肖能強(qiáng) 劉 坤 余 浪 王鵬偉 賈曉葉

鋁板幕墻因具有穩(wěn)定性好、抗腐蝕能力強(qiáng)、耐冷熱以及抗紫外線等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，在建筑工程中得到廣泛應(yīng)用。裝配式雙曲異型鋁板幕墻是現(xiàn)階段建筑工程中頗具代表性的立面板材幕墻，具有多維幾何變化的特點(diǎn)，可滿足建筑造型方面的要求。

由于鋁板立面的特殊性，設(shè)計(jì)與加工難度均較高，現(xiàn)場(chǎng)拼裝、吊裝、加固等環(huán)節(jié)的作業(yè)細(xì)節(jié)多，質(zhì)量控制難度大。為順利完成非常規(guī)異型項(xiàng)目的施工作業(yè)，可以考慮應(yīng)用建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)構(gòu)建模型，在三維模型的配合下直觀地完成設(shè)計(jì)和施工作業(yè)。

1 工程概況

某博物館項(xiàng)目新建場(chǎng)館的主要功能包括會(huì)展、會(huì)議以及宴會(huì)等，總建筑面積約為7.6 萬m2，其中，幕墻的施工面積約為3.0 萬m2，立面網(wǎng)殼鋁板面積約為1.5 萬m2。主龍骨、次龍骨分別采用規(guī)格尺寸為160 mm×80 mm×4 mm 以及80 mm×40 mm×4 mm 的熱鍍鋅鋼管，表面噴刷深灰色氟碳漆。配套的米白色鋁單板，厚度為3 mm，表面噴涂氟碳漆。單個(gè)鋁單板寬度為0.4 m，長度為1.2 ～1.5 m。網(wǎng)殼鋁單板應(yīng)用范圍如圖1 所示。

圖1 網(wǎng)殼鋁單板應(yīng)用范圍（來源：犀牛建模）

2 施工工藝特點(diǎn)分析

2.1 施工效率高，周期短

在裝配式施工思路下，根據(jù)異型鋁單板網(wǎng)殼的尺寸劃分為多個(gè)細(xì)分部分，提前在指定加工廠預(yù)制成型，經(jīng)組裝后構(gòu)成完整的單元式鋁板網(wǎng)殼，隨后吊裝到位。全過程中各道工序緊密銜接，中途間隔時(shí)間短，依托流程化的作業(yè)模式高效完成施工作業(yè)。

2.2 質(zhì)量可控，精度高

型鋼龍骨骨架的可塑性較好，根據(jù)工程施工要求加工成特定形狀的鋼龍骨骨架，并配套異型臺(tái)模，構(gòu)件加工精度較高，施工速度快。預(yù)組裝作業(yè)可在工廠或施工現(xiàn)場(chǎng)的地面完成，減少高空作業(yè)量，降低因高空作業(yè)引起的質(zhì)量可控性差、安全隱患多等問題。鋁板面板的廠內(nèi)加工采用流水線作業(yè)模式，加工人員規(guī)范操作設(shè)備，根據(jù)排版圖進(jìn)行預(yù)加工，成型鋁板的外形完整、尺寸精準(zhǔn)、色澤均勻，便于現(xiàn)場(chǎng)安裝，有利于長久使用[1]。

2.3 人文關(guān)懷，綜合效益突出

相比傳統(tǒng)施工方式，組合單元式鋁板網(wǎng)殼裝配施工技術(shù)涉及的工藝流程較少。例如，免去了腳手架搭設(shè)作業(yè)，員工的勞動(dòng)強(qiáng)度低；減少高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，保障員工的人身安全。在裝配化的施工方式下，有助于打造高品質(zhì)的工程項(xiàng)目，并因工程量減少而降低成本，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益均十分顯著。

2.4 占地面積小，便于其他環(huán)節(jié)施工

在采用組合單元式鋁板網(wǎng)殼裝配施工工藝后，無需搭設(shè)腳手架，能夠減少臨時(shí)場(chǎng)地的占用面積。由于該工序?qū)κ┕た臻g的需求較低，可騰出充足的空間滿足其他環(huán)節(jié)的施工需求。在管理得當(dāng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)工程活動(dòng)同步推進(jìn)，提高施工效率。

3 BIM 技術(shù)支持下的裝配式異型鋁單板網(wǎng)殼設(shè)計(jì)

3.1 單元的劃分

將整個(gè)幕墻表皮分為若干個(gè)單元板塊，利用蚱蜢（Grasshopper，GH）電池將單個(gè)單元板塊所需的構(gòu)件生成加工圖，便于構(gòu)件加工。將加工好的構(gòu)件組裝成單元板塊，最終以單個(gè)成品單元板塊為單位，進(jìn)行單元板塊的整體吊裝。采用裝配式施工的方法，按照半成品加工件、成品加工件及單元板塊吊裝的工序，合理組織流水施工，實(shí)現(xiàn)快速建造。

