超大體量復合單元精致藝術品整體安裝技術研究

柳樹成

（廣州市第四建筑工程有限公司，廣東廣州 510220）

0.引言

超大體量精致藝術品由鋼網片下方的吊環系掛超細高強度纖維繩并按照藝術設計的姿態（水平、豎直、傾斜）、高度、平面位置等要求懸掛水晶三棱柱（見圖1），整件藝術品由4305條水晶三棱柱共同組成，體量龐大、安裝程序復雜，對安裝精度要求和各棱柱的頂面相對高差要求嚴格[1]。與此同時，在藝術品正下方的首層地面，有一口平面呈三角轉子形的大直徑鏡面水池，如何實現正常的施工作業是亟待解決的。

圖1 平面數字編碼定位

1.工藝原理

結合BIM技術，通過大跨度鋼結構平臺在大直徑鏡面水池之上實施跨越施工、利用同步控制系統提升藝術品承載用的鋼結構網架，根據復雜的水晶棱柱布置特點創造性地設計出類矩陣平面數字編碼體系準確安裝不同姿態的棱柱單元。

2.施工工藝流程

起重吊鉤設計及焊接制作→成品保護→承托施工平臺設計制作→藝術品鋼網架深化設計及制作→平面數字編碼定位設計及標線放樣→起重系統設計及驅動系統和同步控制器安裝→平行鋼索吊籃安裝→滑車組、鋼絲繩穿繞設計及安裝→鋼網架多吊點同步提升調試→超細高強度復合纖維繩系掛→水晶棱柱系掛安裝及頂面相對高差控制→逐層吊掛并分段檢驗合格后整體提升至預定位置鎖緊固定→鋼結構承托平臺拆除→恢復現場原貌。

3.技術要點

（1）鏡面水池位于藝術品正下方，需要實現跨越施工才能順利安裝；（2）藝術品構成復雜，根據視覺和光學藝術效果，其姿態設計不盡相同，對數量龐大的水晶棱柱準確定位提出極高的要求；（3）同步提升懸掛鋼網架可以配合人工逐層安裝水晶棱柱，其起重系統安裝和調校是施工重點之一；（4）水晶棱柱頂面相對安裝高差的分布差異大小直接影響藝術品各個側向觀感和光折射路徑，需要采取有效措施逐層檢查誤差值。

4.施工過程

4.1 成品保護

用彩條布覆蓋鏡面水池及其周圍，保證鋼結構平臺和工具觸及的范圍不會直接接觸已完成的整體水磨石地面。鋪設白色纖維布，張緊并固定，避免因松弛而影響后續標線的準確。

4.2 大跨度鋼結構承托施工平臺設計及制作

藝術品安裝必須跨越一口平面呈三角轉子形直徑12.8m的鏡面水池。考慮到鋼結構重量輕、抗彎剛度好、能實現較大跨度，并且可以循環使用，采用焊接鋼結構制作大跨度鋼結構承托平臺。該平臺由立柱、主梁、次梁、木枋、面板組成。

根據擬定的結構平面布置圖在BIM環境中建立鋼結構承托平臺，并對其進行優化。在TEKLA中進行鋼結構承托平臺的模型建立，包括構件清單、尺寸標注、節點大樣等設計。制作直徑600mm的鋼立柱，按照設計位置放置，利用激光水準儀超平鋼立柱的頂面，使得6根立柱頂面水平[2]。外邊相鄰角點連線方向設置H型鋼主梁，平行于長邊方向設置H型鋼次梁，沿垂直次梁方向鋪設45mm×95mm木枋，面鋪18mm建筑夾板，并用釘子固定。最后檢查板面平整度和撓度是否滿足要求。

4.3 藝術品鋼網架深化設計及制作

按照藝術品設計說明書及效果圖對鋼網架結構進行深化設計。鋼網架由50mm×100mm矩形鋼管與節點的圓鋼柱焊接而成，焊縫高度6mm。鋼網架長度約12.43m，寬度約8.70m，厚度約100mm。共計205個圓柱節點，相應設置205個超細復合纖維繩系掛點。系掛點采用6mm光圓鋼筋制作的弧形件居中焊接于節點圓柱下方做吊掛用的吊環。

