王小艷，劉 淮，林怡標(biāo)

（1、廣州城建職業(yè)學(xué)院 廣州510925；2、深圳市卓藝建設(shè)裝飾工程股份有限公司 深圳510033）

0 引言

隨著社會(huì)的日益發(fā)展，人們對(duì)生活、居住、工作等環(huán)境都提出了更高的要求，建筑物的天花吊頂除具備線路遮擋、隔音等基本功能外，正向著美觀、藝術(shù)、富有人文特性上發(fā)展。GRG 玻璃纖維加強(qiáng)石膏板是一種經(jīng)過特殊改良后的裝飾材料，作為異形天花結(jié)構(gòu)材料，在空間上具有任意可塑性，能自然調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度，強(qiáng)度高、不變形、質(zhì)量輕、可呼吸，聲學(xué)反射性能好等特點(diǎn)［1，2］。

本文依托某國際購物中心裝飾裝修工程，研究其室內(nèi)GRG 海浪異形天花榫卯連接裝飾施工技術(shù)。該工程采用不規(guī)則高大空間天花結(jié)構(gòu)，室內(nèi)天花造型由大量曲面GRG 材料制作，呈海浪狀，因此對(duì)板材的排版下料、放線安裝等提出了很高的要求。

本工程異形天花施工范圍分為中庭、中庭左側(cè)段和中庭右側(cè)段3 個(gè)，每個(gè)施工范圍再分成3 個(gè)施工區(qū)域（各配備1個(gè)專業(yè)施工班組）分別施工。室內(nèi)裝飾工程每層天花面積約1 600 m2，由153塊裝飾板組成，各板材必須拼接出完美的圖形，施工精細(xì)化程度高，工程完成后的體驗(yàn)效果要求高，該天花綜合平面布置情況如圖1所示。

該天花造型為了達(dá)到仿海浪形態(tài)的施工效果，設(shè)計(jì)為非平面不規(guī)則形態(tài)，吊桿標(biāo)高呈現(xiàn)出多樣性、復(fù)雜性。本工程天花結(jié)構(gòu)面積大、造型復(fù)雜、高低不均，涉及專業(yè)多且專業(yè)性強(qiáng)，內(nèi)部管線繁多，深化設(shè)計(jì)量大。天花結(jié)構(gòu)分塊制作，安裝過程中，板塊與板塊之間、板塊與其它材料之間接縫多、接縫工作量大且接縫處理工藝要求高，導(dǎo)致施工時(shí)間長，接縫處理的好壞直接影響整體效果。為了解決這些施工難題，本工程借助BIM 技術(shù)全過程清楚地表達(dá)了空間造型及其信息，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。在安裝的過程中，依托BIM 技術(shù)研發(fā)并運(yùn)用了鉚釘連接和卡扣連接結(jié)構(gòu)相結(jié)合的新型榫卯連接施工技術(shù)。天花BIM 總模型圖如圖2所示。

1 海浪異形天花構(gòu)造要求

1.1 制作要求

圖1 某大型商業(yè)綜合體6#樓3層綜合天花圖Fig.1 Comprehensive Ceiling Diagram of the Third Floor of Building 6 of a Large Commercial Complex

圖2 海浪異形天花BIM總模型Fig.2 General BIM Model of Wave Shaped Smallpox

本工程所用GRG板材的制作，依據(jù)施工圖紙進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，拆分整體結(jié)構(gòu)，建立相關(guān)的BIM 構(gòu)件族庫，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)所有人員依據(jù)角色和權(quán)限調(diào)用需用到的角鋼、龍骨、連接件等族庫模型，完成排版下料成型。

1.2 安裝施工要求

安裝GRG 板材時(shí)需嚴(yán)格按照安裝節(jié)點(diǎn)圖和安裝定位圖施工。天花的安裝根據(jù)優(yōu)化后的設(shè)計(jì)圖紙采用M8螺桿連接GRG 板片上的預(yù)埋吊件［3，4］，確保整體結(jié)構(gòu)懸吊于轉(zhuǎn)換層鋼架上。

