陳 濤,劉 平,任燁軍,劉復(fù)磊,黃日亮

(1.中國(guó)建筑第五工程局有限公司,湖南 長(zhǎng)沙 410004; 2.中山盛興股份有限公司,廣東 中山 528412)

0 引言

國(guó)內(nèi)建筑幕墻以1983年興建的長(zhǎng)城飯店為標(biāo)志,經(jīng)過30多年的發(fā)展,歷經(jīng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定、試驗(yàn)研究和實(shí)踐應(yīng)用。在技術(shù)體系方面,從簡(jiǎn)單標(biāo)準(zhǔn)化框架體系向裝配化(單元化)和多層化方向發(fā)展;在制造安裝工藝方面,向數(shù)字化加工和機(jī)械化安裝方向發(fā)展,已與國(guó)際幕墻技術(shù)接軌,并進(jìn)入廣泛應(yīng)用新技術(shù)、新材料和新工藝的智能信息化、綠色環(huán)?；?、工廠裝配化個(gè)性發(fā)展階段。近年來,建筑師為了追求永恒審美和商業(yè)價(jià)值,個(gè)性化的設(shè)計(jì)越來越多涌現(xiàn)出來,很多建筑立面采用曲面形式,賦予建筑新的審美情趣和相應(yīng)功能。但在復(fù)雜異形幕墻施工過程中,如何精準(zhǔn)定位每根龍骨及確保每件面板安裝到位是整個(gè)施工方案中需要重點(diǎn)把控落實(shí)的一個(gè)環(huán)節(jié)。本文依托虎門TOD項(xiàng)目莫比烏斯環(huán)造型幕墻工程,闡述其幕墻安裝技術(shù)。

1 工程概況

東莞市虎門TOD莫比烏斯環(huán)造型幕墻工程位于東莞市虎門高鐵站旁,主體結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu);2層樓面采用鋼梁上鋪壓型板+鋼筋+混凝土樓板,結(jié)構(gòu)造型為莫比烏斯環(huán)曲線。幕墻面積約 3 600m2,施工高度16.0m,整個(gè)幕墻由5大系統(tǒng)組成,分別為首層落地玻璃系統(tǒng)、2層折線玻璃系統(tǒng)、3mm穿孔鋁板+TPO柔性防水系統(tǒng)、洽談區(qū)鏤空5mm鋁板+ 8mm鋼化+12A+8mm半鋼化+1.52PVB+8mm半鋼化超白夾膠玻璃系統(tǒng)、穹頂玻璃8mm+1.15PVB+8mm+12A+8mm鋼化夾膠彩釉玻璃幕墻系統(tǒng)。整個(gè)項(xiàng)目使用的桿件和面板數(shù)量均>10 000件,并且每件規(guī)格尺寸不同,定位坐標(biāo)點(diǎn)>10 000個(gè)。現(xiàn)場(chǎng)主體鋼結(jié)構(gòu)立面如圖1所示,幕墻三維立面效果如圖2所示。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)主體鋼結(jié)構(gòu)立面

圖2 幕墻三維立面效果

2 三維空間坐標(biāo)定位難點(diǎn)分析

1)折線玻璃定制直角方鋼管精準(zhǔn)定位

折線玻璃采用鋼鋁結(jié)合作為主龍骨,鋼主梁為定制的450mm×80mm×8mm直角方鋼管,安裝好后再安裝鋁型材主梁,根據(jù)幕墻節(jié)點(diǎn)做法,鋁主梁平行于鋼主梁,因此折線玻璃系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)是對(duì)鋼方管的精準(zhǔn)定位。要準(zhǔn)確定位方鋼管,首先要定位好其支座,相鄰2根鋼主梁還存在角度和進(jìn)出關(guān)系,主梁安裝完畢后進(jìn)行80mm×80mm×5mm方鋼管橫梁安裝,橫梁安裝角度復(fù)雜,鋼橫梁需要通過BIM模型提取長(zhǎng)度、兩端斷面角度等數(shù)據(jù)在工廠加工好后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝。其中,柱與柱、柱與梁間的對(duì)接需利用模型和軸線繪制坐標(biāo)網(wǎng),提取出三維坐標(biāo)值進(jìn)行精準(zhǔn)定位。折線玻璃系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)如圖3所示。

圖3 折線玻璃系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)

