王傳策 孫勝寬
在建筑工程施工中,玻璃幕墻的應用能夠展現(xiàn)建筑項目的整體美觀設計,現(xiàn)場安裝施工人員應在具體工程中采用科學合理的專業(yè)措施,保證玻璃幕墻的整體施工質量,達到設計標準。隨著建筑施工水平的不斷提升,玻璃幕墻的外在設計與安裝形式也有所創(chuàng)新。在雙曲面玻璃幕墻的施工建設中,應采用更加先進的施工理念與施工技術,如應用建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)三維設計技術及其建模工具,提升項目設計水平與施工效率,保證施工工藝取得圓滿的建筑效果。
平頂山市“四館一中心”項目幕墻工程中,科技館2 層以上幕墻龍骨鋼結構,主體結構為混凝土框架,幕墻龍骨為鋼結構。鋼柱截面為□250×16,鋼 梁 為 組 焊□350×200×6×8、□ 3 5 0 × 2 0 0 × 1 0 × 2 0 、□350×200×12,主 要 鋼 板 材 質 為Q355B,高強度螺栓擬采用10.9 級大六角螺栓;鋼結構耐火等級為一級,擬使用厚型防火涂料。本工程施工過程中應注意構件的焊接質量、焊接變形控制與矯正,以及高強螺栓連接孔的準確性。
在安裝施工過程中,需注意對異形玻璃的加工、運輸、安裝進行全過程質量控制。由于玻璃框架為不規(guī)則多邊形,并且?guī)讉€交接部位要保證共面,因此對鋼結構施工及后續(xù)幕墻框架安裝提出極高要求,安裝過程中每個三維交接點應利用全站儀準確定位,以滿足設計要求。通過三維激光掃描儀和全站儀全面測量主體結構,用BIM 模型確定每1 塊玻璃板塊的加工參數(shù),對每1 個玻璃板塊進行編號。在運輸過程中采用專用轉運架保證板塊不損壞,在安裝過程中進行多點定位測量,及時吸收土建和幕墻安裝誤差,確保安裝精度和整體造型的流暢性。項目規(guī)劃效果如圖1 所示。
圖1 項目規(guī)劃效果圖(來源:平頂山市四館地塊修建詳細規(guī)劃)
在正式施工前,首先應進行數(shù)據(jù)采集分析工作,利用全站儀、三維激光掃描儀等專業(yè)儀器全方位測量建筑主體結構,統(tǒng)計現(xiàn)場實際測定的坐標數(shù)值。其次,應用BIM 軟件構建三維模型,并通過BIM 模型確定每個板塊的施工參數(shù),根據(jù)實際情況調整設計圖紙中玻璃幕墻與鋼結構之間的距離,保證其滿足施工要求[1]。再次,還應分塊處理BIM 模型,分析整理不同模塊的參數(shù),確定出每個模塊的加工尺寸,特別是有彎曲的弧形模塊,須通過BIM 模型計算其半徑數(shù)值。最后,將各個模塊壓平,確定其展開后的平面尺寸,交付工廠加工。
在安裝基層龍骨鋼結構之前,應先將胎架安裝完畢,并復核其安裝效果,待雙曲達到設計標準后再安裝龍骨鋼結構。安裝完龍骨與支撐點后,應測驗整個基層和夾具等,若測量數(shù)據(jù)有所偏差,需根據(jù)設計圖紙進行調整,鋼結構的安裝必須符合雙曲面玻璃幕墻施工的工藝要求。結合結構特點,計劃采用多排腳手架進行幕墻框架施工,飾面安裝擬采用電動吸盤配合吊車施工,其中腳手架和高空作業(yè)車同步配合。
2.2.1 整體施工復雜
建筑行業(yè)整體施工技術逐漸提高,施工復雜性也隨之增加。在玻璃幕墻的安裝施工中,幕墻設計形式多樣,有雙曲面、碗狀、酒杯狀等;幕墻的垂直方向不盡一致,所受的荷載也不同,施工難度有所增加。雙曲面玻璃幕墻的整體施工結構比較復雜,施工材料有鋼結構與玻璃結構,材料性質不同,尺寸、種類也多樣,需要現(xiàn)場工作人員按照具體工程情況,采用合理的施工技術,確保工程施工符合相關標準[2]?;陧椖渴┕さ膹碗s性,在玻璃幕墻施工開始前,現(xiàn)場施工人員應和設計單位充分溝通,并全面分析設計方案,評估其施工可行性;同時,還應充分考慮雙曲面玻璃幕墻施工中的影響因素,并在施工中注意規(guī)避此類問題,避免出現(xiàn)返工,保證施工順利高效進行,從而保障施工質量。