4.4 起重吊鉤設計及焊接制作

每個吊鉤承受的荷載主要有2臺起重雙輪滑車、一臺換向用單輪滑車、有吊掛水晶柱用的鋼網架、全部4305根水晶三棱柱，總重量約3t，設計預留一定的功能儲備，按每個吊鉤承受15kN計算。為方便調整藝術品最合理的擺放方向，玻璃光棚下方的鋼梁交叉點位置均設計有吊鉤。按照確定的擺放位置與玻璃光棚鋼梁進行疊圖，確定了鋼網架吊點位置為DG1、DG2、DG3和DG4。

在3DMAX軟件中初步建立吊鉤模型大樣，并充分考慮與環境的協調性，優化吊鉤式樣和尺寸。確定后形式后利用TEKLA建立吊鉤模型，吊鉤采用長度330mm、寬度170mm、厚度16mm的Q345B鋼板制作，順著鋼梁軸線方向焊接。為防止應力集中，于吊鉤兩側焊接6mm的加勁板。經設計計算吊鉤滿足安全要求。

4.5 同步提升系統安裝

起重機配合安裝4部卷揚機，固定在4個吊點對應位置的附近。卷揚機配合裝設同步控制器及相應的配套設備，待鋼絲繩和滑車組安裝就緒便可啟動。

4.6 滑車組、鋼絲繩穿繞設計安裝

在平行于任意2個吊鉤連線方向兩側設置對稱的直徑18mm的鋼絲繩平行索道，并與相應位置的屋架梁固定。施工吊籃利用平行索道懸掛運行，工人站在吊籃內行至吊鉤下方時，采用弓形和D型卸扣連接安裝鋼絲繩換向單輪滑車、起重用吊環型雙輪滑車。然后將固定在屋面結構的卷揚機鋼絲繩引出，按花式繞法依次穿過換向滑車、起重雙輪滑車并將繩頭自由端連接鋼網架提升用的吊環型雙輪滑車，鋼絲繩接頭編束處理并經檢驗合格。這樣在鋼絲繩的收放過程中，提升用的吊環型雙輪滑車就可以上下運動。由于雙滑輪組的組合應用，起升會更加省力[3]。

按前述方法安裝索道方向另一個吊鉤下方的滑車組。同樣方法，在剩余2個吊鉤連線方向搭設索道懸掛施工吊籃進行相應位置滑車的安裝。提升鋼網架的吊環型雙輪滑車升降調試正常后，啟動卷揚機將其下放至鋼結構平臺面。其余3組滑輪及鋼絲繩同樣按上述方式操作。然后將4個提升用吊環型雙輪滑車分別用一個1.5t級的弓形卸扣與鋼網架吊環連接。

4.7 鋼網架多吊點同步提升調試

用弓形卸扣將4個吊點的起重雙輪滑車與鋼網架吊環連接，連接符合要求后啟動卷揚機上升至距離平臺1200mm高度，檢查鋼網架穩定性，并用激光測距儀測量鋼架底面距離平臺面高度，調整至水平，保證4個吊點相初始相對高差≤50mm。鋼網架每提升一個安裝高度，4個吊點最大相對高差≤50mm；在4臺卷揚機提升速率調整一致后，對鋼網架進行上升、下降或靜止操作。

4.8 復雜空間水晶棱柱數字編碼定位及標線放樣

每個吊環下方將系掛超細高強度纖維繩線卷，線卷自身可以臨時卡緊，每次安裝完一定高度再放下一定長度。

根據鋼網架和水晶棱柱的關系，設計出類矩陣數字編碼技術。

鋼網架6個角點順時針標記為A-B-C-D-E-F，吊點位置標記為DG1、DG2、DG3和DG4。平行AB方向連線均以綠色標線粘貼，平行BC方向連線均以紅色標線粘貼，平行CD方向連線均以藍色標線粘貼。

首先沿相鄰長短邊AB→BC方向左側，對應每個三角形底邊依次標記為1，2，3，…，13，14；相對DE→EF方向左側，對應每個三角形底邊依次標記為14，13，12，…，3，2，1。

自BC邊開始，由B→C的方向，沿著底邊相鄰的三角形，依次編碼為1，2，3，4；接著按照“Z形”走向，對第二行底邊相鄰的三角形依次編碼為5，6，7，8，9；以此類推，按照“Z形”走向，對第二十行底邊相鄰的三角形依次編碼為176、177、178、179和180。

