吳小平，曹繼柏

（浙江省建筑設(shè)計研究院，浙江 杭州 310006）

隨著我國城市化發(fā)展進(jìn)程的加快，為提高城市建筑的觀賞性和地標(biāo)性，力爭成為城市的新亮點、新形象、新名片，因而對城市建筑的外在形態(tài)越來越重視。建筑幕墻外觀藝術(shù)表現(xiàn)形式越來越多樣化，不規(guī)則異型幕墻的應(yīng)用越來越廣泛，從而對幕墻的設(shè)計制作、施工技術(shù)要求也越來越高。本文依據(jù)具體的實例，從施工技術(shù)的角度對雙曲面雙層鏤空烤瓷鋁板異型幕墻的施工工藝、施工的重點和難點進(jìn)行分析探討。

1 工程概況與特點

杭州運河大劇院位于杭州市拱墅區(qū)杭州運河中央公園內(nèi)，公園總用地94324 m2，總建筑面積約69871 m2，地下2層局部3層，地上4層，其中北側(cè)地下公共停車庫22106 m2，劇院地下設(shè)備用房及配套服務(wù)設(shè)施用房28416 m2，劇院地上面積19000 m2。劇院主要包括一個1200座通用劇院和一個400座多功能小劇院。

本項目幕墻工程主要由雙層鏤空烤瓷鋁板幕墻、豎明橫隱玻璃幕墻、超高性能混凝土（UHPC）浮雕板幕墻、天然石材及氟碳鋁單板幕墻等多種形式組合，整個幕墻系統(tǒng)面積約為32000 m2。其中雙層鏤空烤瓷鋁板幕墻部分占比最大，面積約為7200 m2，造型最具特色，整體平面和立面呈多層弧形，提取了“運河水文化”的理念，流水線條蜿蜒而上，追求豐富的造型層次感，體現(xiàn)出運河文化的底蘊，打造成別具風(fēng)格的劇院（圖1）。

圖1 杭州運河大劇院項目效果

2 施工工藝

2.1 材料性能

雙層鏤空烤瓷鋁板幕墻采用4 mm厚烤瓷鋁板，烤瓷鋁板是一種高科技綠色環(huán)保型建筑裝飾材料，鋁板表面采用二氧化硅（SiO2）無機硬質(zhì)涂層處理，通過高溫烘烤固化后，形成類似于陶瓷的涂層，顏色為白色，平均膜厚度大于40μm，表面硬度達(dá)到5H以上，光澤度需達(dá)到40以上，在50 kg／cm2沖擊下無裂痕，油漆無脫落，產(chǎn)品顏色連續(xù)一致［1］。

在烤瓷鋁板材料定樣時，對顏色、光澤度、表面硬度及自潔性等方面要求廠家生產(chǎn)加工、小樣確定、大樣安裝等流程設(shè)計多次反復(fù)試驗和比選，最終確定烤瓷鋁板顏色色號RAL9016K，光澤度達(dá)到70，表面硬度達(dá)到9H，自潔性較好。

2.2 幕墻構(gòu)造

雙層鏤空烤瓷鋁板金屬網(wǎng)幕墻主要由幕墻支撐鋼桁架、連接鋼方管和鋼板、橫向鋼梁、水平圓管撐、單元式方鋼管網(wǎng)架、雙層鏤空式烤瓷鋁板金屬網(wǎng)、金屬網(wǎng)周邊縱橫向烤瓷鋁板、背面氟碳漆鋁單板、泛光照明洗墻燈外側(cè)不銹鋼板及烤瓷鋁板等構(gòu)成。

金屬網(wǎng)幕墻與主體連接方式分為三類：1）與主體混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)埋件采用鋼方管連接；2）與幕墻支撐鋼桁架采用鋼方管連接；3）與玻璃幕墻直角鋼管（精制鋼）框架采用鋼板連接。

2.3 施工工藝流程

雙層鏤空烤瓷鋁板金屬網(wǎng)幕墻施工工藝流程［2］見圖2。

圖2 施工工藝流程

3 施工技術(shù)措施

3.1 工程重難點

大劇院烤瓷鋁板幕墻含孔正面投影面積7200 m2，烤瓷鋁板展開面積13800 m2，共分成216個單元金屬網(wǎng)，含3390個金屬網(wǎng)孔。各組鏤空烤瓷鋁板及各片烤瓷鋁板弧度、尺寸大小均不一樣，稍有偏差就會影響整個幕墻雙曲面造型。

本工程幕墻為雙曲面異型幕墻，對安裝定位精度要求高，測量放線施工定位難度大，測量控制點位多，適應(yīng)幕墻面板的曲率變化，確保曲面模型曲率及光滑度滿足設(shè)計及視覺效果要求是非常重要的，見圖3。

圖3 幕墻三維BIM模型

3.2 建模與單元板塊劃分

運用Rhino、AutoCAD軟件三維BIM建模，根據(jù)金屬網(wǎng)分片分成A、B、C、D、E共5大片，每片按照腰線上下分成2塊，現(xiàn)場根據(jù)造型特點，按照由上至下、由內(nèi)到外（E→D→B→C→A）的施工順序進(jìn)行。

如果采用傳統(tǒng)的腳手架和吊籃施工方式，建筑呈不規(guī)則多層次弧形變化，無法采用施工吊籃安裝作業(yè)，大部分區(qū)域采用外腳手架操作難度大，腳手架搭設(shè)量大、難度大、工期長、措施費用高。需要將每根鋼結(jié)構(gòu)主龍骨、次龍骨依次安裝到外墻面，然后再將每塊不同尺寸烤瓷鋁板、鋁單板安裝到龍骨上，外弧面離墻的最遠(yuǎn)距離為1500 mm，最近距離只有300 mm，安裝異常困難。

