王興華，黃慶祥，劉云剛，郭增強，王少華

（中建深圳裝飾有限公司，廣東 深圳 518003）

1 引言

航空輪胎大科學(xué)中心項目位于廣州市開發(fā)區(qū)花莞高速以南、永龍大道以東。該項目以航空輪胎動力學(xué)大科學(xué)裝置為核心，建設(shè)與之配套的航空輪胎博物館、硬核科技中心。項目規(guī)劃總占地面積25 267.33 m2，總建筑面積38 097.76 m2，最高樓高約70 m。項目建成后將作為世界一流水平的航空輪胎研發(fā)與創(chuàng)新基地，主要開展新型彈性材料設(shè)計開發(fā)、顛覆性智能彈性體材料、彈性體復(fù)合材料界面科學(xué)、航空輪胎前沿理論、輪胎數(shù)字孿生、輪胎動力學(xué)試驗等相關(guān)研究工作，解決我國航空輪胎“卡脖子”問題。

2 工程概況

大科學(xué)裝置單體作為航空輪胎整個項目的驅(qū)動核心，其建筑面積約9 714.32 m2，豎向輪胎建筑高度為52 m，水平方向輪胎高度為23.45 m，主要外立面幕墻包含1.0 mm 鋁鎂錳直立鎖邊金屬屋面+15 mm 蜂窩鋁板裝飾幕墻系統(tǒng)、采光頂玻璃幕墻、2 mm 厚防水鋁板+15 mm 蜂窩鋁板裝飾幕墻、墻面15 mm 蜂窩鋁板幕墻（打膠）+室內(nèi)鋁板幕墻、墻面玻璃幕墻等。

3 工程重難點、研究的方法

3.1 造型新穎，立面復(fù)雜

該項目造型獨特，幕墻外立面復(fù)雜。大科學(xué)裝置采用水平及豎向兩個輪胎拼接的特殊造型；該造型使幕墻外立面復(fù)雜，面板存在大量單曲和雙曲面板，部分面板具有唯一性[1]。

主體為鋼結(jié)構(gòu)，存在施工誤差，為達(dá)到復(fù)雜的外立面造型要求，就要確保BIM 模型的準(zhǔn)確性、現(xiàn)場測量放線數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、定尺下單及加工的準(zhǔn)確性以及現(xiàn)場安裝偏差控制的有效性。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)距離幕墻完成面距離大

大科學(xué)裝置橫向輪胎主體鋼結(jié)構(gòu)頂部標(biāo)高為20 m（橫向輪胎幕墻完成面標(biāo)高為23.45 m），幕墻完成面與主體之間高差3.45 m；豎向輪胎主體鋼結(jié)構(gòu)頂部標(biāo)高為49.2 m（豎向輪胎幕墻完成面標(biāo)高為52 m），豎向側(cè)面懸挑及環(huán)向懸挑最大距離達(dá)到2.8 m，幕墻找形難度大。

3.3 構(gòu)造層次多，施工難度大

大科學(xué)裝置橫豎向輪胎屋面幕墻系統(tǒng)采用直立鎖邊系統(tǒng)+15 mm 開放式蜂窩鋁板系統(tǒng)；系統(tǒng)構(gòu)造層復(fù)雜，材料種類多，主要幕墻系統(tǒng)為支撐體系+鋼網(wǎng)殼+防水板龍骨+保溫棉+防水板+蜂窩鋁板龍骨+蜂窩鋁板共7 層，每道工序都要使用高空車配合吊車安裝，高空作業(yè)時間長，工人效率低，嚴(yán)重制約項目如期完成。

4 施工工藝流程、研究的過程

4.1 BIM 技術(shù)保駕護航

大科學(xué)裝置雙輪胎造型獨特新穎，給幕墻的設(shè)計、施工帶來了極大的難度。具體包括以下幾方面：（1）建筑造型為模擬輪胎造型，致使幕墻立面存在大量雙曲面且進(jìn)出連接位置較多；（2）建筑主體為方正的鋼結(jié)構(gòu)，整個建筑外輪廓均由幕墻系統(tǒng)找形，這就導(dǎo)致幕墻從內(nèi)到外的面板體系材料、龍骨體系材料等繁多復(fù)雜；（3）現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)偏差較大，最大達(dá)到10 cm 以上，給幕墻的下單、加工及安裝帶來很大困難。

為了有效解決異型新穎的建筑造型、復(fù)雜的幕墻系統(tǒng)及建筑結(jié)構(gòu)偏差，經(jīng)過研究討論決定采用BIM 技術(shù)進(jìn)行項目設(shè)計下單及材料加工，配合現(xiàn)場施工。施工流程如下：

