異形建筑幕墻設計及施工技術探討

曹佃祥

摘 要：隨著建筑行業的發展及社會審美觀念的轉變，越來越多的標志性異形建筑走進人們的視線。異形建筑幕墻的概念是相對于普通的平面建筑幕墻而言的。異形建筑幕墻在設計與施工中的難度自然比平面幕墻要大很多，因此，針對異形建筑幕墻需要展開更深入的探討。本文將主要圍繞異形建筑幕墻，從設計階段的BIM應用到安裝施工的要點，著重探討技術的應用和質量控制，以期能夠對建筑幕墻異形施工有所幫助。

關鍵詞：異形建筑幕墻；設計；施工

1 異形建筑幕墻工程概述

隨著我國大型公共建筑規模的不斷擴大以及建筑外形的逐漸復雜，異型幕墻被廣泛的應用在大型公共建筑施工中，給施工帶來了較大的難度。異形建筑幕墻有著幕墻的全部功能，是面板與結構根據建筑造型的要求產生了各種異形的變化，達到某種建筑藝術效果的幕墻。異形幕墻與普通幕墻對比，主要是對設計、施工的安全可靠性提出更高的要求外。本文將以某國際文化藝術中心工程項目為例進行探討，本工程總建筑面積13.5×108m2，地下1層（局部3層），地上3～8層，結構為框剪混凝土及外圍彎扭鋼結構，屋面和外立面主要為GRC幕墻，由1萬余塊無一相同的雙曲面GRC板塊組成。

2 基于BIM建模的異形建筑幕墻施工設計

由于幕墻造型極其復雜，針對自由曲線的建模特點，本工程使用DigitalProject軟件和Rhino軟件進行幕墻全系統參數化建模，模型精度可達到0.0001mm。在DigitalProject軟件建立的設計模型下進行深化設計，經碰撞檢測無誤后，從施工模型中直接導出CAD文件，完成出施工圖。

2.1 深化設計階段

設計階段幕墻BIM應用主要為深化設計階段的全系統建模、碰撞檢測、云平臺協同、MR輔助深化、結構計算、節點模擬、出施工圖。基于云平臺協同的BIM應用，將分散的設計人員以及業主、總包、分包集成在高效的網絡平臺中，保證溝通順暢，節約項目時間成本。通過遠程協同辦公，將設計和深化問題提前暴露并解決，減少現場返工，推動進度目標實現。利用TrimbleConnect平臺可以分權限共享BIM文件、圖紙、會議紀要等；利用Trello平臺可以有效及時地跨地域溝通。將BIM模型通過Navisworks整合，完成碰撞檢測，生成碰撞報告；檢測出的碰撞問題，發布至Trello平臺，并邀請碰撞問題對應方加入討論，問題方修改碰撞后，在Trello平臺中上傳修改后圖片并回復，各方確認沒有問題后再將第二版模型上傳至TrimbleConnect平臺，再從實際施工模型中導出施工圖。

2.2 加工階段

加工階段幕墻BIM應用主要為模具參數化設計、模具加工圖制作、模型數據轉化、模具數字化加工、GRC幕墻預制加工。GRC加工的傳統模架是在木板上覆蓋白紙，沿白紙所繪曲線切割而成，精度難以保障。本工程GRC的數字化加工主要體現在模架的加工。將DigitalProject中設計模型通過插件導出CNC可用文件，然后導入CNC專用數控系統。數控系統代碼逐行運行，驅動CNC三軸雕刻機銑刀上下、左右、前后高速轉動，實現模架板毫米級加工精度。CNC加工后的模架經線方向間隔500mm、緯線方向間隔1000mm排布，蒙皮過程隨形貼三層5mm厚板，刮三層膩子，刷一道漆，澆灌GRC砂漿，注漿有一定強度后與背負鋼架連接，再經養護、脫模、表面修整后包裝。

