超大尺寸異形玻璃幕墻安裝技術

超大尺寸異型玻璃幕墻安裝普遍存在跨度較大、尺寸超長超寬，幕墻結構傾斜角度較大等問題，利用傳統施工工藝定位、放線以及安裝施工比較困難。采用3D掃描測量技術，將掃描數據結果逆向建模進行深化設計，將設計、加工、制作、安裝融合成一個聯動的信息化平臺，消化了鋼結構施工誤差，將現場實際數據與幕墻表皮整體深化設計、整體加工控制、整體定位放線和整體施工，最終形成基于3D掃描數據為基礎的BIM深度應用.該工藝的成功應用，為同類型工程提供參考。

超大尺寸; 異型玻璃; 幕墻安裝技術

TU767.5B

[定稿日期]2021-02-03

[作者簡介]譚剛（1979～），男，本科，高級工程師，從事市政工程施工技術與質量管理工作。

曲面玻璃幕墻作為一種新型建筑外墻裝飾形式，因其良好的通透性和美觀越來越多的應用在建筑中。由于異形建筑物測量定位、龍骨加工及安裝、面板安裝，遠比一般的矩形、圓形等簡單幾何圖形要復雜得多，且與一般的框架結構不同的是，該建筑的異形主體結構先完成，而后做外面的異形玻璃幕墻，這給測量定位、龍骨加工安裝、面板安裝等施工帶來了很大的難度。放線的精準度、龍骨加工和安裝的偏差、面板安裝的偏差，在施工中都是控制的要點，是保證幕墻外觀效果的必要措施。通過超大尺寸異型螺旋式玻璃幕墻的安裝施工，總結出新的安裝工藝。為超大尺寸異形螺旋式玻璃幕墻安裝提供了新的解決辦法。

1 工程概況

龍泉山城市森林公園丹景臺片區綜合提升項目——東進展覽館工程設計外形上大下小圓形、螺旋扭曲，內部中空無柱、鋼梁跨度約44～46 m。地下三層為全封閉地下室（其中兩層為夾層），基礎深度9 m，基礎結構為鋼管混凝土復合結構體系，鋼筋與鋼結構梁柱結合，工序繁多，工藝復雜;地上三層，總高約24 m，主體為鋼結構，總重近4 000 t，鋼構件數量多且每件的尺寸各不相同，外部由鋼網結構與主體拉結，外網豎向外傾角度54～75 °不等，因此幕墻為連續不規則雙曲雙扭異形幕墻。每塊幕墻玻璃為不規則四邊型雙曲12+2.28pvb +10+12Ar+12夾膠中空雙銀鋼化超白玻璃，均為非標異形玻璃。每區幕墻采用3D三維掃描測量結合BIM技術比對，每一塊玻璃均需獨立測量尺寸及繪制1∶1的材料加工圖，玻璃板塊數量為1 100塊，單塊最大尺寸6 m×2.4 m、重達1.5 t。每塊玻璃定制生產玻璃附框，用M8×40 mm不銹鋼螺栓與鋼橫梁連接固定（圖1）。

2 工藝原理

幕墻系統分布于整個建筑的外立面，直接在主體鋼結構上鋪設橫、豎龍骨骨架。橫向為隱框，玻璃通過雙組分結構膠與不銹鋼附框相連，附框通過M8×40 mm不銹鋼螺栓與鋼結構橫梁相連，橫向玻璃與玻璃之間的縫隙用耐候密封膠封閉;豎向玻璃通過壓塊使玻璃與鋼龍骨貼合，達到受力要求。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

前期準備—測量放線、主體鋼結構3D掃描—逆向建模—安裝鋼結構橫梁、豎向角鋼墊框—安裝玻璃、打膠。

3.2 操作要點

3.2.1 前期準備

3.2.1.1 玻璃及幕墻鋼橫梁加工

根據3D激光掃描儀測量數據，采用三維設計軟件調用BIM模型參數，直接生成三維實體零件及二維加工圖如圖2～圖5。在工廠定型化生產玻璃及橫梁。

3.2.1.2 材料運輸

型材及鋼材等龍骨材料包裝采用先貼保護膠帶，然后外包帶塑料膜的牛皮紙的方法，并盡量將同種規格的包裝在一起。根據道路情況，玻璃的運輸根據玻璃長度定制專用倒“T”字運輸架，車輛選用車廂長度6～8 m的貨車，車廂內部焊制反扣鎖件以保障“T”字架在車廂內不滑動。

對于五金件、膠及其他小型附件等均需裝箱包裝，裝車后碼齊，可以受壓的放在下部，不能受壓的放在上部。運輸中應盡量保持車輛行駛平穩，注意慢行。

3.2.1.3 材料堆放

材料、構件要求按設計分類、按使用地點存放。面板應傾斜立放，傾斜角10～15 °，應墊厚度大于150 mm的木枋，搬運時要兩人抬起，防止碰邊碰角。安裝前要檢查框架質量，要求平直、規整，不得有明顯的變形、刮痕和污垢;搬運時，不得硬性推拉以免損壞表面氧化膜或涂層。

