邢冬冬

1 項(xiàng)目概況

沂蒙文化藝術(shù)中心項(xiàng)目位于山東省臨沂市城市中心區(qū)南側(cè)，臨沂經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，是臨沂經(jīng)開區(qū)重點(diǎn)民生項(xiàng)目之一，也是省優(yōu)選項(xiàng)目。項(xiàng)目總投資10.6 億元，規(guī)劃總用地13 hm2，總建筑面積71227 m2，建筑呈不規(guī)則形。項(xiàng)目效果圖如圖1 所示，包含共分7 個(gè)區(qū)，分別為：A 區(qū)水展覽館、科技展覽館；B 區(qū)非遺、美術(shù)展覽館、文化館；B'區(qū)民俗演藝大廳；C 區(qū)青少年和婦女兒童活動(dòng)中心；D 區(qū)圖書館；E 區(qū)大平臺(tái)配套附屬用房；F 區(qū)地下室配套附屬用房。

圖1 沂蒙文化藝術(shù)中心效果圖（來源：作者自繪）

該項(xiàng)目由中國(guó)工程院崔愷院士領(lǐng)銜設(shè)計(jì)，突出了2 個(gè)特點(diǎn)：第1，突出歷史文化。臨沂是東夷文化的發(fā)祥地，沂河新區(qū)是東夷文化的核心區(qū)域，古臨沂被稱為“龜駝鳳凰城”。將建筑整體外形設(shè)計(jì)成一只展翅騰飛的鳳凰，既保留了古臨沂的歷史記憶，又寓意了東夷文化圖騰。第2，巧妙融入自然。建筑采用陶土色外墻，與大地顏色相一致，整個(gè)建筑與周邊自然環(huán)境融為一體。

2 工程重難點(diǎn)

沂蒙文化藝術(shù)中心項(xiàng)目采用3 種齒紋樣式GRC 板塊，每塊板塊采用人工開鑿剁斧樣式，其中A、B、B′、C、D、E 等6 個(gè)區(qū)域采用不同的樣式拼接，每個(gè)區(qū)域齒紋樣式各不相同、板塊厚度各不相同、齒紋方向各不相同既要做到自然，又要符合美觀需求。該項(xiàng)目由玻璃幕墻、GRC 幕墻、金屬幕墻、鋁合金格柵等多種幕墻系統(tǒng)組成。不同材料相互交接，單雙曲混合交接，施工較為復(fù)雜。各項(xiàng)工藝互相穿插、高空作業(yè)，提料難度大，作業(yè)環(huán)境復(fù)雜。

建筑立面大面積采用GRC 幕墻，最大板塊質(zhì)量達(dá)到1000 kg。按《玻璃纖維增強(qiáng)水泥（GRC）建筑應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJT423―2018）[1]，在4.4.1節(jié)中指出采用四點(diǎn)支承的單塊GRC 平板的面積不宜大于1.0 m2，然而本項(xiàng)目最大板塊1.8 m×4 m，遠(yuǎn)超出了規(guī)范1 m2的要求。原節(jié)點(diǎn)做法板塊安裝采用鋼管固定在U 型鋼件[2]，形式比較單一，安裝過程不可三維調(diào)節(jié)，實(shí)際安裝效率低。

3 項(xiàng)目的研究與應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目實(shí)施方案

為了解決異形復(fù)雜GRC 幕墻施工的各種問題，本項(xiàng)目以“異形復(fù)雜GRC 幕墻施工技術(shù)的研究與應(yīng)用”為題，主要研究?jī)?nèi)容有超大板塊安全掛裝、三維空間可調(diào)、BIM 應(yīng)用優(yōu)化等：第1，成立項(xiàng)目攻關(guān)組，建立項(xiàng)目研發(fā)體系，通過對(duì)安裝系統(tǒng)的研發(fā)與試制，細(xì)化研發(fā)目標(biāo)。第2，為確保安裝系統(tǒng)的各項(xiàng)性能，以及外觀效果和組裝安全性的需要，建立產(chǎn)品的性能測(cè)試系統(tǒng)，依靠合作單位實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)的精確檢測(cè)設(shè)備，針對(duì)不同的安裝系統(tǒng)，進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試，保證項(xiàng)目研發(fā)的需要。第3，采用以實(shí)際工程情況具體協(xié)調(diào)的模式，在工程設(shè)計(jì)、部件加工、現(xiàn)場(chǎng)施工等方面，由技術(shù)中心對(duì)加工工藝及組裝質(zhì)量全程指導(dǎo)、監(jiān)督，確保異形復(fù)雜GRC 幕墻的外觀效果、節(jié)能安全，符合建設(shè)單位要求。