根據(jù)建筑設(shè)計提供的三維模型進(jìn)行幕墻BIM 模型設(shè)計→現(xiàn)場結(jié)構(gòu)測量放線反尺→幕墻BIM 模型檢測碰撞→根據(jù)檢測結(jié)果調(diào)整幕墻外立面模型→設(shè)計材料編號及表達(dá)方式→分批導(dǎo)出料單及加工圖→材料編號下單生產(chǎn)→按編號進(jìn)行加工組裝運輸→現(xiàn)場根據(jù)材料編號及BIM 導(dǎo)出布置圖安裝。

通過BIM 設(shè)計施工，有效提高設(shè)計水平、加工精度，提高生產(chǎn)、安裝質(zhì)量，有效縮短項目整體施工周期。

4.2 增加次鋼結(jié)構(gòu)體系找型

大科學(xué)裝置主體結(jié)構(gòu)為近方正鋼結(jié)構(gòu)，橫向輪胎幕墻完成面與主體之間高差3.45 m，豎向主體鋼結(jié)構(gòu)距離幕墻完成面最大距離達(dá)到2.8 m，為了在主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上達(dá)到幕墻完成面呈現(xiàn)的輪胎建筑造型，在幕墻體系與主體鋼構(gòu)體系間加設(shè)次鋼龍骨體系（見圖2），達(dá)到找形目的的同時使建筑整體受力體系更加合理[2]。

圖2 次鋼結(jié)構(gòu)找型體系

此體系鋼材用量為357.2 t，總鋼材桿件數(shù)量9 660 根。采用常規(guī)幕墻龍骨做法散件安裝，存在以下難點及問題。

1）放線精度、放線效率要求高：造型復(fù)雜且為連續(xù)環(huán)形曲面幕墻，所以放線定位精度要求非常高，誤差不能超過2 cm。

2）安裝精度控制要求高：環(huán)形輪胎造型致使每個環(huán)向曲面位置的標(biāo)高必須保持一致，否則會出現(xiàn)面板扭曲不平整、膠縫不齊等外觀缺陷。

3）鋼材出廠運輸及焊接都可能產(chǎn)生變形，上墻后需要花費大量人力去修復(fù)調(diào)直，且操作難度大。

4）措施利用率低、安全隱患大：施工工序多，每道工序都要依靠高空車和吊車完成，安全隱患大，措施費用高。

5）不利于工期實現(xiàn)：此方法無法快速建造，必須前道工序完成后才可進(jìn)行下道工序施工，搶工沒有工作面。

為了解決上述難題，研究決定采用次鋼龍骨裝配式吊裝方案。

4.3 裝配式安裝解決鋼結(jié)構(gòu)難題

4.3.1 裝配式安裝次鋼結(jié)構(gòu)總則

次鋼結(jié)構(gòu)體系采用地面拼接整體吊裝的裝配式施工做法。所有龍骨都在地面集中加工組裝成單元榀，采用汽車吊整體吊裝，大大提高了加工和安裝效率，同時降低了安全隱患，提高了設(shè)施和人工利用率。在加工區(qū)派專人焊接組裝鋼框架，質(zhì)檢檢測變形量，不合格的在地面直接調(diào)直，在地面直接解決鋼材焊接變形問題，保證整體安裝精度。

考慮本項目鋼網(wǎng)殼體系及幕墻鋼龍骨情況，裝配式安裝龍骨系統(tǒng)分為支座桁架體系+鋼網(wǎng)殼體系+幕墻鋼龍骨體系3 層裝配體系。

支座體系設(shè)計上需滿足強度要求（考慮Q325 或Q355 鋼材）；切割焊接誤差控制在5 mm 以內(nèi)；安裝定位準(zhǔn)確、安裝精度要求高。龍骨截面大、剛度高、分榀尺寸大；吊裝安裝注意吊點設(shè)置及焊接強度，并及時滿焊。龍骨截面較小、分榀尺寸不宜過大；吊裝過程需加焊臨時加強桿件支撐；最外側(cè)幕墻龍骨，安裝定位需準(zhǔn)確，部分位置通過支腿吸收上層安裝誤差。

4.3.2 施工工藝流程

施工工藝流程如圖3 所示。

圖3 施工工藝流程

4.3.3 操作要點

1）設(shè)計分榀

設(shè)計分榀原則：（1）單榀最長邊尺寸小于15m；（2）單榀質(zhì)量小于4 t；（3）模數(shù)化、規(guī)律性。

2）測量放線

首先利用3D 掃描儀對基層結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描，然后結(jié)合掃描結(jié)果進(jìn)行BIM 建模，通過BIM 模型與幕墻圖紙對比后調(diào)整圖紙尺寸，確保圖紙與現(xiàn)場主體結(jié)構(gòu)匹配。

