折線錯位異形幕墻的施工方法

喬穩(wěn)立 李 剛 李垤輝

中建八局第二建設(shè)有限公司 山東 濟(jì)南 250014

為實(shí)現(xiàn)各種大型公共建筑外觀藝術(shù)效果，復(fù)雜的異形幕墻已逐漸成為主流。折線錯位異形幕墻作為其中一種，因造型設(shè)計(jì)奇特、施工難度大、高空作業(yè)多、工序復(fù)雜等問題，其施工一直是幕墻行業(yè)的一大難題。

日照科技文化中心項(xiàng)目針對此類幕墻的特點(diǎn)，通過“BIM＋”技術(shù)優(yōu)化施工節(jié)點(diǎn)、參數(shù)化提料、三維坐標(biāo)提取，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位并安裝，成功解決了折線錯位異形幕墻的施工難題[1-7]。

1 工程概況

日照科技文化中心項(xiàng)目總建筑面積約42.5萬 m2，包括大劇院、文化展廳、未來館、酒店、半月廣場商業(yè)中心以及單建地下車庫，幕墻投影面積約19.2萬 m2，展開面積29萬 m2、幕墻鋼結(jié)構(gòu)用量7 000 t，其中折線錯位異形幕墻體系展開面積約25萬 m2。

2 工程重難點(diǎn)

2.1 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，定位難度大

該工程幕墻立面為折線錯位幕墻（圖1），施工放線難度大。如何在鋼結(jié)構(gòu)安裝的同時即生產(chǎn)幕墻龍骨及面材，并保證面材的加工及安裝精確度，以及如何使完成后的幕墻外延輪廓最大程度地接近設(shè)計(jì)方案，都是本工程的施工技術(shù)難點(diǎn)。幕墻龍骨設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、面板組合無規(guī)則，現(xiàn)場施工難度很大，對施工工期影響大。

圖1 折線錯位幕墻龍骨

2.2 提料煩瑣，材料準(zhǔn)備時間長

本項(xiàng)目整體形式復(fù)雜，造型過多，面板基本都是異形材料，材料計(jì)劃提取耗費(fèi)時間長，難以保證提取材料的準(zhǔn)確性。

為確保日照建市30周年發(fā)展大會的召開，本工程B、C區(qū)要求完工日期為2019年5月15日，幕墻工期為90 d，而且主體結(jié)構(gòu)尚未完成，各單位施工工序穿插嚴(yán)重，施工壓力大，工期風(fēng)險高。A、D、E、F、G區(qū)主體結(jié)構(gòu)仍有很多內(nèi)容未完成，大部分位置的幕墻不能開始施工。29萬 m2面板的提料占用時間長，不利于工期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

3 施工工藝研究

針對本項(xiàng)目工序復(fù)雜、體量巨大、工期緊張的特點(diǎn)，項(xiàng)目部成員通過歸納總結(jié)，對各種影響施工效率、質(zhì)量、準(zhǔn)確性的難題，從技術(shù)上及方法上尋找最佳解決方案。對幕墻體系進(jìn)行優(yōu)化、簡化，基于現(xiàn)場實(shí)際建立BIM模型指導(dǎo)施工，在關(guān)鍵點(diǎn)上進(jìn)行技術(shù)開發(fā)，從而解決本項(xiàng)目的難題。

3.1 裝配式體系設(shè)計(jì)

1）通過深化設(shè)計(jì)，優(yōu)化幕墻龍骨結(jié)構(gòu)，簡化龍骨形式（圖2）。

圖2 優(yōu)化后單元框

2）建立幕墻模型模擬施工及碰撞。通過實(shí)體復(fù)核建立模型，結(jié)構(gòu)往往會有偏差，按照建模師的要求對主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)核，將現(xiàn)場復(fù)核數(shù)據(jù)導(dǎo)入到三維模型中，查看主體結(jié)構(gòu)是否與幕墻模型吻合，若不吻合，需要與設(shè)計(jì)師溝通后調(diào)整模型。三維模型由建模師建立完成后，由設(shè)計(jì)師審核后方可用于施工。通過模型的模擬施工功能，檢測施工方案是否可行，提前發(fā)現(xiàn)方案中考慮不周的地方，對施工步驟進(jìn)行提前調(diào)整優(yōu)化，避免施工開始后出現(xiàn)問題（圖3、圖4）。

圖3 三維模型

圖4 三維模擬施工及碰撞

4）為使模型更好地指導(dǎo)施工，現(xiàn)場管理人員及組裝工人可通過移動端使用模型，提高了工作效率。

3.2 BIM參數(shù)化提料，提升效率

折線錯位異形幕墻造型復(fù)雜，定位困難，面板提料煩瑣。通過模型導(dǎo)出的各種圖紙、數(shù)據(jù)進(jìn)行施工，能保證施工的效率及準(zhǔn)確度。

1）利用三維模型，根據(jù)標(biāo)高將復(fù)雜的折線錯位異形幕墻分解成簡單的龍骨定位圖及小單元組框圖，給施工班組交底后可直接用于指導(dǎo)施工。

2）建模師按照項(xiàng)目的需要，通過參數(shù)化，將幕墻面材材料提取出來，經(jīng)項(xiàng)目部技術(shù)人員調(diào)整并報總工審批后，即可提出材料計(jì)劃。

3.3 BIM＋助力幕墻精準(zhǔn)放線與安裝

1）BIM模型模擬安裝，確定關(guān)鍵坐標(biāo)數(shù)據(jù)。預(yù)先在BIM模型中實(shí)體模擬單元體裝配，提前發(fā)現(xiàn)問題和做好準(zhǔn)備工作，確定項(xiàng)目現(xiàn)場安裝需要的點(diǎn)位坐標(biāo)數(shù)據(jù)。利用犀牛Grasshopper參數(shù)化，提取每個單元3個定位點(diǎn)x、y、z三維坐標(biāo)，導(dǎo)出參數(shù)表和編號圖用于現(xiàn)場定位安裝。

