參數化雙曲鋁板幕墻的施工

謝廷賞 王 杰

1. 南寧工程咨詢集團有限公司 廣西 南寧 530022；2. 廣西大業建設集團有限公司 廣西 南寧 530001

建筑業的飛速發展，人們對建筑文化的需求從開始的物質需求發展為如今的精神需求。為此，出現了許多造型奇特的建筑。隨著BIM行業和計算機行業的發展，異形幕墻工程也隨之增多。

目前，國內已有許多學者開展了關于雙曲鋁板幕墻施工安裝的研究。蘇杭等[1]對雙曲面三角形凹凸面鋁板幕墻現場幕墻安裝進行了研究；楊英豪[2]基于BIM技術對大浪花造型鋁板幕墻系統進行了參數化方案的設計及研究，并對鋁板連接系統的結構進行了力學分析和優化；陳軍[3]對雙曲面三角形凹凸面鋁板幕墻施工技術要點進行了分析；趙立國[4]以某會展中心施工項目為例，對外裝飾鋁板的材料、設計、施工與安裝技術、質量控制要點進行了分析；趙倩等[5]發明了一種L形雙翼式雙曲鋁板幕墻的施工方法，大大減少了雙曲鋁板制作的返工量和矯正量，減少了鋁板報廢率，提高了效率，節約了工期；王啟兵等[6]結合某地建筑項目案例，對雙曲面開放式鋁板幕墻施工中的難點以及施工過程進行分析，并且提出了相關的解決方案；伍俊鋒[7]利用BIM模型完成了雙曲鋁單板幕墻木胎模的加工及定位安裝；劉凡民[8]對雙曲線弧形鋁板內幕墻施工技術與施工過程中的難點項目提出切實可行的解決方法；呂義偉等[9]介紹了紅島站浪花雙曲鋁板幕墻測量放線的施工工藝流程。

國內目前的研究主要集中在鋁板幕墻施工安裝技術方面，尤其是異形結構的放樣及安裝方面，而基于BIM技術參數化建模技術與雙曲鋁板幕墻施工方面的研究很少，通過總結參數化雙曲鋁板幕墻關鍵技術，提供一個雙曲幕墻安裝的解決思路，在BIM應用下，能提高幕墻行業的平均水平。特別是對異形板塊的下料加工，能夠為建筑行業提供更加大膽的想象空間。同時針對幕墻工程使用BIM施工工法，能提高企業整體技術水平，增加企業在招投標方面的技術競爭力。

1 項目概況

東南大數據二期裝飾裝修工程位于福州市長樂區文武砂鎮大數據產業園區內，是中國大數據產業集聚區及“數字中國”應用示范區的先行先試項目。工程建筑造型獨特，結構形式新穎，設計理念表現先進、前衛，結構體系復雜，科技含量高。

2 工藝流程

施工準備→導出鋼構交叉頂點標高→鋼結構誤差調整→鋁板小骨架建模及尺寸導出→雙曲鋁板面板參數化建模→節點優化、方案對比、細節調整→模型完成導出數據→下料生產→面板安裝檢查

3 關鍵施工技術

3.1 施工準備

工程施工前應熟悉圖紙，做好軸線、標高交接記錄，核心是做好測量基準點坐標移交，這一步關系到后期鋼構復測準確度，是核心控制步驟。

工程施工前，分析鋼結構誤差允許范圍，確定鋼構調整方案。結合工程現場實際情況與幕墻施工要點編制專項方案，并建立鋼結構3D模型（圖1）。

圖1 鋼結構模型建立

3.2 導出鋼構交叉頂點標高

參照導出標高，對點位進行編號，使用高精度萊卡全站儀進行現場實際標高比對復核。頂點誤差在±20 mm以內可用鋁板骨架調整，將超出偏差限值的頂點按調整方案進行整改。鋼結構安裝過程中節點位置對稱進行焊接，焊接節點位置做好熱處理，結合鋼結構模型，利用Simufact.welding進行箱形截面焊接節點殘余應力熱力耦合分析，模擬節點最合理焊接順序及焊接工藝參數的選擇，減少內在殘余應力，減少結構變形。

3.3 鋼構誤差調整

將超出偏差限值的主體鋼構調整至允許范圍內，保證骨架曲面順暢。將在誤差范圍以內的點位進行記錄，并反映至原骨架模型，進行微調，保證模型與現場實際尺寸高度接近，為鋁板小骨架的建模提供準確基礎。誤差調整過程中要考慮荷載對柱的壓縮變形值和接頭焊縫的收縮變形值，重點復核鋼結構節點的位置、標高，誤差超出范圍時應及時調整，減少累積誤差。

3.4 鋁板小骨架建模及尺寸導出

由于異形曲面鋁板每塊尺寸、弧度均不相同，并且每個空格由8塊曲面板拼接而成，所以鋁板小骨架需消除鋼構骨架的誤差，還需保證鋁板骨架的傾斜方向、高度、每空之間的對角線及方管長度的準確性，安裝進度要求比較高。

利用BIM軟件在原有鋼構模型基礎上建立鋁板骨架三維模型，并對小骨架交點進行編號，利用BIM軟件對節點交匯位置進行自動刪減，生成節點的相貫線，指導小骨架下料，減少材料的浪費，小骨架材料按節點要求可以在加工廠預制好，現場進行焊接拼接，提高施工效率，減少工期及高空施工的安全隱患。

