公司承建的贵州省黔南州贵定县多彩黔贵眼—贵州民族文化艺术雕塑大观园项目工程，位于贵定县猛壤村，是一个以展示多民族风俗文化为主的主题雕塑公园。其中，采用玻璃钢与钢结构有机结合而成的“玻璃钢芦笙铜鼓”作品，以40m的身高、2000㎡的幅面、500余吨的体重夺冠中国“第一大铜鼓”的宝座。
图2 异形玻璃钢制品（局部构件）
4 什么是钢结构，它有何优缺点？
4.1 钢结构的定义
钢结构是由钢制材料组成的结构，主要由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成。各构件或部件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接。因其自重较轻，且施工简便，广泛应用于大型厂房、场馆、超高层等领域。其中轻型钢结构通常采用I型空腹钢材做成檩条，各檩条采用高强螺栓和自攻螺丝等连接件和密封材料组装起来的多层和高层预制装配式钢结构体系。
4.2 钢结构的特点
钢结构主要特点是：强韧度高、装运便捷、抗震性好、绿色环保且可回收。大量用于厂房、全钢构筑物、桥梁和各类可拆卸建筑上。
4.3 钢结构的缺点
钢结构的最大缺点就是耐腐性差、易生锈，耐火性能低；因此需要长期对其进行防锈、除锈保养，特殊防火建筑中需须采用耐火材料加以保护以提高耐火等级。
5 工程重点及难点分析
5.1 本工程的重点
作品要具有高度的立体感、空间感和美感；在高大宏伟的视觉效果中应体现出细腻而精致的手工雕刻技艺。
5.2 本工程的难点
首先要解决如何将脆性的异形玻璃钢制品安装在硬性的超高层钢结构上，使其达到物理特性的完美结合；其次要解决作品在超高架空层中如何应对强风、地震、日照及雨水冲蚀等问题。
6 现行安装技术及其缺点
6.1 U型滑槽安装。U型滑槽安装适用于玻璃钢浮雕板架体安装，因浮雕板较薄，U型钢条可以将制品以“卡槽”的形式对其固定。一般施工方式是：先将钢槽焊接在主钢架上，然后将玻璃钢制品送进滑槽，逐块拼接，最终成型。U型滑槽安装的最大缺点就是作品分隔线条明显，大大降低了艺术作品的美感。
6.2 重力卡箍安装。重力卡箍安装指的是利用专业卡箍将浮雕面板四角固定，利用“重力向下传递”的原理，使上板对下板进行自然固定。此种安装方式的缺点是：只适用于中规中矩的浮雕作品，不能用于异形雕塑；受作品孔洞影响其抗风能力较差；受重力堆积影响，不适用于大面积立体浮雕展示。
6.3 螺栓钻孔安装。螺栓钻孔安装多用于浮雕墙装饰，利用高强度螺栓将玻璃钢制品固定在墙体上。此种方式虽然解决了滑槽安装和重力安装的缺点，但在安全问题上存在不可控性。因玻璃钢制品脆性大，钻孔和固定过程中容易破裂，其抗震能力大大降低；再加上雨水侵蚀，螺栓生锈容易脱落，因此不适用于高空展示。
7 创新安装技术及其优点
7.1 解决钢体负重和构件不标准的问题
7.1.1 优化设计图纸，降低钢体自重。除承重钢柱、钢梁外，其余部分多采用轻型钢材进行搭接安装，最大程度降低钢结构自重，缓解地基承重力。
7.1.2 电脑建模成型，确保1：1下料。要解决异形玻璃钢浮雕在钢结构中的零误差拼装问题，首先要解决钢结构图形问题。PKPM、3D3S、STAAD是现行主流的钢结构建模软件，软件建模大大降低了手工建模带来的尺寸不标准问题，降低了材料浪费率，提升了设计质量，避免了拼接错位的现象，给钢结构和玻璃钢面板在材料制作方面提供了基础性保障。
图4 玻璃钢铜鼓整体钢构效果图
7.2 解决横风带来的风阻问题
7.2.1 新增有机抗风板，解决风阻问题。本作品地处高位，受地形地貌的影响，铜鼓会长期受到来自东南方向的强力横风，巨大雕塑幅面会面临强大的风阻，且受雕塑异形结构影响，雕塑各部位受力不均匀，很容易被大风吹翻。因此，我们需在作品底层新增一层有机抗风板。
