基于BIM技術(shù)的雙曲面異形鋁板吊頂施工技術(shù)研究

薛廣尉

中建海峽建設(shè)發(fā)展有限公司，福建 福州 350015

隨著國家影響力的擴(kuò)大，國家舉辦大型國際會(huì)議也逐步增多，加快了大型公共建筑的建設(shè)進(jìn)度，如會(huì)議中心、主題會(huì)址、綜合場館的興建。這些大型公共建筑大都采用了大曲面鋼結(jié)構(gòu)空間網(wǎng)架屋面形式，創(chuàng)新了網(wǎng)架下弦的大空間吊頂技術(shù)，促進(jìn)了建筑裝飾施工技術(shù)的提高[1]。

世界媽祖文化論壇永久性會(huì)址旅游項(xiàng)目的大規(guī)模雙曲面異形鋁板吊頂系統(tǒng)具有裝飾線條優(yōu)美、波浪起伏的吊頂造型。優(yōu)美的弧線與建筑外立面帷幔吊頂弧線高度擬合，但是傳統(tǒng)的二維CAD圖紙無法有效表達(dá)與設(shè)計(jì)雙曲的吊頂外形，因此雙曲吊頂?shù)臏y量放樣和施工質(zhì)量控制成為該工程裝飾施工的重大難題。最終，該工程采用BIM技術(shù)進(jìn)行雙曲面異形鋁板吊頂深化設(shè)計(jì)與施工，實(shí)現(xiàn)了快速導(dǎo)出加工圖與施工圖的目標(biāo)。

1 施工技術(shù)原理

大規(guī)模雙曲面異形鋁板吊頂系統(tǒng)的施工技術(shù)原理如下：（1）經(jīng)過計(jì)算機(jī)立體空間提取數(shù)據(jù)總計(jì)超過235個(gè)測量點(diǎn)，形成可測量數(shù)據(jù)化的CAD圖紙及異形鋁單板加工圖；（2）對(duì)吊頂安裝前對(duì)定位軸線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，形成吊頂網(wǎng)格定位高度圖；（3）按照吊頂網(wǎng)格定位高度圖進(jìn)行網(wǎng)格放線與吊頂曲面施工，利用單曲面的異形鋁板實(shí)現(xiàn)雙曲面吊頂?shù)难b飾效果。雙曲面異形鋁板吊頂施工原理圖如圖1所示。

圖1 雙曲面異形鋁板吊頂施工原理圖

2 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

2.1 施工工藝流程

施工工藝流程如圖2所示。

圖2 施工工藝流程圖

2.2 操作要點(diǎn)

（1）設(shè)計(jì)準(zhǔn)備。以CAD二維平面圖紙及已完成建筑的鋼結(jié)構(gòu)模型為基礎(chǔ)進(jìn)行BIM建模，如圖3所示。

圖3 雙曲面異形鋁板吊頂BIM建模效果圖

完成各專業(yè)管線管道布置后，確定吊頂模型。通過模型導(dǎo)出可測量數(shù)據(jù)化的CAD圖紙和吊頂網(wǎng)格定位高度圖，同步導(dǎo)出放樣軸線控制網(wǎng)，依據(jù)工藝流程，生成具有施工指導(dǎo)作用的各構(gòu)配件尺寸加工圖。

針對(duì)雙曲弧度變化較大的部位，按照面、線、點(diǎn)的分解思路，將復(fù)雜雙曲面分離成單曲平面，再將單曲平面分解成獨(dú)立標(biāo)高點(diǎn)，這些獨(dú)立標(biāo)高點(diǎn)即為施工控制標(biāo)高。在滿足精度要求的情況下，按照固定尺寸間距進(jìn)行多次剖面，形成各剖面詳圖[2]。每個(gè)剖面圖形成獨(dú)立的標(biāo)高控制體系，實(shí)現(xiàn)單曲二維平面組合成雙曲的三維立體空間效果，對(duì)定位網(wǎng)軸線上的吊頂精確數(shù)據(jù)進(jìn)行分解，如圖4、圖5所示。

圖4 雙曲面吊頂剖面位置定位圖

圖5 雙曲面吊頂剖面圖

（2）材料準(zhǔn)備。根據(jù)BIM模型，導(dǎo)出異形鋁單板加工料單，鋁單板在加工工廠內(nèi)分段加工，并逐一編號(hào)，嚴(yán)格控制成品質(zhì)量，保證安裝完成后的吊頂弧度均勻。構(gòu)配件的運(yùn)輸采用專用包裝箱，嚴(yán)格做好成品在運(yùn)輸過程中的保護(hù)，材料進(jìn)場后按編號(hào)逐一碼放，避免混淆。