鑒于以上原因，采用單元式鋼網(wǎng)架裝配施工，主要采用汽車吊、塔吊、曲臂式升降車、剪叉式登高升降車吊裝及安裝作業(yè)，少數(shù)部位搭設(shè)腳手架安裝操作，有以下優(yōu)點：

1）效率高。單元式鋼網(wǎng)架與鋼結(jié)構(gòu)主龍骨（含連接鋼板鋼方管、橫向鋼梁）加工、安裝能夠同時進(jìn)行，單元式鋼網(wǎng)架地面加工制作難度小，可以大大提高制作安裝效率。

2）精度高。大劇院為雙曲面雙層鏤空烤瓷鋁板異型幕墻，總共216塊大小不一的弧形單元烤瓷鋁板金屬網(wǎng)，對精度要求高，對應(yīng)的單元式鋼網(wǎng)架（次龍骨）在現(xiàn)場能夠嚴(yán)格把控制作精度，組合后的單元式鋼網(wǎng)架，最大網(wǎng)片達(dá)到8.9 m×8.9 m（含46個網(wǎng)孔），避免工廠制作后的運輸難和網(wǎng)架變形問題，可以確保安裝精度。

3）安全性高。單元式鋼網(wǎng)架吊裝，能夠大大降低工人高空散裝操作的安全危險性，傳統(tǒng)方式在腳手架上操作，龍骨種類數(shù)量多質(zhì)量大，安裝難度大，安裝操作繁瑣（圖4）。

圖4 單元式鋼網(wǎng)架吊裝

3.3 金屬網(wǎng)架三維掃描及材料下單生產(chǎn)

幕墻鋼網(wǎng)架安裝分段分片完成后，按照金屬網(wǎng)5大片區(qū)（A、B、C、D、E）分成5個施工段，為了避免鋼網(wǎng)架施工誤差對烤瓷鋁板安裝的影響，完成一個施工段進(jìn)行一次專業(yè)三維立體掃描。將現(xiàn)場鋼網(wǎng)架掃描成點云，通過點云建模得到現(xiàn)場鋼網(wǎng)架施工實體模型，然后將施工實體模型與理論模型疊加，找出碰撞區(qū)域的施工誤差，誤差大的現(xiàn)場鋼網(wǎng)架進(jìn)行施工調(diào)整，誤差小的可以通過調(diào)整烤瓷鋁板形態(tài)消除影響。

每一個施工段鋼網(wǎng)架調(diào)整完成后得到的最終實際施工三維模型，根據(jù)最終模型進(jìn)行烤瓷鋁板、氟碳漆鋁單板下單生產(chǎn)及雙層鏤空烤瓷鋁板焊接拼裝組合制作加工，加工成型的單塊雙層鏤空烤瓷鋁板，最大孔的面積達(dá)到3.8 m2。雙層鏤空烤瓷鋁板按照施工段分批加工分批進(jìn)場安裝。

3.4 鋁板安裝

首先，分單元完成各單塊雙層鏤空烤瓷鋁板安裝，各單元內(nèi)板塊之間的拼縫誤差必須要提前完成，拼接縫如果處理不好，就不能達(dá)到預(yù)期效果。每個單元板塊烤瓷鋁板金屬網(wǎng)往四周非鏤空烤瓷鋁板位置統(tǒng)一調(diào)整，可以消除鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)存在的較小誤差。然后在相鄰兩個單元烤瓷鋁板金屬網(wǎng)安裝完成后，現(xiàn)場緊跟進(jìn)行周邊縱橫向非鏤空烤瓷鋁板測量放樣及下單生產(chǎn)，確保安裝誤差在允許范圍內(nèi)縫寬均勻，平整度、雙曲面弧度曲率及光滑度滿足設(shè)計要求。最后背面氟碳漆鋁單板與泛光洗墻燈外側(cè)烤瓷鋁板腰線可同時安裝。鋁板接縫的打膠可在每個施工段有序穿插進(jìn)行，保質(zhì)保量按期完成幕墻工程。

4 結(jié)語

雙曲面雙層鏤空烤瓷鋁板異型幕墻應(yīng)從施工深化設(shè)計、BIM建模、材料加工與制作以及現(xiàn)場安裝進(jìn)行精細(xì)化控制，以確保施工質(zhì)量滿足設(shè)計及視覺效果要求。

1）采用三維BIM建模得到施工理論模型，以保證整體設(shè)計的設(shè)計精度。動畫模擬比選確定具體拼裝最優(yōu)施工方案，劃分流水施工段，快速提取各分項工程量。

2）采用單元式鋼網(wǎng)架裝配施工，現(xiàn)場嚴(yán)格控制各單元式彎弧鋼網(wǎng)架制作精度及吊裝精度，通過三維立體掃描得到施工實體模型與理論模型疊加，調(diào)整鋼網(wǎng)架較大的施工誤差，得到最終實際施工三維模型。根據(jù)最終模型工廠進(jìn)行雙層鏤空烤瓷鋁板焊接拼裝組合及其他烤瓷鋁板、氟碳漆鋁單板下單生產(chǎn)。

3）采用多次復(fù)核的方法進(jìn)行安裝，處理好各單元內(nèi)板塊之間的拼縫誤差，烤瓷板安裝形態(tài)消除鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)存在的較小誤差，從而保障建筑幕墻的美觀，提高建筑在城市中的觀賞性和地標(biāo)性。