對各個空格的對角線及邊長進行測量，得出對角線長和各邊長，提供骨架安裝基礎數據，輔助穿孔板小骨架加工、定位安裝。穿孔板安裝定位如圖2所示。

圖2 穿孔板安裝定位

3.5 雙曲鋁板面板參數化建模及節點優化、方案對比

圖3的參數化模型全部由Grasshopper程序鏈路控制，參數的調整將直接影響模型，通過全局程序的建立，可以快速調整如層高、幕墻橫向/縱向分格，勺子平板方案、雙曲板方案。參數調整后，模型一鍵重新生成，無需重新建模。參數化數據點位如圖4所示，方案確定后對模型細節及節點進行分析優化，原圖紙骨架，分段拼接段數較少，折斷明顯，不利于曲面板塊安裝。利用BIM軟件模擬方管切除量及彎曲的弧度，現場將方管切口但不切斷，安裝現場拉彎方管貼合設計弧度，有效保證了曲面板的安裝質量。檐口骨架優化前后對比如圖5所示。

圖3 參數化建模生成方案擇優選擇

圖4 參數化數據點位

圖5 檐口骨架優化前后對比

3.6 模型完成導出數據

施工段劃分：根據現場施工作業要求，劃分施工段，將導出的編號在骨架上進行區域編號，并對比復核，避免板塊進場后板塊與安裝區域分放錯亂。

面板料單提取：通過相應程序，對各個板塊按順序進行編號，對四邊尺寸、內角進行標注，同時算出每塊雙曲板弦長與拱高，導出加工圖，指導廠家加工，因板塊尺寸與拱高差別不大，要求廠家對編號認真仔細地標注，避免因廠家編號錯亂導致現場安裝板塊錯位。

3.7 現場安裝檢查

因板塊尺寸差別不大，為了避免施工人員及測量人員工作失誤，板塊安裝時需嚴格控制安裝順序，橫向或縱向排先排底，再進行推進安裝，并分段取板塊完成面的坐標點，并與模型對比。

若發現板塊與骨架不對應，或板塊與板塊之間拼接縫存在較大高低差、大小縫，需從骨架到面板與模型進行比對，找出問題所在，如骨架安裝過程中，最外檐骨架能夠與邊沿線重合，那么一般是面板加工誤差，或者編號出錯。

為消減板塊安裝過程中誤差累積，調整面板安裝順序。面板從中心向四周安裝。外沿板塊在中間板塊安裝完成后以“人工測量弦長＋BIM導出穿孔板拱高”進行下料安裝，以消除安裝過程的誤差累積。分批次安裝極大地避免了一次性安裝過程中產生的邊緣板誤差累積，避免因安裝誤差導致邊緣板無法正常安裝而浪費材料的現象。在板塊安裝過程中，需用鼓風機將自攻螺釘從骨架上鉆起的鐵屑吹干凈，避免鐵屑遺留在骨架上導致銹水污染骨架及面板，做好幕墻安裝中找平工作，保證安裝精度和質量。

3.8 質量保證措施

嚴格按照相關標準、施工要求及BIM建模精度要求進行控制。施工過程加強BIM精確度的檢查和控制，具體檢查項目包括鋼結構頂點復核、表皮建模、模型精度、安裝控制精度。

嚴格執行“三檢制”，關注重點為標高復測精度、建模精度及面板安裝精度，模型精度應由高級建模師進行檢查，避免出現源頭性問題。實行樣板引路制度，樣板建議做在實體結構上，以便同時用于校核模型精度問題。板面安裝過程中，跟蹤監督施工班組的施工，對板面安裝超出標準范圍的情況進行分析整改。

厚3.0 mm烤瓷穿孔鋁板的烤瓷面漆具有良好的自潔性能、耐候性能，不易吸附灰塵，強度高，在施工過程中能夠減少面層刮花損壞的情況。

4 結語

1）造型表面由雙曲面板拼接而成，面板數量大，且每塊面板尺寸、拱高均不同等的幕墻，參數化BIM模型的建立能夠在策劃階段提供多種方案進行擇優。

2）參數化BIM模型能夠在施工階段具體準確地反映出原有鋼構骨架的誤差，從而在現場進行準確的骨架調整、指導鋁板小骨架的焊接安裝。

3）通過模型效果進行多方案模擬比選、定位穿孔板點空間距離，對比現場鋼構與理論模型偏差、穿孔板尺寸調整，指導施工下料及面板安裝。

4）模型導出數據可直接指導面板下料生產，與傳統施工工藝方法相比，大大節省了施工成本及工期，模型導出數據比傳統測量數據準確得多，很好地提高了骨架、面板的下料以及安裝質量。

5）在BIM模型深化的過程中，相當于通過模型完成了一次施工。通過BIM模型，從骨架到面板都能進行數據化分析，從而得出構件的加工尺寸、數量等。從模型導出的圖紙及數據能夠直接進行加工、編號安裝，避免了人工下料的失誤。從結構到面板的模型比對，能夠提前發現和消除施工誤差問題，從而減少材料浪費，提高工效，節約成本，在最大程度上保證了安裝的精度，減少返工。BIM技術提供的模型，對異形板塊的下料及面板骨架的安裝定位是控制材料消耗的有力措施。利用BIM技術指導施工下料，平均1 200 m2異形鋁板幕墻節省工期20 d，節省人工費用3萬元。