2.2.2 三維設計造型難度高
傳統(tǒng)的玻璃幕墻多為平面形式與線型構造設計,玻璃也以平板結構居多;雙曲面玻璃幕墻從設計理念到施工工藝均有所不同,本身呈現(xiàn)出三維空間造型,玻璃的構造也存在彎曲、弧形設計,三維設計造型難度高。因此,在雙曲面玻璃幕墻的設計中,需要考慮的因素大大增加,對整體設計提出更高的要求。BIM軟件在建筑行業(yè)的應用具有重大意義,其數(shù)據(jù)處理、三維建模、動態(tài)監(jiān)控等模塊更是具有很強的應用價值。在雙曲面玻璃幕墻建模中,要善于應用BIM 技術,做好裝修、給水排水、電氣以及暖通等方面的專業(yè)碰撞測試,降低碰撞發(fā)生,消除潛在的空間沖突;還應結合具體工程作相應的優(yōu)化調整,各專業(yè)之間應注重協(xié)調搭配,促進工程施工順利進行[3]。設計中對關鍵點位的確定應力求精準,以使后期的放線測量、鋼結構加工、玻璃幕墻安裝等施工作業(yè)保質保量完成。
2.2.3 施工難點多
雙曲面玻璃幕墻設計在其建設安裝過程中需要注意的問題較多,包括工程質量與施工安全性等方面。例如在玻璃幕墻中通常采用的“直拼弧”施工方式,在雙曲面玻璃幕墻中不一定適用。盡管“直拼弧”方式具有簡單方便的施工優(yōu)勢,但在雙曲面玻璃幕墻的施工中可能會出現(xiàn)接觸位置太過生硬的問題,使施工效果大打折扣,影響工程的整體設計效果[4]。因此在雙曲面玻璃幕墻工程中,要注意靈活運用傳統(tǒng)施工工藝,并對傳統(tǒng)工藝進行優(yōu)化升級,使之符合新的安裝要求,以達到預期的設計效果。雙曲面玻璃幕墻的建設安裝,具體面臨的施工難點主要有玻璃幕墻造型復雜、異形、曲面多、體量大、項目交叉施工多、施工作業(yè)多、管理質量要求高、施工交接收口多、安裝難度大以及前期設計難度大。
首先,應檢測前期結束的土建工程,明確其基準標高與圓心點位,測量各層半徑數(shù)值,并根據(jù)掌握的數(shù)據(jù)求出結構偏差,并上報現(xiàn)場測量的數(shù)據(jù);設計人員通過處理數(shù)據(jù),設計出雙曲面玻璃幕墻工藝參數(shù)和控制網(wǎng)圖,以供項目基層與面層安裝施工。其次,應根據(jù)設計軸線與標高位置測量屋面梁、地錨以及各樓層鋼結構水平支撐桿的縱向軸線與標高等,形成控制網(wǎng),滿足支撐結構與幕墻的相關要求。在雙曲面玻璃幕墻的施工中,幕墻對安裝基座與玻璃尺寸的精度要求很高,這需要進行返尺測量。通過在網(wǎng)狀結構交點位置設置反射片,利用全站儀進行觀察測量,記錄測量數(shù)據(jù),再交換返尺三維數(shù)據(jù)與計算機數(shù)據(jù),轉換為設計圖紙中相應的點。在此過程中,可以將三維空間結構轉化為二維平面,方便確定相應位置的數(shù)值[5]。
3.2.1 基層龍骨安裝
基層龍骨安裝對整個工程項目具有重要的影響,為保證其安裝效果與設計相符,應在安裝前制作胎架并按照要求進行安裝,當雙曲符合標準后才可以進行基層鋼結構龍骨的安裝施工。在胎架安裝搭建過程中,先要根據(jù)安裝情況校正點位,保證其與模型圖中的點位相符,按照設計圖紙準確、安全地完成安裝;然后檢測并校正整體桁架,若存在偏差,應進行調整,使偏差數(shù)值處于施工允許的合理范圍內。胎架安裝結束后,應安裝鋼管龍骨,安裝時應復核設計標高并定位半徑,達到設計要求后放出鋼結構龍骨的定位線。安裝完成后進行焊接;先點焊,復核無誤后進行滿焊,之后再次校核龍骨位置,如果有偏差應及時修正。完成后放出另一個方向上的龍骨,按照前述程序進行焊接,再用全站儀復核基層,滿足雙曲面玻璃幕墻的技術參數(shù)與控制網(wǎng)圖要求后進行滿焊,焊接完成后需檢查焊縫質量,須達到設計要求[6]。鋼結構龍骨安裝圖如圖2 所示。