3.2 單元內(nèi)部的劃分

網(wǎng)殼鋁板主要采用犀牛軟件+GH 進(jìn)行參數(shù)化龍骨和鋁板建模，通過Tekla 軟件與鋼結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行碰撞，找出干涉區(qū)域，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。將各項(xiàng)信息完整標(biāo)注到模型上，再依據(jù)加工圖進(jìn)行下單，避免在廠內(nèi)預(yù)制加工和現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)出現(xiàn)差錯(cuò)。在本工程中，主要考慮如下幾點(diǎn)。

（1）單塊異型鋁板通過使用GH 電池分長度、角度、寬度、拱高4 個(gè)維度進(jìn)行歸類，優(yōu)化鋁板面板。在保證精度的前提下，盡量統(tǒng)一尺寸，降低加工及安裝難度。

（2）在三維模型中標(biāo)注空間信息，依托模型可視化的特點(diǎn)，及時(shí)呈現(xiàn)加工參數(shù)，保證加工的精準(zhǔn)性以及檢查校核的高效性。

（3）為鋁板編號(hào)，并根據(jù)編號(hào)采取合適的裝配式定位和組裝方式。為了給加工和組裝裝配單元提供參考，利用Rhino的DotText 對(duì)象加以編排，提高可視化水平[2]。

3.3 數(shù)字化鋁板下單

網(wǎng)殼鋁板施工采取裝配式方法，包含單元板塊異型鋁單板6 720 塊，異型龍骨多邊形6 720 個(gè)，8 個(gè)轉(zhuǎn)角收口板塊。各鋁板均為帶造型的異型板，異型龍骨均為尺寸不一的多邊形加工件，加工期間需考慮的參數(shù)較多。現(xiàn)以8 個(gè)轉(zhuǎn)角收口之一的典型龍骨為例，進(jìn)行如下分析。

（1）每塊異型鋁單板含有兩個(gè)多邊形加工件，每個(gè)多邊形加工件尺寸不一，形狀不同。經(jīng)過三維建模設(shè)計(jì)后，確定的加工參數(shù)包含4 個(gè)角度和6 個(gè)邊長。

（2）編制加工信息表，用于呈現(xiàn)編號(hào)、加工圖號(hào)和參數(shù)。以三維模型的透視圖為參考，根據(jù)精細(xì)化和全面性的理念繪制異型板加工圖。

4 BIM 技術(shù)支持下的裝配式異型鋁單板網(wǎng)殼施工要點(diǎn)

4.1 吊裝方案的提出與比選

傳統(tǒng)網(wǎng)殼吊裝的基本思路是準(zhǔn)備質(zhì)量達(dá)標(biāo)的龍骨和鋁板，借助機(jī)械設(shè)備吊至網(wǎng)殼位置，再根據(jù)圖紙要求進(jìn)行拼裝。其特點(diǎn)在于拼裝活動(dòng)發(fā)生在高空環(huán)境中，分段吊裝方式會(huì)占用較多的吊裝設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)施工的質(zhì)量控制難度較高，易引起安全事故或質(zhì)量問題。整體吊裝的思路是在施工現(xiàn)場(chǎng)規(guī)劃臨時(shí)拼裝場(chǎng)，將原本的高空吊裝作業(yè)內(nèi)容轉(zhuǎn)移至此處完成，拼裝成整體后再吊裝到位。在本項(xiàng)目一標(biāo)段的施工中，先根據(jù)圖紙要求在拼裝場(chǎng)地將幕墻網(wǎng)殼拼裝成型，再進(jìn)行整體吊裝，全程耗費(fèi)的時(shí)間較短，一次吊裝約為1 h，可減輕員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高施工效率。同時(shí)，鋁板拼縫、收口平整度等均可得到保障。從安全、質(zhì)量、效率多個(gè)方面分析后可知，整體吊裝的方法更具可行性，可將其用于幕墻網(wǎng)殼吊裝中。

4.2 裝配式異型網(wǎng)殼鋁單板幕墻的施工流程

（1）犀牛+GH 建模。采用犀牛軟件+GH 進(jìn)行參數(shù)化龍骨和鋁板建模，其主要步驟為主體鋼結(jié)構(gòu)→幕墻主龍骨→幕墻次龍骨→幕墻鋁板。

（2）各專業(yè)合模，調(diào)整干涉區(qū)域。通過Tekla 軟件與鋼結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行碰撞，找出干涉區(qū)域，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

（3）單元板塊劃分，生成構(gòu)件加工圖。將整個(gè)幕墻表皮劃分為若干個(gè)單元板塊，利用GH 電池將單個(gè)單元板塊所需的構(gòu)件生成加工圖，并將每一個(gè)單元板塊及半成品構(gòu)件進(jìn)行編號(hào)，以便于分類組裝。