該項(xiàng)目計(jì)劃的周期為2021 年8月―2022 年2 月，各施工階段的具體技術(shù)方案如下：第1，2021 年8 月―2021 年9 月，成立研發(fā)小組，對(duì)現(xiàn)有異形復(fù)雜GRC 幕墻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行調(diào)查分析，從而掌握我國(guó)現(xiàn)有的異形復(fù)雜GRC 幕墻以及施工技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，提出本項(xiàng)目的技術(shù)研究方案。第2，2021 年10 月―2021 年11 月，分析現(xiàn)有異形復(fù)雜GRC 幕墻系統(tǒng)的應(yīng)用缺陷，并有針對(duì)性的采取優(yōu)化措施，從而研發(fā)異形復(fù)雜GRC 幕墻安全掛接、三維調(diào)節(jié)的節(jié)點(diǎn)，并優(yōu)化GRC 幕墻板塊分格。第3，2021 年12 月―2022 年1 月，針對(duì)目前異形復(fù)雜GRC 幕墻的性能要求，選材、設(shè)計(jì)及施工方面進(jìn)一步深入研究，已達(dá)到美觀、節(jié)能，并符合消防要求和熱工性能要求。第4，2022 年1 月―2022年2 月，針對(duì)不同建筑造型及要求，總結(jié)其生產(chǎn)與施工技術(shù)，形成整套的異形復(fù)雜GRC 幕墻系統(tǒng)。第5，2022年2 月，完成項(xiàng)目設(shè)定目標(biāo)，總結(jié)異形復(fù)雜GRC 幕墻系統(tǒng)技術(shù)資料，組織項(xiàng)目的鑒定驗(yàn)收。

3.2 項(xiàng)目研發(fā)成果

根據(jù)本項(xiàng)目具體實(shí)際需要，通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究，獲得國(guó)家實(shí)用新型專利2 項(xiàng)?！兑环N超大板塊GRC 幕墻安全掛裝系統(tǒng)》（專利號(hào)ZL202123353597.2）中，結(jié)構(gòu)形式上采用上掛下托形式，上方采用加工L 型鋼加工件固定，下方采用U 型托件，更加安全穩(wěn)定，節(jié)點(diǎn)如圖2 所示。解決了傳統(tǒng)超大板塊GRC 幕墻施工難度大、安裝固定困難、安裝方式安全系數(shù)低，為確保安全施工效率較低的難題，從幕墻與主體的連接源頭進(jìn)行加固處理，整個(gè)龍骨體系更加安全可靠。

圖2 安全掛裝節(jié)點(diǎn)圖 （來源：作者自繪）

《 一種三維空間可調(diào)的GRC 幕 墻 掛 接 系 統(tǒng)》（ 專 利 號(hào)ZL202123420312.2）中，解決了傳統(tǒng)較大板塊GRC、安裝方式單一、安裝調(diào)節(jié)難度大的問題。掛接系統(tǒng)中，通過鍍鋅方管轉(zhuǎn)接件、U 型轉(zhuǎn)接件以及墊片實(shí)現(xiàn)GRC 幕墻安裝過程三維可調(diào)，節(jié)點(diǎn)如圖3 所示，極大的提高了一次成品率，更加高效實(shí)用。

圖3 三維可調(diào)節(jié)點(diǎn)圖（來源：作者自繪）

4 施工技術(shù)及操作要點(diǎn)