3 異性幕墻的施工與控制

3.1 詳細組織施工方案

異形幕墻施工的最大缺點是車間化低，對現場安裝工人要求高，質量不容易保證。特別是在置于特殊的地理位置，更要重點考慮其建筑外形及尺寸，同時還要考慮施工地處的環境、濕度等自然環境因素的影響。為確保項目安全施工、保質量、保工期的情況下，需要組織一批幕墻專家，對項目的相關要求及特點編制周密詳細的施工進度計劃，確保嚴格控制各階段順利進行。

3.2 搭設腳手架

整個構筑物的形體為雙曲殼體，工程施工最大難點就在腳手架的搭設，并且外腳手架必須采用特殊工藝，才能滿足正常的施工需要。根據工程的實際狀況，反復測算、研究，并經多次專家論證及審核，同意立面采用外挑多排腳手架，采光頂采用滿堂腳手架塔設，腳手架管共租用約2600t。各個系統之間腳手架錯綜復雜，為確保搭設順序需合理，本項目采用全站儀對腳手架的變形進行檢測，實踐證明這項技術的應用既方便施工又保證質量。

3.3 測量放線

首先，需要制定出降低主體結構沉降及變形對幕墻安裝影響的措施；對于主體結構的復核，需要制定出測量放線的專項方案復核主體結構；提前對幕墻進行“分區域、分面、分段”的控制方法，對幕墻骨架、制作面板等進行劃分；測量放線之前，首先必須要熟悉圖紙，了解施工順序，施工進度計劃等，同時要根據施工總平面的布置對劃分好的每個單位的幕墻分別進行合適的控制；）對安裝成形后的效果要有提前的預計，以確定關鍵的節點的設計、采購、加工、安裝和檢測的方案，對可能在過程中出現的問題，要提前制定相應的辦法，才能順利的進行放樣施工。

3.4 幕墻材料吊運

軌道式吊裝運輸方案主要采用工字鋼，通過現場拉彎機拉彎使之工字鋼與采光頂形成一個弧面，并在軌道上架好4個預先加工好的滑輪嵌入軌道內，這樣有效的預防整體往外傾斜。運輸動力主要采用60kw電動卷揚機，固定于軌道下方，并有效降低卷揚機的轉速和荷載。

索道固定式吊裝施工方案用鋼絲繩用卡扣固定在主鋼結構上，索道鋼絲繩在60kw電動卷揚機受力拉緊后用卡扣扣緊，一條索道設置兩道鋼絲繩，鋼絲繩的間距為4.5～5m，貨架與索道用滑輪連接，保證貨架在上升下降的過程中通過滑輪與鋼絲繩的固定來有序升降，有效的預防吊裝物的無定向擺動。

4 異形建筑幕墻設計施工質量的提升措施

4.1 嚴格遵循設計原則

①異形幕墻的大部分構件都是懸掛在建筑物的主體結構之上，不承受主體結構所承受的作用力，并且需要按照保護結構標準設計；②在幕墻構件設計時需要考慮的因素很多，例如，重力作用、環境影響、地震作用、位移等諸多因素；③在對抗震幕墻設計時，需要考慮設計部件的抗震能力，保證各連接部件的連接緊密，避免因為外力作用而損壞。

4.2 嚴把材料、半成品質量關

幕墻材料是保證其施工質量的基礎，更是保證其成品質量的關鍵因素。例如幕墻施工中使用的龍骨、密封材料、粘結材料等對幕墻質量的影響都很大，所以對這些材料在招標階段就要嚴格控制，材料進場時要嚴格的檢測，測定其力學性能和相容性，對于不合格的材料堅決不能在工程上使用。

4.3 要嚴格進行圖紙會審

現場的技術人員要嚴格按照圖紙施工，所以設計人員在出圖時要仔細進行審核，組織相關單位進行圖紙審核，在會上對施工人員提出的問題要給于合理的解釋，并做好技術質量的交底工作，盡可能在施工前就把有可能對幕墻質量產生影響的因素消除。

5 結語

綜上所述，異形幕墻主要應用于大型的公共建筑中，使城市環境美化的因素之一。因此，在城市的建筑物外墻裝飾中得到了廣泛應用。在實際工程建設中，管理人員與施工人員需要從多方面多角度出發，運用先進的技術以及完善的措施確保工程質量，為提升整體建筑的穩定性提供保障。

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