淺談特別復(fù)雜造型鋼結(jié)構(gòu)支撐體系幕墻設(shè)計與施工

劉升華

深圳市嘉信建設(shè)集團有限公司 廣東 深圳 518007

1 前海深港青年夢工場二期幕墻工程概況

前海深港青年夢工場二期項目總用地面積約10000m2，總建筑面積約20000m2。項目包括兩棟科研辦公樓，其中1#樓為孵化器、 2#樓為加速器。

根據(jù)現(xiàn)有資料顯示，前海深港青年夢工場二期幕墻工程是國內(nèi)目前為止唯一一個空間異型鋁板建筑幕墻，該項目主要包括以下幾種形式的幕墻：橫明豎隱構(gòu)件式玻璃幕墻，氟碳噴涂穿孔鋁板幕墻，氟碳噴涂鋁合金格柵，全玻式幕墻、點支承式玻璃幕墻、發(fā)光特色墻幕墻。

本項目中的1#樓（孵化器）外立面由217個三角形的切割面組成，包括有374條棱線和147個交匯點，外觀造型為“鉆石”形狀，這也是本項目中最具特點的部分。外立面的三角形切割面材料為穿孔鋁板，穿孔鋁板幕墻在1#樓（孵化器樓）的外墻覆蓋率超過80%，氟碳噴涂穿孔鋁板幕墻是前海深港青年夢工場二期工程整體造型特點的集中體現(xiàn)，穿孔鋁板選用的是3mm厚的氟碳噴涂鋁單板，沖孔形式為長圓形，沿水平方向布置，同時，在穿孔鋁板的拼接交接部位預(yù)留有LED燈帶；每組氟碳噴涂穿孔鋁板造型為三角形構(gòu)造，并且每組氟碳噴涂三角形穿孔鋁板按照不同的角度進行布置，整棟建筑氟碳噴涂穿孔鋁板的外立面呈現(xiàn)出高低起伏的裝飾效果[1]。

圖1 效果圖

圖2 實景照片

2 項目幕墻設(shè)計

前海深港青年夢工場二期項目幕墻工程選用鋼龍骨作為穿孔鋁板系統(tǒng)的主受力體系，基本構(gòu)造為先將鋼管支座固定在主體結(jié)構(gòu)上，再通過一段能夠根據(jù)需要調(diào)節(jié)長短的圓鋼管與玻璃外側(cè)預(yù)留的支座延伸段實現(xiàn)對接，延伸段的端頭作為連接穿孔鋁板的次龍骨的固定點；固定點再通過鉸接機構(gòu)與穿孔鋁板次龍骨進行連接，以釋放彎矩，同時實現(xiàn)空間可調(diào)；本項目選用鋼方通作為穿孔鋁板次龍骨；每個鋼方通次龍骨按照一定的間距預(yù)留若干鋼支座，鋼支座上設(shè)有帶齒形的L型角鋁，L型角鋁可以通過齒形墊片來實現(xiàn)高低方向的調(diào)節(jié)；三角形氟碳噴涂穿孔鋁板通過鉸接連接機構(gòu)實現(xiàn)面板安裝角度的變化調(diào)節(jié)，通過以上構(gòu)造設(shè)計，既實現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)安裝過程的三維調(diào)節(jié)，還有利于彎矩和內(nèi)應(yīng)力的釋放，同時也便于三角形氟碳噴涂穿孔鋁板的安裝調(diào)節(jié)。

圖3 標(biāo)準節(jié)點圖

3 項目幕墻施工

3.1 信息化施工管理技術(shù)

由于本項目鋼結(jié)構(gòu)造型復(fù)雜，異形穿孔鋁板規(guī)格大小不一，角度變化多樣，加工難度大，燈槽的交匯角度非常多。特別是對于燈槽的相交位置，每個交點的交角都不一樣，如果按照常規(guī)做法，效率低，且容易出錯，因此，我們的項目設(shè)計師采用BIM建模這一新技術(shù)，通過BIM模型來提取鋼結(jié)構(gòu)和穿孔鋁板的加工參數(shù)，幕墻燈槽的彎折角度和拼接角度、燈槽下料規(guī)格、鋁板下料規(guī)格等，然后反饋到生產(chǎn)廠進行加工，這樣大大提升了加工精度、生產(chǎn)效率。

3.2 三點式整體吊裝技術(shù)應(yīng)用

1#樓幕墻鋼結(jié)構(gòu)加工及安裝的工作量約120t，異形穿孔鋁板數(shù)量約為2800塊，照明燈帶長度約為5000m。在施工的過程中，先按照BIM模型提取的鋼結(jié)構(gòu)參數(shù)，對鋼結(jié)構(gòu)在工廠加工好，并按照施工排版進行一對一編號，運到工地后，鋼結(jié)構(gòu)工程采用分榀三點式整體吊裝的安裝方式，在鋼結(jié)構(gòu)組件就位后進行焊接，這樣既減少了現(xiàn)場的工作量，有利于保證產(chǎn)品的質(zhì)量，也便于安裝過程的定位調(diào)節(jié)；由于異形穿孔鋁板進出變化大，且沒有任何規(guī)律，給安裝施工增加了非常大的難度，項目安裝過程中，我們使用12臺曲臂車作為升降設(shè)備安裝異形穿孔鋁板，這樣非常方便[2]。

3.3 樣板先行技術(shù)應(yīng)用

到目前為止，異形穿孔鋁板幕墻細節(jié)處理方式還沒有有效經(jīng)驗可借鑒，因此，對于項目的設(shè)計能力、施工過程的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)能力提出了極高的要求。在加工生產(chǎn)過程中，項目部選取了具有代表性幕墻單元做成實體樣板，通過對樣板的加工、安裝，在批量生產(chǎn)、安裝前發(fā)現(xiàn)問題，并針對出現(xiàn)的問題分析原因，找出解決方案。