（3）測量放線。①根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況實(shí)地移交基準(zhǔn)軸線、基準(zhǔn)標(biāo)高；②對(duì)移交的基準(zhǔn)線進(jìn)行偏差測量，根據(jù)測量結(jié)果，確定基準(zhǔn)線準(zhǔn)確性。復(fù)核基準(zhǔn)線無誤后，進(jìn)行控制軸線放樣，控制軸線用墨線彈至地面，并做好標(biāo)記；③以控制軸線為基準(zhǔn)，利用激光水平儀，將控制線引至鋼結(jié)構(gòu)屋面網(wǎng)架下弦，并做好標(biāo)記；④根據(jù)控制線和施工圖彈好吊桿懸掛點(diǎn)，并做好標(biāo)記；⑤將基準(zhǔn)標(biāo)高，引測到墻面、柱面及增設(shè)的標(biāo)桿上，根據(jù)吊頂剖面詳圖標(biāo)記出弧度吊頂?shù)亩祟^控制標(biāo)高。

（4）轉(zhuǎn)換層骨架安裝。①根據(jù)放線位置，先進(jìn)行轉(zhuǎn)換層骨架的吊桿安裝。吊桿采用L50mm×4mm角鋼，根據(jù)施工圖現(xiàn)場裁切不同長度的角鋼，并按施工圖編號(hào)安裝角鋼；②吊桿焊接前，先對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的焊接點(diǎn)位置，進(jìn)行打磨處理，將防銹漆磨除，露出光亮金屬面；③吊桿安裝過程中，依據(jù)編號(hào)將吊桿焊接在鋼屋面網(wǎng)架的下弦桿上；④角鋼焊接采用雙面焊縫，焊接過程中控制好角鋼焊接的垂直度，保證角鋼豎直、縱橫向的角鋼平行，嚴(yán)禁歪斜；⑤焊接完成后，報(bào)監(jiān)理進(jìn)行隱蔽驗(yàn)收，并對(duì)焊接縫進(jìn)行防銹處理；⑥在轉(zhuǎn)換層主龍骨上焊接L100mm×50mm方鋼；⑦在主龍骨上焊接L50mm×4mm角鋼作為石膏板吊桿受力骨架；⑧根據(jù)深化設(shè)計(jì)圖，在主龍骨上進(jìn)行精確定位，將異形鋁板單板的吊點(diǎn)位置在主龍骨上進(jìn)行標(biāo)記，在主龍骨上焊接L50mm×4mm角鋼作為鋁單板吊頂受力骨架。

（5）穿孔吸音石膏板吊頂骨架安裝。①通過角鋼次龍骨上的穿孔，安裝φ8mm吊桿；②組裝C型50mm主骨架，間距為1000mm，主龍骨之間采用對(duì)接連接；③根據(jù)標(biāo)高控制參數(shù)，通過吊桿上的螺栓調(diào)整弧度主龍骨的高度，使弧度滿足設(shè)計(jì)要求；④在弧度主龍骨上，安裝龍骨吊掛件，在龍骨吊掛件上扣上石膏板吊頂C型50mm次龍骨；⑤在安裝龍骨的同時(shí)，檢修口照明燈、噴淋頭通風(fēng)篦子等部位，應(yīng)按施工圖紙要求留出位置。若發(fā)現(xiàn)預(yù)留口與主次龍骨發(fā)生碰撞的，要及時(shí)調(diào)整局部位置，在檢修口的四周加設(shè)封邊橫撐龍骨，主龍骨應(yīng)加設(shè)吊桿；⑥在主次龍骨安裝過程中，同步進(jìn)行吊頂內(nèi)部機(jī)電安裝工程，以及管線、線路端口的安裝與檢查；⑦主次龍骨、機(jī)電管線安裝完成后，進(jìn)行隱蔽驗(yàn)收。

（6）穿孔吸音石膏板安裝。①在C型次龍骨之間填塞50mm厚的防火巖棉，防火巖棉要求厚度均勻，拼縫嚴(yán)密，表面平整；②防火巖棉填塞完成后，進(jìn)行隱蔽驗(yàn)收，并做詳細(xì)的隱蔽驗(yàn)收記錄，及時(shí)整改局部不合格位置，保證防火巖棉的施工質(zhì)量，各種電纜管線、燈架、管道等設(shè)備施工完畢后應(yīng)進(jìn)行調(diào)試；③通過自攻螺絲將穿孔吸音石膏板固定在吊頂龍骨上，石膏板的四邊均固定在龍骨或者橫撐上，保證四角不翹曲；④對(duì)機(jī)電管線端口、通風(fēng)口處的穿孔石膏板進(jìn)行取孔，點(diǎn)位復(fù)核；⑤穿孔吸音石膏板拼縫進(jìn)行嵌縫處理，首先張貼嵌縫紙帶，然后涂刮嵌縫石膏；⑥在穿孔石膏板上噴涂金色防霉乳膠漆；⑦在穿孔吸音石膏板上安裝管線端口的面板、通風(fēng)口百葉。

