雙曲面玻璃幕墻施工技術(shù)管理

王傳策 孫勝寬

在建筑工程施工中，玻璃幕墻的應(yīng)用能夠展現(xiàn)建筑項(xiàng)目的整體美觀設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)安裝施工人員應(yīng)在具體工程中采用科學(xué)合理的專業(yè)措施，保證玻璃幕墻的整體施工質(zhì)量，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。隨著建筑施工水平的不斷提升，玻璃幕墻的外在設(shè)計(jì)與安裝形式也有所創(chuàng)新。在雙曲面玻璃幕墻的施工建設(shè)中，應(yīng)采用更加先進(jìn)的施工理念與施工技術(shù)，如應(yīng)用建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）三維設(shè)計(jì)技術(shù)及其建模工具，提升項(xiàng)目設(shè)計(jì)水平與施工效率，保證施工工藝取得圓滿的建筑效果。

1 工程概況

平頂山市“四館一中心”項(xiàng)目幕墻工程中，科技館2 層以上幕墻龍骨鋼結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)為混凝土框架，幕墻龍骨為鋼結(jié)構(gòu)。鋼柱截面為□250×16，鋼 梁 為 組 焊□350×200×6×8、□ 3 5 0 × 2 0 0 × 1 0 × 2 0 、□350×200×12，主 要 鋼 板 材 質(zhì) 為Q355B，高強(qiáng)度螺栓擬采用10.9 級(jí)大六角螺栓；鋼結(jié)構(gòu)耐火等級(jí)為一級(jí)，擬使用厚型防火涂料。本工程施工過程中應(yīng)注意構(gòu)件的焊接質(zhì)量、焊接變形控制與矯正，以及高強(qiáng)螺栓連接孔的準(zhǔn)確性。

在安裝施工過程中，需注意對(duì)異形玻璃的加工、運(yùn)輸、安裝進(jìn)行全過程質(zhì)量控制。由于玻璃框架為不規(guī)則多邊形，并且?guī)讉€(gè)交接部位要保證共面，因此對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工及后續(xù)幕墻框架安裝提出極高要求，安裝過程中每個(gè)三維交接點(diǎn)應(yīng)利用全站儀準(zhǔn)確定位，以滿足設(shè)計(jì)要求。通過三維激光掃描儀和全站儀全面測(cè)量主體結(jié)構(gòu)，用BIM 模型確定每1 塊玻璃板塊的加工參數(shù)，對(duì)每1 個(gè)玻璃板塊進(jìn)行編號(hào)。在運(yùn)輸過程中采用專用轉(zhuǎn)運(yùn)架保證板塊不損壞，在安裝過程中進(jìn)行多點(diǎn)定位測(cè)量，及時(shí)吸收土建和幕墻安裝誤差，確保安裝精度和整體造型的流暢性。項(xiàng)目規(guī)劃效果如圖1 所示。

圖1 項(xiàng)目規(guī)劃效果圖（來源：平頂山市四館地塊修建詳細(xì)規(guī)劃）

2 施工原理與特點(diǎn)

2.1 施工原理

在正式施工前，首先應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析工作，利用全站儀、三維激光掃描儀等專業(yè)儀器全方位測(cè)量建筑主體結(jié)構(gòu)，統(tǒng)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)定的坐標(biāo)數(shù)值。其次，應(yīng)用BIM 軟件構(gòu)建三維模型，并通過BIM 模型確定每個(gè)板塊的施工參數(shù)，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整設(shè)計(jì)圖紙中玻璃幕墻與鋼結(jié)構(gòu)之間的距離，保證其滿足施工要求[1]。再次，還應(yīng)分塊處理BIM 模型，分析整理不同模塊的參數(shù)，確定出每個(gè)模塊的加工尺寸，特別是有彎曲的弧形模塊，須通過BIM 模型計(jì)算其半徑數(shù)值。最后，將各個(gè)模塊壓平，確定其展開后的平面尺寸，交付工廠加工。

在安裝基層龍骨鋼結(jié)構(gòu)之前，應(yīng)先將胎架安裝完畢，并復(fù)核其安裝效果，待雙曲達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后再安裝龍骨鋼結(jié)構(gòu)。安裝完龍骨與支撐點(diǎn)后，應(yīng)測(cè)驗(yàn)整個(gè)基層和夾具等，若測(cè)量數(shù)據(jù)有所偏差，需根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行調(diào)整，鋼結(jié)構(gòu)的安裝必須符合雙曲面玻璃幕墻施工的工藝要求。結(jié)合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，計(jì)劃采用多排腳手架進(jìn)行幕墻框架施工，飾面安裝擬采用電動(dòng)吸盤配合吊車施工，其中腳手架和高空作業(yè)車同步配合。