鋼主梁、鋼柱安裝時(shí),若為箱形結(jié)構(gòu),則斷面要最大限度地保證管口對(duì)口精度,這在操作過程中具有很大難度。本工程有單根跨度約11m鋼主梁,上、下2個(gè)支座,撓度較大,施工定位難度大,需要設(shè)置大量臨時(shí)支撐胎架減少撓度變形。幕墻施工均為高空作業(yè),采用汽車式起重機(jī)進(jìn)行定位更加難以掌控。

2)穿孔鋁板+TPO柔性防水系統(tǒng)方鋼管和鋁合金圓管及支座三維空間坐標(biāo)控制

幕墻外形為莫比烏斯環(huán)造型,整體以雙曲面螺旋上升的形式交匯于穹頂,即折線玻璃系統(tǒng)與3mm厚穿孔鋁板+TPO柔性防水系統(tǒng)自2層分別從不同地方開始螺旋上升,2個(gè)曲面交匯于穹頂周圍。穿孔鋁板系統(tǒng)面積為1 300m2,幕墻構(gòu)造為由200mm×150mm×5mm方鋼管主梁+80mm×60mm×4mm方鋼管橫梁組成的鋼底架+0.8mm厚壓型鋼板+100mm厚、密度為160kg/m3保溫巖棉+TPO柔性防水層+雙層φ50×4.5鋁合金圓管+3mm厚穿孔鋁板。整個(gè)主體結(jié)構(gòu)曲率不斷變化,最終幕墻的完成面也是以不規(guī)則曲面形式呈現(xiàn),因此每個(gè)方鋼管主龍骨和鋁合金圓管精準(zhǔn)定位與安裝直接決定幕墻最后呈現(xiàn)質(zhì)量,甚至可能無法合龍收口,安裝精度必須保證在3mm以內(nèi)。穿孔鋁板系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)如圖4所示。

圖4 穿孔鋁板系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)

為精準(zhǔn)控制龍骨定位,在BIM模型中提取鋼龍骨與鋁合金圓管支座控制點(diǎn)坐標(biāo),派2個(gè)測(cè)量組用全站儀進(jìn)行打點(diǎn)測(cè)量,相互核對(duì)和校正數(shù)據(jù),每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)均進(jìn)行3次打點(diǎn)測(cè)量,以保證測(cè)量點(diǎn)位精準(zhǔn)度。

3)穹頂玻璃8mm+1.15PVB+8mm+12A+8mm鋼化夾膠彩釉玻璃幕墻系統(tǒng)測(cè)量與定位

頂部球面穹頂主體鋼結(jié)構(gòu)由400mm×100mm矩形管制作而成,從矩形管制作到定位放線、安裝均存在誤差。因此,此部位的幕墻龍骨測(cè)量放線前還重點(diǎn)對(duì)主體鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行偏差查找和分析。項(xiàng)目采取在穹頂正下方找出坐標(biāo)原點(diǎn),在坐標(biāo)原點(diǎn)分別向周圍設(shè)置幾個(gè)測(cè)量點(diǎn),然后從BIM模型中提取各鋼結(jié)構(gòu)中心線端點(diǎn)、中點(diǎn)和轉(zhuǎn)折點(diǎn)進(jìn)行打點(diǎn)測(cè)量,通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、誤差消化等方法最終確定穹頂龍骨控制線。

4)洽談區(qū)鏤空5mm鋁板+8mm鋼化+12A+8mm半鋼化+1.52PVB+8mm半鋼化超白夾膠玻璃系統(tǒng)T型鋼制作放線與定位

鏤空鋁板+夾膠中空玻璃系統(tǒng)屬于雙層幕墻系統(tǒng),構(gòu)造節(jié)點(diǎn)如圖5所示。幕墻構(gòu)造為T型鋼支座+萬向支撐桿+T型鋼立柱(含φ180×30圓形鋼板+φ80實(shí)心鋼棒焊接形成的轉(zhuǎn)接圓盤,以下簡(jiǎn)稱鋼轉(zhuǎn)接圓盤)、斜梁+鋁合金龍骨+ (8mm鋼化+12A+8mm半鋼化+1.52PVB+8mm半鋼化)超白夾膠玻璃+鋁合金扣線+鏤空鋁板φ28不銹鋼圓管轉(zhuǎn)接件+鋁合金轉(zhuǎn)接圓盤+5mm鏤空鋁板。其中,難點(diǎn)是T型鋼和鏤空鋁板不銹鋼圓管轉(zhuǎn)接件的安裝定位。為精確控制,需設(shè)置1 000多個(gè)定位坐標(biāo)點(diǎn)。由于180mm×80mm T型鋼采用直徑為180mm、厚30mm轉(zhuǎn)接圓盤相接,如果空間定位此轉(zhuǎn)接圓盤,要求精度非常高且難度巨大,每個(gè)圓盤角度均不同,施工時(shí)為能精確定位且提高安裝效率,將豎向T型鋼與鋼圓盤提前制作好,制作時(shí)需采用全站儀準(zhǔn)確將上、下端T型鋼焊接在轉(zhuǎn)接圓盤上,形成1根整體鋼梁,鋼梁吊裝到位后,依據(jù)圖紙開好料的斜向T型鋼焊接在豎向主梁鋼圓盤轉(zhuǎn)接件上,并確保整個(gè)制作和安裝精度控制在2mm以內(nèi),確保后續(xù)鋁合金型材與T型鋼的相接輪廓線平直、順滑,保證外觀效果。