至此，空間設計分布的水晶棱柱平面數字編碼體系已經建立，接下來就是按照“坐標”逐個系掛，如圖2所示。

圖2 藝術品水晶棱柱類矩陣數字編碼平面標定

4.9 超細高強度復合纖維繩系掛

超細高強度復合纖維繩線卷顏色呈墨黑，直徑0.2mm，鋼網架調平并試運行通過后，系掛在鋼網架下方的吊環，釋放一定高度后臨時卡緊懸空。繩每個800mm長會有一個連接件，上有8個孔，可與水平8個方向的纖維繩作連接。

4.10 水晶棱柱系掛安裝及頂面相對高差控制

采用激光測距儀測量頂部反射面至平臺面的距離，以此測算各點高度，然后計算出最大相對高差是否超允許值。

4.11 整體提升至預定位置固定鎖緊

校準最后一層水晶棱柱并校驗合格后，整體一次性提升至設計安裝高度時停止運行，機械固定鎖緊卷揚機鋼絲繩，電源關閉。

4.12 收起臺面編碼布并拆除鋼結構承托平臺

待水晶藝術品整體提升到預定位置鎖緊并確保安全后，開始起出平臺板面的圖釘，取下編碼布并疊放整齊入庫。取下所有夾板、木枋整理入庫便于其他項目使用。焊工使用氧乙炔火焰切割梁柱節點，將拆除的鋼梁、鋼立柱等構件運輸至材料堆場，覆蓋防雨布留作其他項目使用。

4.13 撤走成品保護用的塑料布等，恢復原樣

將保護用的彩條布、軟墊等保護用品全部清除干凈，整理入庫。鏡面水池遺落的廢料、碎屑用吸塵器清理徹底，施工區域恢復如初。

5.質量標準

（1）鋼結構施工平臺的設計、施工應符合《鋼結構設計標準》GB50017-2017和《鋼結構工程施工規范》GB50755-2012；（2）平臺中心撓度≤5mm；（3）鋼結構經調平后方可敷設木枋、面板及白板紙，面板和白板紙用自攻螺絲固定牢固，保證面板無翹曲、起鼓；（4）鋼網架每提升一個安裝高度，4個吊點最大相對高差≤50mm；（5）鋼網架提升速度≤200mm/s保證網片穩定勻速提升，便于水晶棱柱快速靜止；（6）同層水晶棱柱體頂面安裝相對高差≤15mm；（7）水平、傾斜姿態的水晶棱柱側向正視一致；（8）懸掛鋼網架嚴格水平；（9）水晶棱柱無破損、污跡且不應留有指紋。

6.安全要求

（1）采用平行鋼索懸掛施工吊籃安裝起重吊鉤，吊籃操作人員不能多于1人，且應系掛專用安全繩與永久結構做可靠固定，安全繩不得與施工吊籃等任何設施有連接、牽絆；（2）每層水晶棱柱安裝應認真檢查系掛點、超細高強度復合纖維繩的可靠度，全數驗收方可提升；（3）施工人員需要佩戴安全帽，水晶棱柱安裝工人需要統一穿戴潔凈服裝、白色安全帽、戴鞋套、戴塑膠手套口罩和護目鏡；（4）現場出入口封閉管理，避免揚塵。

7.結語

（1）本技術采用大跨度鋼結構承托平臺、數字多向同步動作控制系統、數字編碼空間定位漸進式吊掛技術實施藝術品的安裝，具有能耗低、投入小、勞動強度低、便于維修保養以及時間效率高等優點，節約工期，經濟效益明顯，質量可靠，技術先進。

（2）設計科學合理，減少人工投入，精確控制一次做對，大大提高施工效率，具有較強的適應能力和較大的推廣價值。該藝術品屬于原創設計，造型和組成結構特殊，沒有成熟的安裝經驗可以借鑒。

（3）通過吊裝方案設計、跨越鏡面水池施工，結合用BIM技術進行虛擬施工驗證操作的可行性并進行結構設計，在多吊點同步提升技術的協助下，按照精心設計的數字編碼漸進式吊掛技術實現鋼網架平穩漸進式提升，4305根水晶棱柱精準系掛、規避高處作業帶來的施工安全風險。

（4）隨著大型建筑公裝要求的快速提高，藝術家的審美更加大膽張揚，追求美感的同時也在比肩創意。新穎別致、獨出心裁的作品更是層出不窮。本安裝技術對于大體量、多單元復合組成、構造復雜、施工環境苛刻的藝術品或類似安裝工程提供了很好的參考范例。