由于天花曲面的每個(gè)點(diǎn)的三軸坐標(biāo)都在變化，且每片板材的形狀尺寸均有所差異，天花的施工按優(yōu)化后的設(shè)計(jì)圖紙將每片板材精準(zhǔn)定位，同步標(biāo)示每片板材角點(diǎn)三維坐標(biāo)。所有板塊的相接部位預(yù)留10 mm拼接縫，在縫內(nèi)填充柔性粘接材料，縫隙填充滿后［5］，在板片間凹槽內(nèi)貼1～2層40 mm寬玻璃纖維網(wǎng)帶加強(qiáng)處理拼接縫，最后再次通過填縫補(bǔ)平拼接縫處凹槽，確保施工效果。

本工程采用BIM 軟件全過程模擬腳手架的現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)、天花轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的施工、板塊間伸縮縫的預(yù)留情況?，F(xiàn)場(chǎng)施工過程中直接將現(xiàn)場(chǎng)問題在BIM 模型中進(jìn)行批注，其他人員依據(jù)權(quán)限查看該批注，提高溝通效率，并可截取模型圖發(fā)送至外部單位人員協(xié)調(diào)。

2 基于BIM的深化設(shè)計(jì)

異形天花吊頂在制作之前，需對(duì)施工圖設(shè)計(jì)文件的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)一步優(yōu)化處理，將天花結(jié)構(gòu)的吊桿、二次結(jié)構(gòu)層、鋼龍骨、面層板材等部件進(jìn)行BIM 技術(shù)仿真模擬［6，7］，確保結(jié)構(gòu)層的施工及面層 GRG 板材的制作精準(zhǔn)無誤。

本工程通過Revit 等BIM 軟件建模并進(jìn)行仿真模擬，針對(duì)海浪異形天花的造型不規(guī)則變化，將其拆分為若干個(gè)天花單元，并將每個(gè)天花單元的吊頂板邊緣深化為榫卯連接節(jié)點(diǎn)，便于后期精細(xì)化施工。各天花單元同排GRG 分塊設(shè)計(jì)為同尺寸生產(chǎn)并按序編號(hào)，有序運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)。

根據(jù)對(duì)施工圖優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果，整體天花吊頂板優(yōu)先考慮拆分為橫向1 000 mm 的分塊，豎向拆分分格以燈帶的布置點(diǎn)及預(yù)留洞口設(shè)置點(diǎn)為分段點(diǎn)，從而便于校核GRG板材的拼接位置及板材標(biāo)高，如圖3所示。通過BIM軟件的仿真模擬，針對(duì)海浪異形天花的不規(guī)則變化，在每個(gè)天花單元板的中間部位設(shè)置觀測(cè)控制點(diǎn)，通過控制點(diǎn)的實(shí)時(shí)測(cè)量對(duì)整體天花結(jié)構(gòu)實(shí)施過程控制與管理［8］，以保證板塊拼接位置的準(zhǔn)確性和面板成型的造型完整、流暢。對(duì)于直接固定于主體結(jié)構(gòu)的吊頂轉(zhuǎn)換層鋼架，還需進(jìn)行結(jié)構(gòu)荷載計(jì)算。

圖3 天花拆分單元模塊Fig.3 Smallpox Split unit Module

3 基于BIM技術(shù)的節(jié)點(diǎn)榫卯連接技術(shù)研發(fā)

3.1 法蘭邊對(duì)敲螺栓連接方案

GRG 板材天花造型安裝，常規(guī)做法是將每塊預(yù)制的型材采用法蘭邊對(duì)敲螺栓連接方案進(jìn)行拼裝。施工過程中，拼裝天花造型型材時(shí)，將2塊型材邊界的孔洞用對(duì)敲螺栓穿過，然后添加法蘭盤再用螺母鎖緊固定，最后用GRG 石膏粉，使用白乳膠或801 膠水?dāng)嚢璧奶羁p粘接材料填充補(bǔ)平凹槽，以達(dá)到無縫效果，但存在容易開裂的隱患。

