廣場金屬欄桿模塊化批量加工技術的應用

徐 欣

上海市建筑裝飾工程集團有限公司 上海 200072

1 概述

上海迪士尼主題樂園TL311項目是迪士尼和上海通用汽車企業聯合打造的項目，以相鄰的創極速光輪項目的汽車為主題，營造了一個未來風格十足的展示空間。項目中，存在一組金屬欄桿構件，其位于2層廣場區域，順接相鄰單體（圖1）。

圖1 金屬欄桿示意

2 現場情況介紹

1）根據圖紙及業主要求，第1根大刀片欄桿的頂標高距離地面完成面2 200 mm，最后1根欄桿的頂標高距離地面完成面1 100 mm，中間欄桿頂部需要形成統一斜率的斜線。

2）廣場樓板由1塊水平樓板和斜坡樓板組成，即起點標高（5.5 m）與終點標高（4.8 m）不同，且中間存在轉折（圖2）。

圖2 廣場樓板形狀示意

3）欄桿中間隔布置著揚聲器，寬度占2根欄桿尺寸。

4）其中存在3組座椅，業主需要所有座椅面單獨水平。根據地坪標高，其中1組座椅處在水平樓板，故只需座椅下部尺寸統一即可；另1組座椅部分在水平樓板，部分在斜樓板上，要求座椅面標高在樓板轉折處開始變化，尺寸差根據樓板斜度確定，并需要準確定位轉折點；最后1組座椅處在斜樓板上，為保證座椅面水平，需要做到前后座椅高度差與樓板斜度統一（圖3）。

圖3 座椅布局示意

3 前期資料

欄桿采用大刀片形式，側向固定在平臺樓板側面，懸挑向上，起到圍擋作用（圖4）。

圖4 欄桿立面示意

1）廣場樓板位于2層標高位置，直接將不銹鋼板用埋筋預埋在混凝土樓板側面，保證埋板豎直并高出地面完成面10 cm作為飾面部分。

2）通過有效連接，將欄桿側向固定在埋板中，間隔125 mm整齊排布，形成圍擋。

在初期的設計圖紙中，業主提供了欄桿剖面圖紙，使用厚6 mm、寬100 mm的不銹鋼板加肋板，用沉孔螺栓固定成厚40 mm的大刀片（圖5）。

圖5 原欄桿剖面示意

同時，欄桿與埋板通過焊接固定，但圖紙表達信息不詳細，需要根據具體工藝進行深化。

4 方案確定

在項目過程中，項目部一直采用模型來對構件進行模擬。通過建模，我們發現設計院提供的截面形式在實際制作完成后，其沉孔螺栓間隔出現，且正對游客，嚴重影響美觀；而底部焊接方式在實際加工過程中，無法實現焊接工作。對此，我們及時與業主進行了溝通，并使用模型展示效果，業主迅速了解情況并采取了措施，大大提高了交流效率。

應業主要求，需要我們做到以下幾點：嚴格按照園區其他單體欄桿樣式進行制作；大刀片周身不允許有螺栓孔或者焊點出現；根部固定必須牢固可靠，且便于安裝。對此，我們結合相鄰區域的設計方案，依靠工廠擁有的技術條件，充分研究不銹鋼工藝工法，編制有效合理的施工方案及深化節點，并且通過小樣驗證方案的可行性，評判最終效果是否能達到業主要求。

最后我們采用的方案為達到表面無螺栓孔無焊點的要求，選用了穿孔滿焊打磨的工藝來實現（圖6）。

圖6 改進后欄桿剖面示意

具體操作步驟如下：

1）根據圖紙深化尺寸，對不同厚度的不銹鋼板材進行激光切割。主要分為3類板：Ⅰ類板——厚5 mm不銹鋼側板，平面尺寸按照欄桿立面輪廓；Ⅱ類板——厚2 mm不銹鋼肋板，寬30 mm矩形長條，長度為欄桿立面輪廓向內偏移20 mm后輪廓周長；Ⅲ類板——厚2 mm不銹鋼內襯板，平面尺寸按照欄桿輪廓向內偏移22 mm。