2.2 施工特點(diǎn)

2.2.1 整體施工復(fù)雜

建筑行業(yè)整體施工技術(shù)逐漸提高，施工復(fù)雜性也隨之增加。在玻璃幕墻的安裝施工中，幕墻設(shè)計(jì)形式多樣，有雙曲面、碗狀、酒杯狀等；幕墻的垂直方向不盡一致，所受的荷載也不同，施工難度有所增加。雙曲面玻璃幕墻的整體施工結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，施工材料有鋼結(jié)構(gòu)與玻璃結(jié)構(gòu)，材料性質(zhì)不同，尺寸、種類也多樣，需要現(xiàn)場(chǎng)工作人員按照具體工程情況，采用合理的施工技術(shù)，確保工程施工符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[2]。基于項(xiàng)目施工的復(fù)雜性，在玻璃幕墻施工開始前，現(xiàn)場(chǎng)施工人員應(yīng)和設(shè)計(jì)單位充分溝通，并全面分析設(shè)計(jì)方案，評(píng)估其施工可行性；同時(shí)，還應(yīng)充分考慮雙曲面玻璃幕墻施工中的影響因素，并在施工中注意規(guī)避此類問題，避免出現(xiàn)返工，保證施工順利高效進(jìn)行，從而保障施工質(zhì)量。

2.2.2 三維設(shè)計(jì)造型難度高

傳統(tǒng)的玻璃幕墻多為平面形式與線型構(gòu)造設(shè)計(jì)，玻璃也以平板結(jié)構(gòu)居多；雙曲面玻璃幕墻從設(shè)計(jì)理念到施工工藝均有所不同，本身呈現(xiàn)出三維空間造型，玻璃的構(gòu)造也存在彎曲、弧形設(shè)計(jì)，三維設(shè)計(jì)造型難度高。因此，在雙曲面玻璃幕墻的設(shè)計(jì)中，需要考慮的因素大大增加，對(duì)整體設(shè)計(jì)提出更高的要求。BIM軟件在建筑行業(yè)的應(yīng)用具有重大意義，其數(shù)據(jù)處理、三維建模、動(dòng)態(tài)監(jiān)控等模塊更是具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。在雙曲面玻璃幕墻建模中，要善于應(yīng)用BIM 技術(shù)，做好裝修、給水排水、電氣以及暖通等方面的專業(yè)碰撞測(cè)試，降低碰撞發(fā)生，消除潛在的空間沖突；還應(yīng)結(jié)合具體工程作相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整，各專業(yè)之間應(yīng)注重協(xié)調(diào)搭配，促進(jìn)工程施工順利進(jìn)行[3]。設(shè)計(jì)中對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)位的確定應(yīng)力求精準(zhǔn)，以使后期的放線測(cè)量、鋼結(jié)構(gòu)加工、玻璃幕墻安裝等施工作業(yè)保質(zhì)保量完成。

2.2.3 施工難點(diǎn)多

雙曲面玻璃幕墻設(shè)計(jì)在其建設(shè)安裝過程中需要注意的問題較多，包括工程質(zhì)量與施工安全性等方面。例如在玻璃幕墻中通常采用的“直拼弧”施工方式，在雙曲面玻璃幕墻中不一定適用。盡管“直拼弧”方式具有簡單方便的施工優(yōu)勢(shì)，但在雙曲面玻璃幕墻的施工中可能會(huì)出現(xiàn)接觸位置太過生硬的問題，使施工效果大打折扣，影響工程的整體設(shè)計(jì)效果[4]。因此在雙曲面玻璃幕墻工程中，要注意靈活運(yùn)用傳統(tǒng)施工工藝，并對(duì)傳統(tǒng)工藝進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，使之符合新的安裝要求，以達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。雙曲面玻璃幕墻的建設(shè)安裝，具體面臨的施工難點(diǎn)主要有玻璃幕墻造型復(fù)雜、異形、曲面多、體量大、項(xiàng)目交叉施工多、施工作業(yè)多、管理質(zhì)量要求高、施工交接收口多、安裝難度大以及前期設(shè)計(jì)難度大。