4.1 工藝流程

按照建筑裝飾的設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)原有建筑物進(jìn)行測(cè)量，結(jié)合圖紙布置的角鋼網(wǎng)的位置及對(duì)GRC 構(gòu)件形狀的要求，進(jìn)行GRC 構(gòu)件的設(shè)計(jì)，使GRC 構(gòu)件與網(wǎng)片尺寸，位置相符合，并滿足裝飾設(shè)計(jì)中的外觀要求，進(jìn)行GRC 構(gòu)件的加工。加工完成后，即可進(jìn)入工地現(xiàn)場(chǎng)的施工流程：測(cè)量放線―鋼骨架制作安裝―GRC 面板安裝―縫隙處理―清理。

4.2 施工控制要點(diǎn)

4.2.1 測(cè)量放線

測(cè)量放線是指在工程建設(shè)中對(duì)地理位置、形狀、結(jié)構(gòu)和質(zhì)量等進(jìn)行測(cè)量和分析的過程。準(zhǔn)確的測(cè)量是幕墻工程施工的前提和基礎(chǔ)，關(guān)系到后續(xù)材料的提取及板塊的安裝。首先，確立本工程的基準(zhǔn)，多軸線為基準(zhǔn)勢(shì)必存在一些偏差，而幕墻各項(xiàng)偏差均在±1 mm 之間。為克服這一難點(diǎn)，在本工程的軸線確認(rèn)無誤的前提下，利用幕墻公差，在合適的位置設(shè)立參照基準(zhǔn)軸線，反復(fù)核對(duì)無誤后，確立為輔助基準(zhǔn)軸線，達(dá)到施工的高質(zhì)量。其次依據(jù)總承包單位的基準(zhǔn)點(diǎn)、線，考慮到溫差對(duì)計(jì)量的誤差，以及地面不平造成的誤差，采用全站儀通過棱鏡復(fù)核相互之間的幾何關(guān)系核準(zhǔn)點(diǎn)線之間的關(guān)系，以及相互間的幾何尺寸，通過點(diǎn)線的精度來提高幕墻施工精度;在確保門洞口以及沉降縫的寬度的前提下，使各種累積誤差在大面幕墻內(nèi)消化（圖4）。充分利用BIM 技術(shù)放線，嚴(yán)格按照專項(xiàng)施工方案及現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)位施工，定位、復(fù)合、驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行下一步工序，保證施工進(jìn)度及質(zhì)量。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)放線圖（來源：作者自攝）

4.2.2 鋼骨架制作安裝

龍骨加工采用集中加工的形式，根據(jù)BIM 技術(shù)模型測(cè)量出的構(gòu)件尺寸可直觀表現(xiàn)出，按圖5 所示龍骨和位置編號(hào)進(jìn)行構(gòu)件的加工制作，加工出的構(gòu)件根據(jù)使用位置和編號(hào)分類存放。主龍骨鋼架采用槽鋼鋼架懸挑栓接形式與鋼方管進(jìn)行連接，打孔矩形管與主龍骨及面板帶背附鋼架+F、T 形調(diào)節(jié)鋼件采用栓接形式，實(shí)現(xiàn)面板安裝的三維可調(diào)，打孔矩形管、背附鋼架、F、T 形調(diào)節(jié)鋼件懸掛結(jié)構(gòu)采用工廠定制加工，如圖6 所示?，F(xiàn)場(chǎng)通過BIM 模型，設(shè)置GRC 安裝控制點(diǎn)。同一層橫梁的安裝應(yīng)由下向上進(jìn)行，當(dāng)安裝完一層高度時(shí)，應(yīng)進(jìn)行檢查、調(diào)整、校正、固定，使其符合質(zhì)量要求。相鄰兩根橫梁的水平標(biāo)高偏差不應(yīng)大于1 mm。同層標(biāo)高偏差：當(dāng)一幅寬度小于或等于35 m 時(shí)，不應(yīng)大于3 mm[3]，龍骨安裝如圖7 所示。