圖2 鋼結構龍骨安裝圖(來源:截取自平頂山市“四館一中心”項目鋼結構工程深化圖紙模型)
3.2.2 鋼柱安裝
鋼柱安裝采用塔吊或50 t 履帶吊安裝,安裝從一端向另一端同時推進,邊安裝邊矯正。鋼柱就位軸線調整采用專用角尺檢查,調整時需3 人操作,一人移動鋼柱,一人協(xié)助穩(wěn)定,另一人進行檢測,就位誤差確保在3 mm 以內。鋼柱標高調整時,先在柱身標定標高基準點,然后使用水準儀測定其差值,再使用鋼板墊塊調整柱頂標高。鋼柱的垂直度校正,先進行初校正:斜柱用線墜和盒尺配合測量傾斜角度,角度無誤后用臨時支架支撐鋼柱;再進行精確校正:待主框架形成后用兩臺經(jīng)緯儀從柱的兩個側面同時觀測,依靠纜風繩進行調整。鋼柱安裝效果如圖3 所示。
圖3 鋼柱安裝效果圖(來源:截取自平頂山市“四館一中心”項目鋼結構工程深化圖紙模型)
3.2.3 鋼梁安裝
鋼梁在現(xiàn)場必須碼放整齊,每層鋼梁中間必須墊放枕木,鋼梁吊裝兩個吊點選擇在鋼梁的重心兩側,吊點之間的距離至少應大于1 m,并按照鋼梁的尺寸合理增減兩個吊點的間距。鋼梁起吊時,需要在兩端分別懸掛兩根繩索,由兩名施工人員分別拉住繩索,在鋼梁兩端放置高強螺栓的專用布袋。次梁和較輕的鋼梁采用φ17 鋼絲繩和卡環(huán)吊裝方式,捆好后由信號工指揮起吊,小于300 mm的鋼梁采取捆綁式起吊。當鋼梁起吊至待定位置上空時,開始準備就位工作;將鋼梁的下落速度控制在3 m/min,并安排兩名安裝工站在鋼梁安裝作業(yè)面處,準備安裝鋼梁。鋼梁接近待定位置時,兩名安裝工人要用手扶住鋼梁的上翼緣,將鋼梁拖至待定位置,用撬棍將鋼梁連接孔與柱連接板的連接孔穿通,并不斷晃動直至其余螺栓孔都準確對位;然后先在連接板四個角處穿入臨時螺栓,再穿入高強螺栓并替換已穿入的臨時螺栓。
3.2.4 支點夾具安裝
夾具安裝時,首先應使用全站儀進行放線定位,按照計劃的點位與編號精確測量夾具的安裝位置,在外圍焊接部分輔助角鋼,協(xié)助夾具精準安裝;然后在相同的水平標高下,構建曲線與多邊形之間的數(shù)學關系[7]。其次,利用全站儀測定角鋼在計算機輔助技術(Computer Aided Design,CAD)軟件上的具體位置,并截取夾具的直線距離,對結構面作垂直線,其余結構面的交點即為夾具的位置所在。確定夾具的位置點后,應確定夾具四邊與縱向、水平方位的關系,保證夾具四邊的弧形角度一致,方便后續(xù)工作。
主要采用BIM 技術對項目實施設計協(xié)調和施工管理,在幕墻深化設計階段主要考慮參數(shù)化模型創(chuàng)建及深化、工程量概算和歸類統(tǒng)計以及實體模型的BIM應用等,還需重視二維與三維的圖紙與數(shù)據(jù)聯(lián)動、施工圖深化設計和加工出圖。在幕墻生產加工階段,需明確預拼裝和加工精度控制,精算工程量,批量獲取和輸出加工數(shù)據(jù)。在幕墻現(xiàn)場施工階段,可以利用4D 施工進度模擬,把控施工進度,做好空間安裝定位和三維測量,方便現(xiàn)場施工的順利進行。