本工程吊頂頂面距離完成面均為1 200～4 000 mm，高度超過1 200 mm，需設(shè)置二次轉(zhuǎn)換層，原計(jì)劃施工節(jié)點(diǎn)按圖4 施工。若高度超過4 000 mm，則需設(shè)置3次轉(zhuǎn)換層?？紤]到如對(duì)敲螺栓使用不當(dāng)，會(huì)破壞法蘭邊的抗彎抗折性能，或影響板材天花連接程度，存在開裂隱患，且該工序繁瑣，施工工期長，不利于后期維護(hù)，該工程在板材天花安裝過程中研發(fā)并應(yīng)用了榫卯連接技術(shù)。

圖4 GRG板材與結(jié)構(gòu)連接示意圖Fig.4 Connection Diagram of GRG Plate and Structure

3.2 海浪異形天花拼縫榫卯連接技術(shù)研發(fā)

本工程天花均為大面積海浪異形天花板材，本文針對(duì)常規(guī)的GRG 石膏板材料采用法蘭邊對(duì)敲螺栓連接方案進(jìn)行拼裝，存在容易開裂隱患的質(zhì)量問題，借助BIM 技術(shù)對(duì)板材的拼縫技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，研發(fā)出天花榫卯連接技術(shù)。

天花復(fù)雜節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)及優(yōu)化方案在CAD 圖紙中無法清晰表達(dá)，但可以在三維模型中模擬［9］，本工程通過BIM 技術(shù)精確表達(dá)優(yōu)化后的節(jié)點(diǎn)模型，調(diào)整出入較大的設(shè)計(jì)方案。首先依托BIM 技術(shù)將整體天花拆分為若干小單元，單元體拆分為橫向1 000 mm、豎向?yàn)椴淮_定尺寸的規(guī)格，厚度12～15 mm，整體拆分示意如圖5所示。

圖5 整體天花拆分示意圖Fig.5 Schematic Diagram of Overall Smallpox Resolution

為簡化安裝工藝、縮短施工工期，以實(shí)現(xiàn)天花結(jié)構(gòu)的精細(xì)化施工，本工程在保證天花施工工程質(zhì)量的前提下，根據(jù)天花造型特點(diǎn)和材料結(jié)構(gòu)性能對(duì)GRG板材的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，采用鉚釘連接和卡扣連接方式相結(jié)合的做法。沿海浪水平方向采用鉚釘連接方式，在制作型材時(shí)，預(yù)先將鉚釘預(yù)埋到型材中，安裝過程采用鉚釘專用螺母扣接即安裝完成，無需借助施工工具，方便快捷?？圻B接方式在垂直于海浪水平方向（縱向波紋邊）進(jìn)行使用，利用型材自重特點(diǎn)，進(jìn)行卡扣連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在連接安裝時(shí)板塊與板塊之間增加橡膠墊片，避免板塊邊結(jié)構(gòu)破損，卡扣連接方式還需使用GRG專用膠固定加固。

優(yōu)化后的單元體在沿海浪水平方向（橫向波紋邊）板材中預(yù)埋鉚釘，預(yù)埋鉚釘間距為400～600 mm，安裝時(shí)，板材與板材之間增加橡膠墊，對(duì)準(zhǔn)拼裝板材孔口后插入備用鎖母配件鎖緊即可，如圖6所示。

圖6 單元模塊鉚釘節(jié)點(diǎn)及大樣Fig.6 Rivet Nodes and Details of the Unit Module

優(yōu)化后的單元體沿垂直于海浪水平方向（縱向波紋邊）板材邊采用卡扣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一邊板材為卡牙結(jié)構(gòu)，一邊板材為卡勾結(jié)構(gòu)，安裝在板材之間對(duì)準(zhǔn)扣緊，勾扣接觸處增加橡膠墊，再運(yùn)用專用膠粘固填充即可，如圖7所示。