3.4 空間異形幕墻施工定位中綜合測量技術(shù)的應(yīng)用

1#樓幕墻鋼結(jié)構(gòu)造型復(fù)雜，全部都是異形結(jié)構(gòu)，幕墻鋼結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)的位置關(guān)系沒有任何規(guī)律，為了確保“鉆石”的裝飾效果，必須非常精確保證幕墻鋼結(jié)構(gòu)的安裝位置，如果采用常規(guī)的測量方法，無法精確的確保穿孔鋁板幕墻外立面各構(gòu)件的定位及安裝。針對本項目的特點，項目部技術(shù)團隊采用三維激光掃描技術(shù)與BIM技術(shù)有效結(jié)合的方案開展項目設(shè)計工作，并有效指導(dǎo)項目施工，同時，結(jié)合放樣機器人進行定位，指導(dǎo)項目安裝。

3.4.1 平面控制測量技術(shù)的應(yīng)用。1#樓幕墻鋼結(jié)構(gòu)造型復(fù)雜，全部都是異形結(jié)構(gòu)，測量定位體系復(fù)雜，采用常規(guī)的測量方法難以獲取有效的放樣坐標(biāo)。為了提高本項目的平面控制測量精度，采取了了以下措施：

3.4.1.1 網(wǎng)形優(yōu)化。為了減少二次建網(wǎng)導(dǎo)致精度誤差分布偏差，項目測量過程中選用一次布網(wǎng)的方案。

3.4.1.2 控制點采用強制對中的方式進行布設(shè)。基本方案是使全站儀和棱鏡在基準基座上實現(xiàn)共軸，這樣可以有效減少儀器的對中誤差，提高控制網(wǎng)的測量精度，同時，可以減少儀器調(diào)整時間，有效提高測量速度。

3.4.2 高程控制測量技術(shù)的應(yīng)用。高程控制點的測量方式采用的是二等水準方法來實施聯(lián)測，以保障測量精度。本項目實施過程中采用了以下措施來提高三角高程的觀測精度：

3.4.2.1 通過初步預(yù)估，在同等條件下，選用高精度全站儀，以便提高測量角度和測量距離的精度，可以有效降低測量角度和測量距離引起的三角高程誤差。

3.4.2.2 對向觀測消除球氣差影響，本項目采用對向觀測，對于往返高差取平均值，這樣可以完全抵消球差的影響，并可以抵消大部分的氣差影響。

3.4.2.3 采用水準儀測量法來測量儀器高。本項目采用水準儀法來測量儀器高，這樣可以更準確地測量出儀器高，其精確度不低于[±0.3]mm。

3.4.2.4 選擇有利于觀測的時段進行測量，例如選擇陰天來進行測量，這種天氣情況下，大氣相對穩(wěn)定，大大減少了大氣折光對測量結(jié)果的影響。

3.4.3 三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用。

3.4.3.1 本項目測量過程中，三維掃描時采用3.4.1平面控制測量和3.4.2 高程控制測量建立的平面及高程控制網(wǎng)，這樣有利于確保成果的統(tǒng)一性。

3.4.3.2 本項目云數(shù)據(jù)采集采用的是“測站點+后視點”的方法，具體的操作方式是：通過對在前面兩個階段建立的控制點上設(shè)站進行掃描，通過對各個站點云數(shù)據(jù)進行配準操作，然后直接疊加在設(shè)定的施工坐標(biāo)系上。

3.4.3.3 三維激光掃描注意事項：掃描時盡量減少采用大角度掃描數(shù)據(jù)的采集。

3.4.4 有效銜接設(shè)計與施工。

3.4.4.1 采用三維激光掃描的方式采集安裝好的鋼構(gòu)件完成面的信息，建立現(xiàn)場安裝完成的鋼結(jié)構(gòu)的BIM模型圖，利用BIM軟件校核幕墻的設(shè)計模型與實際安裝完成面的偏差，對BIM設(shè)計模型進行修正和完善。

3.4.4.2 通過BIM模型與現(xiàn)場施工安裝實際同步的方式，實現(xiàn)BIM在幕墻安裝時的指導(dǎo)作用，確保施工質(zhì)量。

3.4.4.3 施工過程中，把BIM設(shè)計模型轉(zhuǎn)化為電子文件，將電子文件直接導(dǎo)入到放樣儀器里，通過測量機器人實現(xiàn)幕墻在施工過程中的精準定位。

3.4.5 項目驗收。待幕墻全部安裝完成，采用三維激光掃描的方式重新掃描已安裝完成的幕墻實體，建立幕墻實體BIM模型，將幕墻實體BIM模型與設(shè)計圖做對比。該驗收方法可以從各個角度對施工質(zhì)量做全面、系統(tǒng)檢驗，確保了驗收質(zhì)量，而且，還可以為后期維護工作提供更真實、更可靠更有效的數(shù)據(jù)[3]。

4 結(jié)束語

采用三維激光掃描技術(shù)與BIM技術(shù)有效結(jié)合的方案開展項目設(shè)計工作，并有效指導(dǎo)項目施工，同時，結(jié)合放樣機器人進行定位，指導(dǎo)項目安裝，可有效解決特別復(fù)雜造型鋼結(jié)構(gòu)支撐體系幕墻生產(chǎn)安裝效率低，容易出錯的問題，確保工程質(zhì)量，而且，還可以為后期維護工作提供更真實、更可靠更有效的數(shù)據(jù)。