深化設(shè)計及放樣：現(xiàn)場二次放線后重新返尺，將尺寸返回給深化設(shè)計師進(jìn)行造型精準(zhǔn)建模，使用BIM 技術(shù)將整個造型建立準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)模型，確定出骨架分塊尺寸以便返給現(xiàn)場進(jìn)行加工。

3）造型胎架制作

根據(jù)測量放線反饋數(shù)據(jù)，結(jié)合模型造型劃分胎架種類，平面鋼架僅放置在平面胎架上，進(jìn)行平面測距布置鋼件即可；弧形造型位置需定尺制作1 ∶1 特型胎架，在1 ∶1 特型胎架上進(jìn)行放線定位放置構(gòu)件。

根據(jù)造型尺寸，50 mm×50 mm 鋼方通焊接定制造型鋼結(jié)構(gòu)造型胎架。

4）成榀鋼架組裝

根據(jù)點位將鋼構(gòu)件布置在胎架上，點焊拼接固定組裝完成后，翻面進(jìn)行另面焊接并驗收焊縫，焊縫進(jìn)行要防腐處理，將成榀骨架吊運安裝區(qū)。

4.3.4 成榀鋼架吊裝

每榀設(shè)置多個吊點，吊裝人員、安裝人員、放線人員配備對講機，吊至安裝位置后根據(jù)放線人員放線控制進(jìn)行微調(diào)，調(diào)整到位后進(jìn)行點焊固定。滿焊完成吊裝。

5 結(jié)語

航空輪胎大科學(xué)中心項目幕墻大科學(xué)裝置異型造型建筑圓弧形屋面幕墻的實施，為行業(yè)場館類鋼結(jié)構(gòu)主體異型外幕墻施工技術(shù)研究進(jìn)行了有益的探索，滿足行業(yè)和社會發(fā)展的需要，代表了先進(jìn)施工水平，具有較好的推廣效益。本項目整體采用裝配式吊裝的方法進(jìn)行施工，與傳統(tǒng)方法對比具有以下優(yōu)點。

1）安全性對比分析：常規(guī)做法是切割成多段零散鋼材然后轉(zhuǎn)運到腳手架上進(jìn)行施工，零散配件容易造成高空墜物，先在地面焊接成一個整體，既方便轉(zhuǎn)運，又可以很好地避免高空墜物，從而保證安全。因本項目為異型造型，散裝構(gòu)件在高空定位復(fù)雜，在下面拼裝成品則化難為易，在地面進(jìn)行放線拼裝，降低施工難度。減少在腳手架/高空車上焊接作業(yè)，主要焊接拼接均在地面進(jìn)行，降低了火災(zāi)風(fēng)險。

2）工期對比分析：將次鋼龍骨在加工區(qū)進(jìn)行提前預(yù)制，待結(jié)構(gòu)移交后，便可直接進(jìn)行吊裝安裝，節(jié)省在墻面的作業(yè)時間，從而縮短了工期，且地面拼裝效率比在高處作業(yè)拼裝效率高很多。

3）成本對比分析：人工拼焊安裝效率提高2 ～3 倍，腳手架高空車等措施費用節(jié)省20%，材料損耗減少約30%。

為了更好地推廣裝配式施工及促進(jìn)裝配式吊裝施工的發(fā)展，首先確定裝配式施工方案，確保裝配式方案盡早落地；與吊裝設(shè)備廠家提前溝通，勘察場地，根據(jù)單榀質(zhì)量選用合適的設(shè)備進(jìn)場，安排好流水施工，充分利用好吊裝設(shè)備；若考慮現(xiàn)場加工組裝則盡可能多地考慮堆放及加工周轉(zhuǎn)機具站位場地；盡量減少鋼材折線拼焊作業(yè)，盡量采用拉彎成品鋼材；預(yù)判切材加工、拼焊、吊裝、滿焊環(huán)節(jié)的施工人員的合理比例，以保證每榀各項工作時長，順暢進(jìn)行流水作業(yè)，避免某個環(huán)節(jié)窩工。本項目實施階段合理人工比例約為1 ∶3 ∶3 ∶4，拼焊及滿焊人員短時階段考慮充沛。合理劃分單榀吊裝尺寸，單榀尺寸過大吊裝頻率小、單榀吊裝量大，但是易變形、調(diào)整安裝周期長、降低安全性、安裝誤差增大；尺寸過小易調(diào)整安裝但吊裝頻次過大，降低了裝配式安裝的效率。建議一般幕墻鋼網(wǎng)架龍骨控制在3 t 左右、80 m2以內(nèi)；班組的選擇盡量考慮有過裝配式吊裝施工經(jīng)驗的班組，班組必須配備全站儀及專門測量放線人員。