3 復(fù)雜龍骨精確定位與安裝技術(shù)

幕墻龍骨是在主體鋼結(jié)構(gòu)上通過支座固定,按幕墻平面風(fēng)格布置莫比烏斯帶為三維空間扭曲的面,每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)均不同,需要采用三維空間坐標(biāo)測(cè)量定位技術(shù)。

為確保工程順利施工,施工過程中技術(shù)人員采用三維激光掃描技術(shù)和實(shí)時(shí)三維空間測(cè)量定位技術(shù),在計(jì)算機(jī)技術(shù)幫助下進(jìn)行輔助測(cè)量和糾偏。首先,采用三維激光掃描儀對(duì)整個(gè)主體鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行3D掃描,得出輪廓關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)據(jù)與模型進(jìn)行比對(duì),誤差大的進(jìn)行糾偏;其次,技術(shù)人員根據(jù)BIM模型提取每個(gè)控制點(diǎn)坐標(biāo),然后在施工現(xiàn)場(chǎng)建立測(cè)量坐標(biāo)系,即通過原點(diǎn)坐標(biāo),在建筑四周上方等位置引出觀測(cè)點(diǎn);然后在測(cè)量坐標(biāo)系中導(dǎo)入建筑模型坐標(biāo)參數(shù),得出每個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)實(shí)際坐標(biāo)位置。三維空間坐標(biāo)測(cè)量定位技術(shù)主要測(cè)量工具為全站儀,BIM模型提供的坐標(biāo)是核心。實(shí)時(shí)三維測(cè)量定位技術(shù)在復(fù)雜空間扭曲面幕墻施工過程中具有以下優(yōu)點(diǎn)。

1)可應(yīng)用于各種復(fù)雜桿件測(cè)量且操作便捷,只需在虛擬坐標(biāo)系中輸入相應(yīng)的建筑模型坐標(biāo)參數(shù)即可,可進(jìn)一步簡(jiǎn)化復(fù)雜測(cè)量過程。同時(shí),在測(cè)量時(shí)需利用全站儀保證測(cè)量精度,使測(cè)量效率大大提升。

2)三維測(cè)量定位技術(shù)在應(yīng)用過程中適應(yīng)性強(qiáng),且所需配套設(shè)備成本較低,降低了建筑施工企業(yè)額外施工成本。

3)自動(dòng)化與智能化程度高。因全站儀在測(cè)量過程中能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)計(jì)算并存儲(chǔ)測(cè)量結(jié)果,可進(jìn)一步減少測(cè)量人員工作量,操作簡(jiǎn)便。

實(shí)時(shí)三維測(cè)量定位技術(shù)應(yīng)用過程如下。

1)第1步:建立控制網(wǎng) 技術(shù)人員需在計(jì)算機(jī)軟件Rhinoceros(犀牛)中建立虛擬測(cè)量空間,形成各幕墻系統(tǒng)定位模型圖,同時(shí)提取定位點(diǎn)坐標(biāo),然后利用坐標(biāo)定位法進(jìn)行測(cè)量。

2)第2步:現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè) 為提高測(cè)量速度與精度,施工人員在安裝龍骨前需詳細(xì)熟讀施工圖紙,了解各幕墻系統(tǒng)定位模型圖特點(diǎn)(見圖6～10),針對(duì)每個(gè)系統(tǒng)特點(diǎn)制訂特定測(cè)量方案。由于本工程的所有桿件和面板均唯一,因此所有桿件和面板均進(jìn)行標(biāo)記編號(hào)并存儲(chǔ),在此基礎(chǔ)上利用三維模擬測(cè)量技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)。具體操作為:在計(jì)算機(jī)軟件模擬空間中計(jì)算具體坐標(biāo)值,將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至全站儀,在實(shí)際操作時(shí)工作人員只需調(diào)出相應(yīng)編號(hào)即可。同時(shí),在安裝時(shí)需施工人員配合技術(shù)人員進(jìn)行具體控制點(diǎn)位確認(rèn)和固定,在固定控制點(diǎn)位過程中需借助臨時(shí)輔助措施,確?？刂泣c(diǎn)精確性,誤差在 ±2mm 內(nèi),為幕墻主龍骨安裝打好堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