7.2.2 改良基材参数，增强板材柔性。抗风板属玻璃钢制品，机制抗风板在生产过程中拌料均匀，配方可调，具备较高的可控性。因此，我们在制作过程中增大了不饱和聚酯的配比量，增加了麻和橡胶的用量，使得机制抗风板的弯曲度可达到∠40°以上，提升了柔韧性，剪裁不易破裂；且机制抗风板尺寸统一，拼装无缝，降低了灌风量，增强了抗冲击能力。
图5 对抗风板进行现场柔韧性能测试
7.3 解决地震拉裂和特性材料安装问题
7.3.1 解决地震拉裂问题。为了防止抗风板受剧烈震动或强风的撕拉，我们使用了不锈钢锚固螺丝对板材进行了固定，并将螺栓中的不锈钢垫片替换成了柔软的橡胶垫片，让抗风板具备一定的抗压、抗拉能力。
7.3.2 解决脆性材料安装问题。玻璃钢雕塑面板需用不锈钢螺栓固定在钢网架上，我们同样将不锈钢垫片替换成了橡胶垫片，使得脆性的玻璃钢面板能够与硬性钢构在接触的过程中具备一定的受压能力，降低了物理挤压力，提高了脆性材料在硬性结构中的适应能力。
7.4 解决日照及雨水侵蚀问题
7.4.1 增刷金属油漆，提升防晒抗温能力。由于铜鼓位于景区大广场中央，日照量巨大，紫外线照射强，且当地夏日气温在25至35摄氏度之间，温差变化大。以上问题会加剧玻璃钢材料的老化速度和褪色速度，给雕塑的运行安全和艺术美观带来极大影响。因此我们需要采用一种新型金属油漆来解决上述问题。
金属氟碳漆是一种高效、多用途、化学固化的氟碳共聚体为原料的双组分常温固化涂料，金属氟碳漆具有出色的耐久性、保护性、装饰性等优异性能。实验研究表明，金属氟碳漆中氟碳树脂分子连上的氟碳键能够抵抗紫外线的降解作用，表现出极其优异的耐久性、耐紫外线及耐候性，使金属氟碳漆涂层长久完美如新，减少维修的要求。因此，我们在雕塑挂板之后，用氟碳油漆替换了常用的普通清漆。我们先对整套雕塑底层涂刷两次氟碳油漆，从基层做到防晒和抗温差保护。再在雕塑表面涂刷三遍“黑金花漆”使其达到设计的铜色效果。
7.4.2 改进密封工艺，减少雨水渗透。由于普通防水胶带受室外日晒的影响，粘接性会下降，最终会脱落失效，影响美观。我们发明了一种叫“玻璃钢防水胶泥”的材料。玻璃钢防水胶泥由玻璃钢纤维和建筑胶水拌和而成，形成乳白色泥状。这种方法参照了古老的“黄泥扶墙”的原理。泥中纤维可对拼接面板起到连接作用，使面板之间不易产生缝隙；胶水在继续增强板材间的粘接能力的前提下，对细小孔隙进行填补，从而杜绝雨水渗透至钢构内层。
经过工艺的改进，我们再一次对已经涂刷了防锈漆的钢构及其锚件提供了第二层防水保护方案；并且勾缝位置在上漆之后通过肉眼也无法看到拼装接头，大大提升了铜鼓的美感。
图6 氟碳油漆上色效果图（白色线条为玻璃钢防水胶泥勾缝）
8 技术总结
面对大体积超高层的异形玻璃钢芦笙铜鼓，我们通过选用轻型材料降低了铜鼓整体质量，以缓解地基承受力；借助软件优化了设计图纸，制成的标准构件降低了材料浪费率，提升了施工效率；通过改良机制板材的用料参数，增强了板材的抗风能力，提高了雕塑面板的抗风性能；改进施工工艺，让小小的橡胶垫在脆性材料与硬性钢构之间发挥了巨大的连接作用，解决了地震和风阻带来的拉裂问题；利用新型油漆大大延缓了高原地区强紫外线对构筑物造成的褪色快、易老化的现象；通过自主研究的“玻璃钢防水胶泥”阻止了雨水对雕塑的锈蚀，为玻璃钢浮雕作品在超高架空层异形钢结构中的安全运行提供了重要保障。
9 结语
在玻璃钢芦笙铜鼓的建设中，我们对雕塑安装进行了多次的技术革新和能力检测。结果表明，我们的新型安装技术能够保证异形玻璃钢雕塑制品在超高层钢结构中的安全运行，能够满足雕塑作品具有高度的立体感、空间感和美感，既能让作品呈现出高大宏伟的视觉效果，又能展现出作品细腻而精致的手工雕刻技艺，这一革新技术可为今后类似的工程提供宝贵的借鉴经验。
论文作者:杨代斌
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第7期
论文发表时间:2018/10/26
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