（4）優(yōu)化龍骨及鋁板規(guī)格。在保證效果的前提下，將大量的雙曲鋁板優(yōu)化為單曲鋁板，再將單曲鋁板優(yōu)化為平板鋁板和圓弧鋁板，并應(yīng)用GH 電池批量展開鋁板加工圖，方便鋁板廠精準(zhǔn)加工[3]。

（5）施工現(xiàn)場(chǎng)組裝單元板塊。通過犀牛模型生成的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，CAD）構(gòu)件加工圖，在加工車間利用激光切光技術(shù)將鋼矩管加工成半成品；現(xiàn)場(chǎng)將半成品焊接成多邊形加工件；將多邊形加工件與主龍骨進(jìn)行焊接，組成主龍骨半成品加工件；主龍骨半成品加工件通過操作平臺(tái)的調(diào)節(jié)螺栓裝置根據(jù)圖紙高度進(jìn)行調(diào)整。滿足精度要求后，進(jìn)行次龍骨的焊接，完成單元板塊龍骨的制作。最后，將單元板塊所需的鋁板與龍骨進(jìn)行連接，完成單個(gè)單元板塊的組裝。

（6）間隔單元板塊整體吊裝。按照四邊形加工件、主龍骨半成品加工件、單元板塊龍骨加工件、單元板塊成品加工件、單個(gè)板塊間隔整體吊裝的工序，組織流水施工，以實(shí)現(xiàn)快速建造。完成效果如圖2 所示。

圖2 完成效果（來源：作者自攝）

（7）安裝間隔板塊及收口。單元板塊間隔整體吊裝完成后，利用高空車安裝間隔龍骨、鋁板以及收邊收口等。

5 裝配式異型鋁單板網(wǎng)殼施工注意事項(xiàng)

5.1 吊裝與焊接的細(xì)節(jié)控制

首先，通過應(yīng)用吊裝帶將鋁單板主次龍骨連接區(qū)域掛在塔吊吊鉤上，現(xiàn)場(chǎng)吊裝作業(yè)人員調(diào)整好吊裝單元板塊的形態(tài)，使其保持平整、穩(wěn)定。

其次，向上提升吊鉤，升高至1 m位置時(shí)用纜風(fēng)繩固定吊裝單元，確保吊裝期間無異?；蝿?dòng)。再次，底部作業(yè)人員撤離現(xiàn)場(chǎng)，吊鉤有序向上提升。

最后，緩慢啟動(dòng)，有條不紊地將吊裝單元運(yùn)送到位。在此期間通過人工微調(diào)，確認(rèn)吊裝到位后通過預(yù)焊接進(jìn)行固定，使吊裝單元保持穩(wěn)定。

第1 塊吊裝單元提升到位后，在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的配合下將吊裝單元轉(zhuǎn)移至指定安裝位置，采取點(diǎn)焊措施。若水平度、標(biāo)高等指標(biāo)的檢測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)要求保持一致，則安排滿焊。隨后，依次進(jìn)行第2塊及后續(xù)各塊的吊裝作業(yè)，相鄰鋁單元板塊的連接部位需平整、嚴(yán)密，板縫寬度不超過±1 mm。若滿足質(zhì)量要求，則做滿焊固定處理。焊接由具有資質(zhì)的人員負(fù)責(zé)，確保焊縫飽滿、密實(shí)，并且在滿焊部位涂抹兩道防銹漆。另外，在鋁單板接頭部位填充密封膠，使其具有更好的嚴(yán)密性[4]。

5.2 打膠與清洗

本幕墻系統(tǒng)為開放式系統(tǒng)，無需進(jìn)行打膠處理。清洗時(shí)先用浸泡過中性溶劑的濕紗布擦去污物等，然后再用干紗布擦干凈。清掃灰漿、膠帶殘留物時(shí)，可使用竹鏟、合成樹脂鏟等仔細(xì)刮除。清掃工具禁止使用金屬物品，更不能使用粘有砂子、金屬屑的工具，同時(shí)禁止使用酸性或堿性洗劑[5]。

6 施工效果評(píng)價(jià)

在本次網(wǎng)殼鋁板的安裝中采用BIM技術(shù)，圍繞鋁板和龍骨進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，制訂的施工方案具有可行性。鋁板面材的面積超過10 000 m2時(shí)，采取先地面組裝成型再整體吊裝的方法，施工的安全和質(zhì)量均得到保障，員工勞動(dòng)強(qiáng)度有所降低，施工效率得以提高。

7 結(jié)語

鋁單板網(wǎng)殼在建筑外立面或屋面裝飾中取得廣泛應(yīng)用，經(jīng)過本文有關(guān)于工程實(shí)例的分析，提出BIM 技術(shù)支持下的裝配式異型鋁單板網(wǎng)殼施工要點(diǎn)。實(shí)踐表明，該施工工藝施工效果良好，安全、質(zhì)量和效率等多方面均符合預(yù)期，在工程應(yīng)用中具有可行性。