圖5 龍骨建模圖（來源：作者自繪）

圖6 安裝組件三維圖（來源：作者自繪）

圖7 龍骨安裝圖（來源：作者自攝）

4.2.3 GRC面板加工及安裝

利用 BIM 軟件對(duì)齒紋進(jìn)行排布模擬，加工廠將提取的雙曲GRC 數(shù)據(jù)導(dǎo)入到三維雕刻機(jī)，進(jìn)行1 : 1 雕刻模具成形，將加工完成后的GRC 面板進(jìn)行背襯龍骨安裝，板塊正面人工鑿出齒輪造型，如圖8 所示。

圖8 板塊加工圖（來源：作者自攝）

寬度小于450 mm 的線型，用直徑6 mm 鋼筋和4 mm 冷扎絲連結(jié)，線條預(yù)埋連結(jié)焊點(diǎn)上下有3 個(gè)焊點(diǎn)，焊結(jié)主筋點(diǎn)間距為：線條的兩端各有250 mm，中間距離各550 mm，線條長(zhǎng)度為1700 mm。寬度大于450 mm 的線型，采用直徑8 mm 鋼筋與4 mm 冷扎絲連結(jié)，線條預(yù)埋連結(jié)焊點(diǎn)上下各3 個(gè)焊點(diǎn)，焊接主筋點(diǎn)間距為線條兩端各250 mm，中間距離各500 mm，線條長(zhǎng)度為1500 mm。由于GRC 構(gòu)件系工廠加工預(yù)制，為保證進(jìn)場(chǎng)構(gòu)件的質(zhì)量，進(jìn)場(chǎng)首先進(jìn)行驗(yàn)收，按照生產(chǎn)廠商所提供的資料并參照?qǐng)D紙構(gòu)件加工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（主要是外觀和尺寸偏差）進(jìn)行檢驗(yàn)和核對(duì)。驗(yàn)收合格后按品種規(guī)格進(jìn)行分類，堆放整齊、做好防護(hù)，以防破損。對(duì)其輔助材料要檢驗(yàn)材質(zhì)和標(biāo)準(zhǔn)，杜絕劣質(zhì)產(chǎn)品進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，以保施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

在GRC 板吊運(yùn)到安裝位置后，應(yīng)進(jìn)行臨時(shí)固定，臨時(shí)固定時(shí)，必須保證板的穩(wěn)固性，防止板件墜落。GRC 板安裝就位、校正完成后，應(yīng)及時(shí)固定，面板采用GRC 鋼制轉(zhuǎn)接件進(jìn)行承托及栓接形式固定在鋼龍骨上，如圖9 所示。

圖9 板塊安裝圖（來源：作者自攝）

4.2.4 縫隙處理

板塊安裝完畢后，板材之間的間隙要用耐候膠嵌縫，予以密封，防止氣體滲透和雨水滲漏。注膠之前要充分清潔板材間縫隙，去除水、油漬、涂料、灰塵等。充分清潔粘結(jié)面，加以干燥。為調(diào)整縫的深度，避免三邊粘結(jié)，在縫內(nèi)充填聚苯乙烯發(fā)泡材料，為避免密封膠污染板材，在膠縫兩邊貼保護(hù)膠紙，注膠后將膠縫表面抹平壓實(shí)，去掉多余的膠，注膠完畢后，將保護(hù)膠紙撕掉，必要時(shí)可用溶劑擦拭，細(xì)部處理如圖10 所示。

圖10 細(xì)部處理圖（來源：作者自攝）

4.2.5 清理

注膠完畢之后進(jìn)行全面的清潔，運(yùn)用蜘蛛車、升降車等平臺(tái)設(shè)備將工人運(yùn)送到指定位置進(jìn)行施工操作，擦拭板材外面的污物。因?yàn)槟粔υ诮ㄖ耐鈧?cè)，具有一定的施工難度和危險(xiǎn)性，在進(jìn)行清洗施工時(shí)，一定要注意安全性，同時(shí)還要根據(jù)溫度、氣候等條件，看是否適合施工。