2）測量控制網(wǎng)建立。根據(jù)業(yè)主提供的平面基準(zhǔn)點(diǎn)，通過全站儀建立多個測站點(diǎn)（保證兩點(diǎn)通視，并且可以測設(shè)整個幕墻立面）。水平控制線主要以主體結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)，通過水準(zhǔn)儀在外圍各立面標(biāo)記標(biāo)高線。按照幕墻龍骨定位圖，根據(jù)平面控制網(wǎng)、標(biāo)高線測設(shè)每根主龍骨的定位，每根主龍骨需測設(shè)2個點(diǎn)，確保龍骨的角度正確（圖7）。

圖7 主龍骨放線定位示意

3）拆分幕墻單元，優(yōu)化單元分格，確定裝配式單元，建立裝配式體系。利用BIM技術(shù)對單元板塊分析歸集，減少了單元板塊的種類，將484種折線小單元板塊歸集為3種小單元板塊，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、批量化加工，提高了施工效率，降低了出錯率（圖5、圖6）。

圖5 單元框歸集前模型

圖6 單元框歸集后模型

3）幕墻主龍骨安裝。主龍骨通過轉(zhuǎn)接件與主體結(jié)構(gòu)連接，是整個幕墻系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，其安裝的準(zhǔn)確性會影響后期單元框及面板的安裝質(zhì)量。主龍骨按照現(xiàn)場放線點(diǎn)進(jìn)行定位安裝，在進(jìn)行異形幕墻的主龍骨安裝時須控制垂直度及角度。

4）單元鋼框架后場集中加工。根據(jù)模型導(dǎo)出的單元鋼框加工圖，深化出龍骨下料單，對施工勞務(wù)進(jìn)行交底，在后場加工區(qū)按照模型深化料單及圖紙進(jìn)行下料加工。根據(jù)模型及加工圖，在后場加工區(qū)首先制作單元框組裝臺模（圖8），單元框在臺模上進(jìn)行組裝。單元框后場加工每完成一個后，對其進(jìn)行防腐處理，然后歸類碼放，不同規(guī)格的單元框分別堆放（圖9），吊裝前運(yùn)至施工現(xiàn)場。單元框加工完成后需校驗(yàn)其質(zhì)量，利用鋼卷尺測量組裝后單元框的寬度、長度、對角線是否與加工圖一致，若誤差太大，則需要返工調(diào)整。

圖8 單元框組裝臺模

圖9 單元框后場加工

5）三維調(diào)節(jié)掛耳構(gòu)件安裝及單元框架吊裝。主龍骨安裝完成后，通過標(biāo)高線確定每個單元框支座的定位，按照定位安裝單元框支座。三維掛耳安裝時，先將單元掛接耳板與單元框架連接（后場加工區(qū)焊接）；然后將L形單元支座通過不銹鋼螺栓與支座連接；再將單元掛接耳板與L形支座通過頂絲不銹鋼螺栓實(shí)現(xiàn)掛接。L形單元支座開水平長條孔用于縱向調(diào)節(jié)，單元掛接耳板實(shí)現(xiàn)橫向調(diào)節(jié)，不銹鋼調(diào)節(jié)螺栓實(shí)現(xiàn)高度方向調(diào)節(jié)，整體實(shí)現(xiàn)幕墻系統(tǒng)的三維調(diào)整。調(diào)整定位完成后，安裝L形防跳裝置。單元框通過三維調(diào)節(jié)掛耳安裝完成后進(jìn)行復(fù)測，在模型中導(dǎo)出單元框的坐標(biāo)明細(xì)，并通過全站儀對單元框安裝位置進(jìn)行復(fù)核，對偏差過大的單元框進(jìn)行調(diào)節(jié)（圖10～圖12）。

圖10 掛件模型示意

圖11 掛件安裝節(jié)點(diǎn)

圖12 小單元安裝模型

6）面板安裝。面板通過角碼固定于小單元龍骨上，角碼與龍骨之間墊橡膠片。面板安裝時注意保護(hù)面板不被磕碰，保護(hù)膜待安裝完之后撕掉。帶有保護(hù)膜的面板應(yīng)在安裝后2 d內(nèi)進(jìn)行撕膜工作，防止因保護(hù)膜長時間暴露在室外導(dǎo)致老化，影響施工進(jìn)度。

3.4 成品保護(hù)

產(chǎn)品在加工完成并貼保護(hù)膜后采用木皮外包，每個鏡面板板塊之間設(shè)置軟質(zhì)泡沫板，每一組30塊打一個木箱，裝車運(yùn)輸，現(xiàn)場用叉車整體倒運(yùn)木箱。

4 結(jié)語

項(xiàng)目部通過運(yùn)用BIM＋的新型施工工藝來安裝錯位異形幕墻系統(tǒng)，使得幕墻在加工生產(chǎn)、運(yùn)輸成品保護(hù)、安裝等各環(huán)節(jié)保證了質(zhì)量，圓滿完成了對折線錯位異形幕墻施工方式的技術(shù)創(chuàng)新。經(jīng)檢驗(yàn)，該技術(shù)在縮短工期、節(jié)省成本的前提下，滿足了面板表面的平整度、膠縫美觀度等質(zhì)量要求，為其他項(xiàng)目異形幕墻施工提供了參考，具有很好的推廣應(yīng)用價值。