2）然后對Ⅲ類板（厚2 mm內襯板）進行打孔處理，其目的是為了實現與Ⅰ類板①焊接可在內部進行，防止外表面出現焊點。

3）將Ⅱ類板與Ⅲ類板垂直放置，圍繞著Ⅲ類板進行彎曲并在內側進行電焊連接，并適當布置肋板進行加強，保證兩塊板的垂直度。最終完成組合1（圖7）。

圖7 組合1

4）將組合1按照圖紙位置居中貼在Ⅰ類板①內側，通過預先打好的圓孔將組合1焊接在Ⅰ類板①上。

5）對Ⅰ類板②進行間距打孔，孔距輪廓邊緣凈距10 mm，稍稍向內偏移，避免穿孔滿焊過程中焊縫影響區域擴散，在Ⅱ類板與Ⅰ類板②交接陰角出現黑色燙傷現象。然后將Ⅲ類板按照圖紙位置居中貼在Ⅰ類板②內側，通過預先打好的圓孔將Ⅲ類板焊接在Ⅰ類板②上，形成組合2。其目的是為了保證組合1與Ⅰ類板②焊接的時候，限制Ⅱ類板發生變形。

6）將組合1扣在組合2上，并通過預先打好的孔進行沉孔滿焊（圖8），圖8中圓圈所示即為沉孔滿焊效果。

7）對完成雛形再次進行機器打磨，得到最終業主需要的效果。

針對底部安裝方式，我們也結合了現場環境，根據工藝工法，選擇了預先焊接配合現場螺栓固定的方法（圖9）。

圖8 大刀片雛形

圖9 底部固定節點剖面示意

其基本思路步驟如下：

1）在上面欄桿的基礎上，根據圖紙位置，將預先打好沉頭螺栓孔的不銹鋼板焊接到欄桿底部，形成基座。

2）在現場施工過程中，將預先鉆孔攻絲的厚18 mm不銹鋼板焊接到預埋板上。

3）欄桿通過沉頭螺栓固定在預埋板上。使用3M雙面膠將厚1.5 mm的不銹鋼板貼在基座外側，形成整體統一的飾面外觀效果。

由于業主對欄桿外觀有非常嚴格的要求，需要在拼接處做到致密整齊，所以需要我們對每一個尺寸都精確嚴謹。對此，我們采用了模型模擬，將所涉及的所有構件進行繪制。如此做存在兩大優勢：

1）通過建模，可以預先使用模型模擬外觀效果，通過模型與業主溝通，使得問題更加直觀明顯。而業主在觀看模型的過程中，基本上能確定效果是否能夠達到他們的要求，即便需要調整修改，也可以在計算機中模擬，既高效準確，又節約人力物力。最終得到一個有效的模型mockup模擬?？梢娛褂媚Ｐ?，能有效節約成本，提高工作效率。

2）在根據完成的模型，對模型進行拆解，得到各部分的尺寸、數量等信息，校對圖紙深化內容，防止圖紙深化的紕漏情況出現。

在完成并通過了小樣制作后，基本確定了制作工藝。

5 模塊化批量加工

基于現場情況及業主要求，我們加工的每一根欄桿都需要不同的尺寸。我們將168根欄桿進行如下處理：

1）根據情況對欄桿進行分組，168根欄桿可分為普通造型加座椅欄桿163根和揚聲器欄桿5根。普通造型加座椅欄桿又可按所處位置分為水平樓板處不帶座椅欄桿16根、帶座椅欄桿34根，斜樓板處不帶座椅欄桿97根、帶座椅欄桿16根。針對以上分組，進行簡要分析：