5 BIM 在項(xiàng)目中的應(yīng)用

三維結(jié)構(gòu)掃描：幕墻三維掃描是指通過激光掃描、傾斜攝影等技術(shù)，對(duì)建筑空間外形和結(jié)構(gòu)及色彩進(jìn)行掃描，以獲得建筑表面的三維數(shù)字信息。三維掃描在站點(diǎn)位置“所見即所得”，通過不同站位的掃描，能完整地采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接處理，可得到現(xiàn)場(chǎng)三維點(diǎn)云模型[4]。

由于現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)和圖紙偏差大，異型GRC 外形復(fù)雜，以及為了保證GRC 板塊能直觀的體現(xiàn)出完成效果，本項(xiàng)目采用三維（3D）掃描技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)重建如圖11 所示。模型碰撞檢查：利用點(diǎn)云與外表皮模型進(jìn)行比較，查找碰撞點(diǎn)，自動(dòng)生成碰撞數(shù)據(jù)表格。如圖12 碰撞點(diǎn)共計(jì)325 個(gè)，對(duì)模型進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。

圖11 3D 掃描（來源：作者自攝）

圖12 點(diǎn)云模型碰撞（來源：作者自繪）

幕墻板塊分區(qū)是利用了Rhino、Grasshopper 等BIM 軟件齒紋進(jìn)行排布模擬，對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)板塊分區(qū)排布，以顏色區(qū)分不同的齒紋樣式分區(qū)，如圖13 所示。在GRC 板塊運(yùn)輸時(shí)注意分區(qū)域臨時(shí)存放，工人施工時(shí)注意區(qū)分3 種不同齒紋樣式的位置。

圖13 齒紋排布分區(qū)（來源：作者自繪）

幕墻面層曲率分析：利用BIM 軟件對(duì)模型中幕墻曲面部分進(jìn)行曲率分析[5]。紅色部分為曲率較大，單獨(dú)進(jìn)行分格處理與優(yōu)化，如圖14 所示。

圖14 曲率優(yōu)化分析（來源：作者自繪）

幕墻面層優(yōu)化：通過曲率分析，GRC 幕墻部分為雙曲，為節(jié)省造價(jià)，用BIM 軟件將雙曲面板優(yōu)化為平板與單曲板，如圖15 所示，共減少雙曲板塊215 塊（777 m2），極大的節(jié)約了成本，節(jié)省工期計(jì)20 d。沂蒙文化藝術(shù)中心運(yùn)用BIM 技術(shù)和工藝創(chuàng)新進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工，順利的完成GRC 幕墻安裝，施工完成后，效果非常好，如圖16 所示。

圖15 GRC 板塊優(yōu)化分析（來源：作者自繪）

圖16 GRC 板塊完工圖（來源：作者自攝）

6 結(jié)語

隨著幕墻行業(yè)的飛速發(fā)展，大型異形文體中心類幕墻項(xiàng)目在我國(guó)有了飛速發(fā)展。如何在保證建筑效果的同時(shí)又能如期履約、保質(zhì)保量的完成任務(wù)是施工單位需要思考的難題。圖17為該項(xiàng)目航拍圖。

圖17 項(xiàng)目航拍圖（來源：作者自攝）

在本文研究中，以山東省臨沂市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)沂蒙文化藝術(shù)中心項(xiàng)目為例，對(duì)復(fù)雜異形GRC 幕墻的設(shè)計(jì)、排版、安裝等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，安裝系統(tǒng)具有工廠化加工、裝配式施工等顯著優(yōu)點(diǎn)，連接節(jié)點(diǎn)三維可調(diào)、安全可靠，安裝效率可比傳統(tǒng)工藝提升40%以上，適用于超大板塊、異形GRC 幕墻施工，使一系列施工技術(shù)難題得到有效解決，并總結(jié)獲得了國(guó)家實(shí)用新型專利2 項(xiàng)，確保工程施工的高效順利完成，對(duì)其他類似工程來說可起到借鑒與參考作用，推廣以及應(yīng)用前景廣闊。