在本工程中,應充分考慮玻璃的性質,利用機械起吊裝備進行吊裝施工;在施工現(xiàn)場,要對準備安裝的玻璃表面質量、尺寸以及弧度進行全方位的檢測,且要對玻璃鋼化情況進行檢測[8]。在吊裝玻璃時,應遵循先上后下的順序逐層安裝,由于玻璃的質量、體積都比較大,因此安裝主要借助起重機完成,將玻璃提升至安裝平臺后進行定位安裝。玻璃幕墻的安裝需要進行高空作業(yè),安裝全程要注意施工安全,保證施工質量。現(xiàn)場吊裝施工如圖4 所示。
圖4 現(xiàn)場吊裝施工(來源:廠家提供的幕墻安裝圖)
要保證雙曲面玻璃幕墻的工程質量,建立并完善工程質量控制體系非常必要,應設置專門的管理人員負責把控施工質量[9]。同時,管理部門應制定科學合理的施工流程圖,完善工程質量驗收機制,增強對工程質量的管控。應按照施工計劃合理施工,保證工程質量,從最基本的管理與施工兩個方面確保工程質量。
編制科學合理的施工方案是項目工程高質量推進的理論依據(jù)。施工方案的編制首先應與項目工程的具體情況相符,嚴格按照施工規(guī)范與設計參數(shù)編制。其次,充分考慮施工項目的建設環(huán)境與施工條件,結合項目本身設計的獨特性,切實提高施工方案的可行性與指導性,提高現(xiàn)場施工效率,保證施工方案順利執(zhí)行。
現(xiàn)場施工人員應與設計單位的工作人員保持溝通,在施工中遇到緊急情況時要及時協(xié)商并采取有效措施。特別是工程項目最前線的施工人員,其作業(yè)水平、施工方案的執(zhí)行力度與圖紙設計密切相關。因此,一定要做好施工人員的技術交底,防止出現(xiàn)施工與圖紙不符的情況。在施工作業(yè)時,應在現(xiàn)場配置專業(yè)的技術人員,做好施工過程的跟蹤工作,及時處理施工中出現(xiàn)的突發(fā)情況,對施工人員做好現(xiàn)場指導,盡可能在施工過程中解決問題。
雙曲面玻璃幕墻施工過程中,會用到鋼結構、玻璃結構、混凝土等多種原材料,把控原材料的質量能從根本上保證施工質量。因此,施工時要嚴格把關原材料的質量,檢查鋼結構的強度、型號、質量合格證等,使其符合施工要求;同時也要重視玻璃結構的性質,確保最基礎的材質不出現(xiàn)問題[10]。除了要保證原材料的質量,還應確?,F(xiàn)場使用的儀器與設備的精確性與安全性,避免出現(xiàn)測量誤差、加工有誤等情況。
為保證雙曲面玻璃幕墻順利施工,提高施工質量,相繼出現(xiàn)了以下專利:《一種基于BIM 的異形幕墻信息管理方法》,已申請專利,受理號為CN202110704771.9, 授 權 公 告 號為CN113378278A;《一種幕墻結構及其施工方法》,已申請專利,受理號為CN202110731333.1,授權公告號為CN113389306A;《一種自動液壓式輔助幕墻固定安裝裝置》,已申請專利,受理號為CN202111551441.7,授權的公告號為CN114033193A,均形成了自主知識產權。
通過研究大型場館雙曲面玻璃幕墻的施工過程,改進異型雙曲面玻璃幕墻的施工工藝,有效解決了施工難的問題,提高了施工效率,縮短了施工工期。通過科技自主創(chuàng)新,在應用上較傳統(tǒng)工藝有較大優(yōu)勢,進一步增加了雙曲面玻璃幕墻施工過程的安全性,提高了勞動生產率,節(jié)省了施工成本。
建筑工程的工藝水平在不斷提高,市場對建筑幕墻的設計與質量要求也越來越高,造型新穎、實用性強的玻璃幕墻設計被更多采納,雙曲面玻璃幕墻也是建筑設計師的選擇之一。在平頂山市“四館一中心”項目幕墻工程中,應用BIM技術設計三維模型提升了設計水平,施工時嚴格要求測量放線、鋼結構生產安裝以及玻璃幕墻的現(xiàn)場安裝等施工技術,保證了雙曲面玻璃幕墻的施工安全與工程質量。