3.2.2 測量放線、主體鋼結構3D掃描

3.2.2.1 測量控制

本工程為弧形結構，玻璃幕墻呈倒錐形。測量的重點是：幕墻外控制軸線的確定、轉接件、幕墻板塊的測量定位、安裝過程中的控制檢測、安裝后的復核檢測。采用分級布網、逐級控制的方式進行，對觀測結果進行嚴密平差。

3.2.2.2 測量內容

結構施工結束后，進行測量定位，測出土建結構偏差，確定鋼結構玻璃幕墻安裝基準線，包括龍骨排布基準及各部分玻璃幕墻的水平標高線，為各個不同部位的幕墻確定三個方向的基準。根據測量數據進行逆向建模下單。

3.2.2.3 測量方案

（1）Trimble RTS放樣機器人結合BIM模型提供連續的測量信息，實現設計數據的精確放樣。RTS放樣機器人可直接放樣從設計圖紙創建的點文件，也可以現場創建放樣點，計算角度和距離及收集竣工數據，生成放樣報告、現場報告、偏差報告。在BIM模型中直接提取空間（X、Y、Z）坐標，所需測量數據直接導入手持PAD中，放線時通過準確的控制點快速建站，通過PAD中三維視圖模式更直觀的放置控制點。

儀器建站準確后，選中需放樣點位，點擊放樣，根據PAD上位移指示移動至對應點位。（X、Y、Z）均提示正確，既所在點為放樣點，如圖6所示。

（2）采用Trimble FARO X130掃描儀進行定位測量和鋼結構尺寸復核。利用激光測距的原理，通過高速激光掃描測量的方法，大面積、高分辨率地快速獲取物體表面各個點的（x、y、z）坐標、反射率、（R、G、B）顏色等信息，由這些大量、密集的點信息可快速復建出1∶1的真彩色三維點云模型，為后續的內業處理、數據分析等工作提供準確依據，3D掃描儀如圖7所示。

（3）3D掃描技術、BIM模型在施工流程中的作用。①解決精細化安裝前的測量問題，本工程土建結構、鋼結構已完成，若采用人工現場不好測量，所要測量的數據量很大，而且效率低、誤差太大、受周圍環境影響大;②在理論和實際存在差異時，將實際施工與設計圖紙進行對比，比較模型和掃描數據做碰撞檢測;③直接根據掃描數據調整設計模型，解決構件精細化安裝問題;④可以在無已知控制點位，進行測量與設計圖紙結合;⑤可將構件尺寸在掃描模型中進行測量，直接下料加工;⑥三維建模，可幫助獲得室內柱子、結構連接件、內外裝修尺寸來進行裝飾施工，根據模型尺寸預制材料;⑦在模型中作尺寸的測量，后將數據發到工廠進行預制制加工，再將加工產品現場拼裝。

3.2.3 逆向建模

根據Trimble FARO X130掃描儀現場掃描通過軟件生成點云數據點云數據導入到REVIT軟件中進行數據索引成RCP格式。將RCP格式的點云數據重新插入到REVIT軟件中。點云數據在計算機中進行圖像顯示，使施工現場的真實情況在計算機中呈現出模糊圖形。在REVIT軟件中識別施工現場中構件的三維定位坐標信息，此時，可以識別出來的三維定位坐標信息即為需要后期勾勒的有用信息。

根據構件的三維坐標信息，從REVIT軟件的工具欄中選取相應構建的畫筆，勾勒出其中的構件：即將對應的可識別的三維定位坐標信息連系勾勒出來。全部構件勾勒完成后，去掉點云數據。形成BIM模型，使施工現場中的建筑物構件在計算機中形成一一映射，完成逆向建模，如圖8所示。

3.2.4 安裝鋼結構橫梁、豎向角鋼

安裝鋼結構橫梁、豎向角鋼采用汽車吊籃安裝方式，將鋼結構橫梁、豎向角鋼安裝焊接至主體鋼結構上，鋼結構表面氟碳噴涂處理。

將連接件預就位時，應將連接件的水平方向和垂直方向的中心十字交叉線對準上一工序在鋼結構位置彈出的十字交叉線，如原鋼結構有偏斜時，應將連接件在水平垂直方向用墊鐵墊平，并將墊鐵焊接牢固。

