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(xiàn)錯(cuò)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(wèn)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(duì)此類(lèi)幕墻的特點(diǎn)，通過(guò)“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(xiàn)錯(cuò)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(wàn) m2，包括大劇院、文化展廳、未來(lái)館、酒店、半月廣場(chǎng)商業(yè)中心以及單建地下車(chē)庫(kù)，幕墻投影面積約19.2萬(wàn) m2，展開(kāi)面積29萬(wàn) m2、幕墻鋼結(jié)構(gòu)用量7 000 t，其中折線(xiàn)錯(cuò)位異形幕墻體系展開(kāi)面積約25萬(wàn) 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(xiàn)錯(cuò)位幕墻（圖1），施工放線(xiàn)難度大。如何在鋼結(jié)構(gòu)安裝的同時(shí)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(wú)規(guī)則，現(xiàn)場(chǎng)施工難度很大，對(duì)施工工期影響大。

圖1 折線(xiàn)錯(cuò)位幕墻龍骨

2.2 提料煩瑣，材料準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)

本項(xiàng)目整體形式復(fù)雜，造型過(guò)多，面板基本都是異形材料，材料計(jì)劃提取耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，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(huì)的召開(kāi)，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(xiǎn)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(kāi)始施工。29萬(wàn) m2面板的提料占用時(shí)間長(zhǎng)，不利于工期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

3 施工工藝研究

針對(duì)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(guò)歸納總結(jié)，對(duì)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(duì)幕墻體系進(jìn)行優(yōu)化、簡(jiǎn)化，基于現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)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(guò)深化設(shè)計(jì)，優(yōu)化幕墻龍骨結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)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(guò)實(shí)體復(fù)核建立模型，結(jié)構(gòu)往往會(huì)有偏差，按照建模師的要求對(duì)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)核，將現(xiàn)場(chǎng)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(guò)模型的模擬施工功能，檢測(cè)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(duì)施工步驟進(jìn)行提前調(diào)整優(yōu)化，避免施工開(kāi)始后出現(xiàn)問(wèn)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(chǎng)管理人員及組裝工人可通過(guò)移動(dòng)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(xiàn)錯(cuò)位異形幕墻造型復(fù)雜，定位困難，面板提料煩瑣。通過(guò)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(xiàn)錯(cuò)位異形幕墻分解成簡(jiǎn)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(guò)參數(shù)化，將幕墻面材材料提取出來(lái)，經(jīng)項(xiàng)目部技術(shù)人員調(diào)整并報(bào)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(xiàn)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(wèn)題和做好準(zhǔn)備工作，確定項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)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(gè)單元3個(gè)定位點(diǎn)x、y、z三維坐標(biāo)，導(dǎo)出參數(shù)表和編號(hào)圖用于現(xiàn)場(chǎng)定位安裝。

2）測(cè)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(guò)全站儀建立多個(gè)測(cè)站點(diǎn)（保證兩點(diǎn)通視，并且可以測(cè)設(shè)整個(gè)幕墻立面）。水平控制線(xiàn)主要以主體結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)，通過(guò)水準(zhǔn)儀在外圍各立面標(biāo)記標(biāo)高線(xiàn)。按照幕墻龍骨定位圖，根據(jù)平面控制網(wǎng)、標(biāo)高線(xiàn)測(cè)設(shè)每根主龍骨的定位，每根主龍骨需測(cè)設(shè)2個(gè)點(diǎn)，確保龍骨的角度正確（圖7）。

圖7 主龍骨放線(xiàn)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(duì)單元板塊分析歸集，減少了單元板塊的種類(lèi)，將484種折線(xiàn)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(cuò)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(guò)轉(zhuǎn)接件與主體結(jié)構(gòu)連接，是整個(gè)幕墻系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，其安裝的準(zhǔn)確性會(huì)影響后期單元框及面板的安裝質(zhì)量。主龍骨按照現(xiàn)場(chǎng)放線(xiàn)點(diǎn)進(jìn)行定位安裝，在進(jìn)行異形幕墻的主龍骨安裝時(shí)須控制垂直度及角度。

4）單元鋼框架后場(chǎng)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(duì)施工勞務(wù)進(jìn)行交底，在后場(chǎng)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(chǎng)加工區(qū)首先制作單元框組裝臺(tái)模（圖8），單元框在臺(tái)模上進(jìn)行組裝。單元框后場(chǎng)加工每完成一個(gè)后，對(duì)其進(jìn)行防腐處理，然后歸類(lèi)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(chǎng)。單元框加工完成后需校驗(yàn)其質(zhì)量，利用鋼卷尺測(cè)量組裝后單元框的寬度、長(zhǎng)度、對(duì)角線(xiàn)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(tái)模

圖9 單元框后場(chǎng)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(guò)標(biāo)高線(xiàn)確定每個(gè)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(shí)，先將單元掛接耳板與單元框架連接（后場(chǎng)加工區(qū)焊接）；然后將L形單元支座通過(guò)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(guò)頂絲不銹鋼螺栓實(shí)現(xiàn)掛接。L形單元支座開(kāi)水平長(zhǎng)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(guò)三維調(diào)節(jié)掛耳安裝完成后進(jìn)行復(fù)測(cè)，在模型中導(dǎo)出單元框的坐標(biāo)明細(xì)，并通過(guò)全站儀對(duì)單元框安裝位置進(jìn)行復(fù)核，對(duì)偏差過(guò)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(guò)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(shí)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(zhǎng)時(shí)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(gè)鏡面板板塊之間設(shè)置軟質(zhì)泡沫板，每一組30塊打一個(gè)木箱，裝車(chē)運(yùn)輸，現(xiàn)場(chǎng)用叉車(chē)整體倒運(yùn)木箱。

4 結(jié)語(yǔ)

項(xiàng)目部通過(guò)運(yùn)用BIM＋的新型施工工藝來(lái)安裝錯(cuò)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(mǎn)完成了對(duì)折線(xiàn)錯(cuò)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(mǎn)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(jià)值。