① 揚聲器欄桿因為數量較少，尺寸統一度較差，故單獨處理。

② 將剩余所有欄桿按照普通做法進行加工生產，對欄桿高度尺寸等差變化，根據樓板情況，調整公差，保證在統一基座安裝方式的情況下，欄桿頂標高能統一斜率。

③ 在欄桿制作過程中，按照編號位置，對處于座椅位置的欄桿進行座椅面的焊接工作。

2）對所有欄桿進行編號，并繪制準確的CAD輪廓圖紙作為外加工圖紙，以便配合工廠激光切割。

3）對應編號和圖紙尺寸，進行欄桿的安裝生產。

為了確保初期深化設計的準確性，在設計初期，我們就對欄桿進行了模型模擬，通過參數化對每一根欄桿都進行了排布，嚴格按照業主要求進行布置。在整體效果得到認可之后，直接在軟件中導出每一根欄桿的高度信息，對圖紙尺寸進行核對，確保外加工單的準確可靠。考慮到每一根欄桿的尺寸互不相同，而材料采用了厚5 mm的316L不銹鋼非常規構件，對設備的要求比較嚴格，加工周期較大；而工藝的復雜，需要協調不同廠家（激光切割，構件拼裝，拉絲打磨）進行有效配合，這也導致了產品加工周期非常長。所以為了避免過程中出錯，前期準備工作相當重要。

綜上所述，最終欄桿的實施過程概括如下：

1）前期設計充分解剖欄桿各部分，分類并統計尺寸信息及數量，編制加工圖。

2）根據加工圖下單下料，做好編號及正反面標注，直接外加工各部分零件。

3）在嚴格的時間把控下，將每部分零件產品精確到“天”運回工廠并進行拼裝，拼裝過程中，技術人員按照加工圖，從組件類別中選擇對應配件進行組裝。

4）完成組裝過程中，再成批送到拉絲工廠進行打磨拉絲。

5）成品保護，裝車，按計劃運輸至項目現場安裝。

在這樣流水化加工生產的過程中，需要做到以下幾點，才能使得程序準確有效：

1）前期設計工作需要細致準確，構件拆分考慮充分。由于采用了厚5 mm不銹鋼板，過程中再加工處理的可能性幾乎為零；而業主對外觀效果的挑剔，不允許我們在生產過程中再進行糾錯處理。

2）在程序流通過程中，對每一個零件需要進行編號處理，并確保過程中編號能夠一直保持，對于一些非對稱構件，需要進行嚴格的正反面標注，避免過程中信息不詳導致加工產品錯誤。

3）由于分零件加工，需要嚴格控制每一個零件的加工周期，任何一個零件的延誤會導致整個流程的停滯。

流水線生產模式，能有效提高生產效率，提高生產質量，但前提需要有一個合理有效的運作流程及機制來規范生產。

6 落實措施

為配合現場緊張的工期，同時保證各部分零件，我們還編制了詳盡的外加工計劃表，以此監管所有的材料加工進度。在前期花費了大量人力物力來編制合理的生產加工方案，我們需要有效的管理來為生產保駕護航，不然勢必導致生產工作前功盡棄。我們對近170根欄桿進行分組，對每一組的生產細化到零件的下料、加工、進廠時間等每一個環節都把控到位，確保生產流程井然有序得高效運作。過程中發現問題，及時解決或調整，從宏觀上把控生產，盡可能減少流程損耗。

7 結語

隨著設計師越來越多采用格柵式構件排列形成設計造型，使得我們在產品加工中打破了標準件的常用概念。我們需要對每一個構件都進行數據分析，從中提取出共性進行批量生產，保留個性進行專項處理。通過數據進行嚴格控制，確保流水生產過程中的準確性[1-2]。

此次模塊化生產加工技術的應用，是我們應對設計方案特殊化的一次嘗試，也是將復雜構件進行簡化的一次嘗試：化整為零，控制要點，最終達到設計效果。充分利用新生技術，引進高效管理理念，結合現有生產工藝水平，來提高我們的產品生產能力。