整個面的連接件預就位后，拉水平線，吊垂線檢查，連接件的水平、垂直方向的位置正確無誤后進行加固。

加固連接件后，檢查連接件質量，符合設計和規范規定后，對焊縫進行防腐處理，如圖9所示。

3.2.5 安裝玻璃、打膠

玻璃面板安裝采用汽車加電動吸盤來吊裝玻璃，外立面通過高空作業車固定玻璃、打膠密封。如圖10所示。

（1）初安裝：安裝時4～5人組成一組，根據設計玻璃尺寸大小、結合安裝位置尺寸檢查尋找玻璃，將玻璃運至安裝位置、調整玻璃面板方向、鋪設墊塊，安裝對穿螺栓。

（2）調整：玻璃板塊初裝完成就對板塊進行調整，調整的標準，即橫平、豎直、面平。橫平即橫梁水平，面平即各玻璃在同一平面內或弧面上。室外調整完后還要檢查室內玻璃是否平整，各處尺寸是否達到設計要求。安裝順序為從上往下依次安裝。

（3）安裝壓塊：板塊調整完成后，及時安裝壓塊，如圖11所示。

（4）固定：玻璃板塊調整完成后馬上要進行固定，主要是用螺栓、扣蓋固定。螺栓布置間距不大于600 mm，擰緊后逐一檢查螺栓是否擰緊，杜絕松動現象。玻璃安裝好后，開始安裝扣蓋。

（5）驗收：每塊玻璃安裝時，從安裝開始到結束，全過程質量控制，驗收同時進行，驗收的內容有：板塊自身尺寸、外觀是否有問題;膠縫大小是否符合設計要求;玻璃板塊是否有錯面現象;室內鋁材間的接口是否符合設計要求。

（6）打膠密封。本工程造型為倒錐形，屋面面積較大，防水要求高，每塊玻璃安裝完應及時打膠密封。

板塊安裝固定完成后，在接縫兩側先貼好保護膠帶，然后將膠縫部位用規定溶劑，進行凈化處理，凈化后進行注膠。注膠使用專用的刮膠板刮掉多余的膠，做適當的修整，同時拆掉保護膠帶、清理膠縫四周。膠縫與基材粘結應牢固無孔隙，膠縫平整光滑、表面清潔無污染。

4 質量控制

4.1 幕墻安裝質量控制

（1）連接節點安裝質量。檢查幕墻與建筑主體結構之間的連接方式是否滿足規范規定及設計要求：要具有三維變形能力;連接是否牢固，螺栓等主要連接部件每處是否滿足規范規定不少于2個的要求。

（2）幕墻框架周邊與建筑主體之間連接質量。框架周邊與墻體之間間隙要求采用能使幕墻框架適應溫度變化、自由伸縮的材料填塞，其內外表面需用耐候密封膠密封，而不能采用水泥砂漿封閉。著重檢查女兒墻頂部構造的防滲漏處理。

（3）防火隔斷設置質量。檢查所有的防火隔斷都必須密封嚴密，各層間防火隔斷間隙都要求用防潮材料將礦棉等不燃材料包裹進行填塞，嚴禁采用裝飾可燃板作為防火封板，其防火隔斷須能滿足防火規范要求，從而達到既防火又防煙的作用。

（4）防雷裝置質量。著重檢查立柱與立柱、立柱與橫梁之間有否可靠跨接，角碼與主體結構之間的均壓環有否可靠接地，幕墻框架是否形成一個自身完整的避雷體系，接地電阻測試是否滿足設計要求。

4.2 立柱、橫梁安裝質量控制

（1）立柱安裝質量。立柱安裝的質量是幕墻安裝質量的奠基石。一方面，要求立柱安裝須控制在允許偏差范圍后，方可將轉接件正式焊在預埋件上;另一方面，應檢查立柱接頭質量，要求立柱接頭必須具備能適應溫差變形、施工偏差調整的能力。

（2）立柱與橫梁之間質量。要求橫梁與主柱兩側需設柔性墊片以減少兩者間的摩擦變形。

4.3 面材安裝質量的檢查

（1）玻璃、鋁板、蜂窩鋁板等表面無殘膠、無污跡。

（2）嚴格控制硅酮密封膠的打膠質量。

5 結束語

近幾年，異型螺旋式玻璃幕墻項目隨著我國經濟的迅速發展而不斷興起。螺旋式超常規玻璃幕墻安裝普遍存在跨度較大、尺寸超長超寬，幕墻結構傾斜角度較大等問題，利用傳統施工工藝不易進行定位比較困難、放線以及安裝施工。因為傳統測量工具進行龍骨、面板測量定位偏差度大、質量精度難控制，針對傳統施工技術的缺陷，優先采用3D掃描測量技術，將掃描數據結果逆向建模進行深化設計，將設計、加工、制作、安裝融合成一個聯動的信息化平臺，消化了鋼結構施工誤差，將現場實際數據與幕墻表皮整體深化設計、整體加工控制、整體定位放線和整體施工，最終形成基于3D掃描數據為基礎的BIM深度應用，使本項目順利完成施工目標。在保證質量的前提下，縮短了項目施工工期，同時也減少了項目的施工成本。

采用本安裝施工技術，施工方便，提高了勞動生產率，保證了超大尺寸異形玻璃幕墻安裝的準確性，使得幕墻螺旋式造型達到設計效果。

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