圖7 單元模塊卡扣節(jié)點(diǎn)及大樣Fig.7 Snap Joints and Details of the Unit Module

沿海浪水平方向（橫向波紋邊），每2 片相接GRG板材預(yù)留10 mm 拼接縫，與傳統(tǒng)施工工藝類似，板材拼接邊緣處預(yù)留20 mm×5 mm 的填縫凹槽，2 片GRG板材拼接時(shí)先采用鉚釘連接，中間空隙處墊10 mm 橡膠墊片，視GRG板材厚度誤差大小調(diào)整橡膠墊片厚度或采用雙層墊片。拼縫內(nèi)填滿柔性材料，并在2 片GRG 板材間凹槽內(nèi)粘貼 40 mm 寬纖維網(wǎng)帶 1～2 層對(duì)拼縫進(jìn)行加強(qiáng)處理，最后再次通過填縫補(bǔ)平拼縫處凹槽，確保施工達(dá)到無縫效果，如圖8所示。

圖8 異形天花鉚釘連接BIM模型圖及大樣模型Fig.8 BIM Model of Special-shaped Ceiling Rivet Connection and Large-scale Model

垂直于海浪水平方向（縱向波紋邊），2片GRG板材拼接時(shí)采用卡扣連接，其他做法同鉚釘連接，如圖9所示。

在施工過程中借助預(yù)埋件與吊桿上的連接件進(jìn)行螺栓連接，吊桿固定于轉(zhuǎn)換層的吊點(diǎn)上，如圖10所示。

圖9 異形天花卡扣連接BIM模型Fig.9 BIM Model of Special-shaped Ceiling Snap Connection

圖10 GRG連接件連接方式示意及連接件實(shí)物Fig.10 Schematic of GRG Connector Connection and Connector Physical

3.3 安裝完成后成品質(zhì)量檢查

本工程GRG海浪異形天花施工后，隱蔽工程需驗(yàn)收安裝連接件是否符合標(biāo)準(zhǔn)、吊桿是否垂直、連接件榫卯、螺栓是否擰緊、加固，面層需驗(yàn)收安裝完成定型尺寸是否與實(shí)際完成面控制線相符合、邊角收口是否合理、安裝完成面板是否平整、光滑、順暢［10］。

成品質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)包含以下5 方面內(nèi)容：①骨架符合平直，焊縫符合規(guī)范要求，2 遍防銹漆處理；②GRG 安裝時(shí)檢查平整度；③接縫處理按照石膏板面板驗(yàn)收規(guī)范；④拼封處理前應(yīng)全面檢查平整度；⑤檢測(cè)閉合尺寸是否完成。

成品檢查項(xiàng)目及允許偏差如表1所示。

表1 天花成品檢查項(xiàng)目及允許偏差Tab.1 Inspection Items and Allowable Deviations of Smallpox Finished Products

本工程天花安裝采用榫卯連接施工技術(shù)，確保了超大面積海浪天花施工質(zhì)量、施工工期、施工安全和節(jié)能環(huán)保，工程一次成優(yōu)，施工完成后天花效果如圖11 所示。本國際購物中心裝飾裝修工程于2017 年12 月竣工驗(yàn)收，經(jīng)過2 年的安全正常使用，各項(xiàng)指標(biāo)都符合國家規(guī)范及使用要求，取得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。本工程獲得了“中國建筑工程裝飾獎(jiǎng)”、“第九屆中國國際空間設(shè)計(jì)大賽金獎(jiǎng)”、“全國建筑裝飾行業(yè)科技示范工程獎(jiǎng)”等榮譽(yù)。

圖11 施工安裝完成后天花效果Fig.11 Effect of Ceiling after Construction and Installation

4 結(jié)論

本工程應(yīng)用BIM 技術(shù)完成了對(duì)超大面積海浪異形天花復(fù)雜造型的建造模擬、三維設(shè)計(jì)、板塊加工、安裝定位與榫卯連接，實(shí)現(xiàn)了天花板精細(xì)化生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)高效化施工。應(yīng)用BIM 技術(shù)的GRG 海浪異形天花榫卯連接施工技術(shù)，使天花施工簡單，連接速度快、且精準(zhǔn)光滑，在提高工程施工質(zhì)量的同時(shí)縮短了施工工期，節(jié)約了施工成本，是一種很好的質(zhì)量改進(jìn)施工新技術(shù)。