圖6 穿孔鋁板系統(tǒng)主鋼龍骨定位模型

圖7 穿孔鋁板系統(tǒng)鋁圓管龍骨定位模型

圖8 鏤空鋁板系統(tǒng)鋁圓管龍骨定位模型

圖9 穹頂玻璃系統(tǒng)主鋼龍骨定位模型

圖10 天溝系統(tǒng)主鋼龍骨定位模型

通過實(shí)際操作,在三維空間測(cè)量定位技術(shù)的支持下,各種復(fù)雜異形曲面造型幕墻安裝都可有效提高定位精度,確保施工效率和質(zhì)量。

4 鏤空鋁板+夾膠中空玻璃系統(tǒng)的T型鋼桿件預(yù)拼裝定位與安裝技術(shù)

依據(jù)方案和設(shè)計(jì)模型(見圖11),鏤空鋁板+夾膠中空玻璃的豎向T型鋼可在工廠與鋼轉(zhuǎn)接圓盤進(jìn)行預(yù)拼裝。

圖11 鏤空鋁板+夾膠中空玻璃模型

鏤空鋁板+夾膠中空玻璃屬于雙層幕墻系統(tǒng),里面是玻璃幕墻,外面是鏤空鋁板金屬。幕墻厚度達(dá)800mm,并且兩系統(tǒng)共用T型鋼龍骨,因此首先應(yīng)考慮T型鋼精度控制。T型鋼作為鋼結(jié)構(gòu)主受力龍骨,同時(shí)也作為內(nèi)玻璃幕墻直接主龍骨,主、次龍骨通過鋼轉(zhuǎn)接圓盤連接形成米字形拼接造型(見圖12),垂直度和米字角度均要求精度高,誤差>3mm,鋁合金與T型鋼輪廓線會(huì)有進(jìn)出偏差,外觀會(huì)受到影響,無法達(dá)到設(shè)計(jì)效果要求,同時(shí),本工程弧度均由折線平板實(shí)現(xiàn),因此角度的控制成為曲面過渡是否平順的關(guān)鍵。由于此系統(tǒng)區(qū)域?yàn)槭覂?nèi)進(jìn)人尺度區(qū)域,外觀效果要求高。另外,如果T型鋼左右偏差過大,外鏤空鋁板幕墻分格及縫隙無法滿足設(shè)計(jì)要求,因此,系統(tǒng)重點(diǎn)是T型鋼精度控制及φ28不銹鋼圓管精確定位。

整個(gè)系統(tǒng)安裝工序流程為:首先是T型鋼支座安裝,然后安裝豎向T型鋼立柱(含φ180×30圓形鋼板+φ80實(shí)心鋼棒焊接形成的轉(zhuǎn)接圓盤),調(diào)整到位后安裝斜向T型鋼,安裝完成后的T型鋼會(huì)形成米字形拼縫造型,加固完成后安裝鋁合金龍骨,然后安裝 (8mm鋼化+12A+8mm半鋼化+1.52PVB+8mm半鋼化)超白夾膠玻璃+鋁合金扣線+鏤空鋁板φ28不銹鋼圓管轉(zhuǎn)接件+鋁合金轉(zhuǎn)接圓盤+5mm鏤空鋁板。

5 結(jié)語

通過對(duì)復(fù)雜異形幕墻龍骨精準(zhǔn)定位與安裝技術(shù)的深入探討,結(jié)論如下。

1)現(xiàn)場(chǎng)采用類似莫比烏斯造型的曲線幕墻和球面穹頂?shù)娜S空間坐標(biāo)測(cè)量定位技術(shù),最大點(diǎn)位數(shù)據(jù)誤差為3mm,板塊縫隙誤差3mm,現(xiàn)場(chǎng)安裝可有效提高定位精度、施工效率和質(zhì)量水平。

2)針對(duì)空間通過轉(zhuǎn)接圓盤拼接的桿件,采用豎向桿件預(yù)拼裝方法,經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)安裝和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可很好地解決空間拼接的龍骨問題,該方法具有實(shí)際施工的可行性和可操作性。