（7）鋁方通吊頂安裝。①將φ8mm鋁方通吊桿的上端與角鋼骨架固定；②根據(jù)BIM模型導(dǎo)出標(biāo)高點(diǎn)位圖，在異形鋁單板吊點(diǎn)位置控制鋁單板的安裝高度；③通過調(diào)整吊桿上的螺栓，控制異形鋁單板的高度，使同一條弧線上的異形鋁單板弧度平順均勻；④采用自攻螺絲對(duì)兩段異形鋁單板進(jìn)行連接加固；⑤對(duì)鋁方通的安裝位置和標(biāo)高進(jìn)行復(fù)核，不平順處采用吊桿上的調(diào)節(jié)螺母進(jìn)行精確微調(diào)；⑥安裝完成后，揭除鋁單板表面保護(hù)膜，并組織驗(yàn)收。

3 質(zhì)量控制

3.1 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

吊頂安裝允許偏差如表1所示。

表1 鋁單板吊頂施工質(zhì)量檢測項(xiàng)目、允許偏差及檢驗(yàn)方法

3.2 質(zhì)量保證措施

（1）飾面材料與龍骨的搭接寬度應(yīng)大于龍骨受力面寬度的2/3，保證飾面材料安裝的牢固可靠。（2）金屬吊桿、龍骨表面進(jìn)行防腐處理，吊桿、龍骨的安裝符合設(shè)計(jì)要求。（3）確保焊縫質(zhì)量，對(duì)現(xiàn)場焊接焊縫進(jìn)行跟蹤檢查，保證除污、除銹、防腐處理到位。（4）石膏板吊頂上的燈具、煙感器、噴淋頭、風(fēng)口蓖子等設(shè)備翹曲的位置應(yīng)設(shè)置合理、美觀，與飾面板的交接應(yīng)吻合、嚴(yán)密。（5）吊頂內(nèi)填充的吸聲材料應(yīng)有防散落措施。（6）安裝龍骨時(shí)，嚴(yán)格按水平標(biāo)準(zhǔn)線和規(guī)方線組裝周邊骨架。受力節(jié)點(diǎn)應(yīng)裝訂嚴(yán)密、牢固，保證龍骨的整體剛度。龍骨的尺寸應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，縱橫拱度均勻。吊頂龍骨嚴(yán)禁有硬彎，通過切槽形成弧度[3]。（7）為避免主龍骨向一邊傾斜，相鄰龍骨接頭須錯(cuò)開設(shè)置。龍骨安裝完畢，應(yīng)經(jīng)檢查合格后再安裝飾面板，龍骨分格的幾何尺寸必須符合設(shè)計(jì)要求和飾面板塊的模數(shù)[4]。（8）吊頂內(nèi)各專業(yè)施工完畢并驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行穿孔吸音石膏板的安裝。

4 效益分析

采用雙曲異形鋁板吊頂，通過BIM技術(shù)進(jìn)行虛擬施工，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的裝飾效果并將各種設(shè)計(jì)問題、碰撞沖突消化在深化設(shè)計(jì)階段，實(shí)現(xiàn)了多專業(yè)的設(shè)計(jì)整合，降低了管理成本。在復(fù)雜多曲面的吊頂系統(tǒng)施工中，顯著降低了返工率，實(shí)現(xiàn)了一次成型、一次成優(yōu)，節(jié)約了工期，減少了材料損耗，降低了建設(shè)成本。

5 結(jié)束語

雙曲面異形鋁板吊頂系統(tǒng)施工技術(shù)以BIM技術(shù)為核心，利用BIM技術(shù)導(dǎo)出的施工圖與材料加工圖控制吊桿標(biāo)高點(diǎn)，形成滿足要求的單曲異形鋁板吊頂弧度，最終完成雙曲異形鋁板吊頂系統(tǒng)施工。該技術(shù)使復(fù)雜多曲面的吊頂系統(tǒng)施工工效提高了約30%，降低造價(jià)20%，實(shí)現(xiàn)了一次成型、一次成優(yōu)，起到節(jié)約工期、減少材料損耗、降低建設(shè)成本的作用，值得參考和推廣。