3 施工工藝

3.1 測(cè)量定位

首先，應(yīng)檢測(cè)前期結(jié)束的土建工程，明確其基準(zhǔn)標(biāo)高與圓心點(diǎn)位，測(cè)量各層半徑數(shù)值，并根據(jù)掌握的數(shù)據(jù)求出結(jié)構(gòu)偏差，并上報(bào)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的數(shù)據(jù)；設(shè)計(jì)人員通過處理數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)出雙曲面玻璃幕墻工藝參數(shù)和控制網(wǎng)圖，以供項(xiàng)目基層與面層安裝施工。其次，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)軸線與標(biāo)高位置測(cè)量屋面梁、地錨以及各樓層鋼結(jié)構(gòu)水平支撐桿的縱向軸線與標(biāo)高等，形成控制網(wǎng)，滿足支撐結(jié)構(gòu)與幕墻的相關(guān)要求。在雙曲面玻璃幕墻的施工中，幕墻對(duì)安裝基座與玻璃尺寸的精度要求很高，這需要進(jìn)行返尺測(cè)量。通過在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)交點(diǎn)位置設(shè)置反射片，利用全站儀進(jìn)行觀察測(cè)量，記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，再交換返尺三維數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)圖紙中相應(yīng)的點(diǎn)。在此過程中，可以將三維空間結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為二維平面，方便確定相應(yīng)位置的數(shù)值[5]。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)安裝

3.2.1 基層龍骨安裝

基層龍骨安裝對(duì)整個(gè)工程項(xiàng)目具有重要的影響，為保證其安裝效果與設(shè)計(jì)相符，應(yīng)在安裝前制作胎架并按照要求進(jìn)行安裝，當(dāng)雙曲符合標(biāo)準(zhǔn)后才可以進(jìn)行基層鋼結(jié)構(gòu)龍骨的安裝施工。在胎架安裝搭建過程中，先要根據(jù)安裝情況校正點(diǎn)位，保證其與模型圖中的點(diǎn)位相符，按照設(shè)計(jì)圖紙準(zhǔn)確、安全地完成安裝；然后檢測(cè)并校正整體桁架，若存在偏差，應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，使偏差數(shù)值處于施工允許的合理范圍內(nèi)。胎架安裝結(jié)束后，應(yīng)安裝鋼管龍骨，安裝時(shí)應(yīng)復(fù)核設(shè)計(jì)標(biāo)高并定位半徑，達(dá)到設(shè)計(jì)要求后放出鋼結(jié)構(gòu)龍骨的定位線。安裝完成后進(jìn)行焊接；先點(diǎn)焊，復(fù)核無誤后進(jìn)行滿焊，之后再次校核龍骨位置，如果有偏差應(yīng)及時(shí)修正。完成后放出另一個(gè)方向上的龍骨，按照前述程序進(jìn)行焊接，再用全站儀復(fù)核基層，滿足雙曲面玻璃幕墻的技術(shù)參數(shù)與控制網(wǎng)圖要求后進(jìn)行滿焊，焊接完成后需檢查焊縫質(zhì)量，須達(dá)到設(shè)計(jì)要求[6]。鋼結(jié)構(gòu)龍骨安裝圖如圖2 所示。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)龍骨安裝圖（來源：截取自平頂山市“四館一中心”項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)工程深化圖紙模型）

3.2.2 鋼柱安裝

鋼柱安裝采用塔吊或50 t 履帶吊安裝，安裝從一端向另一端同時(shí)推進(jìn)，邊安裝邊矯正。鋼柱就位軸線調(diào)整采用專用角尺檢查，調(diào)整時(shí)需3 人操作，一人移動(dòng)鋼柱，一人協(xié)助穩(wěn)定，另一人進(jìn)行檢測(cè)，就位誤差確保在3 mm 以內(nèi)。鋼柱標(biāo)高調(diào)整時(shí)，先在柱身標(biāo)定標(biāo)高基準(zhǔn)點(diǎn)，然后使用水準(zhǔn)儀測(cè)定其差值，再使用鋼板墊塊調(diào)整柱頂標(biāo)高。鋼柱的垂直度校正，先進(jìn)行初校正：斜柱用線墜和盒尺配合測(cè)量傾斜角度，角度無誤后用臨時(shí)支架支撐鋼柱；再進(jìn)行精確校正：待主框架形成后用兩臺(tái)經(jīng)緯儀從柱的兩個(gè)側(cè)面同時(shí)觀測(cè)，依靠纜風(fēng)繩進(jìn)行調(diào)整。鋼柱安裝效果如圖3 所示。

圖3 鋼柱安裝效果圖（來源：截取自平頂山市“四館一中心”項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)工程深化圖紙模型）

3.2.3 鋼梁安裝

鋼梁在現(xiàn)場(chǎng)必須碼放整齊，每層鋼梁中間必須墊放枕木，鋼梁吊裝兩個(gè)吊點(diǎn)選擇在鋼梁的重心兩側(cè)，吊點(diǎn)之間的距離至少應(yīng)大于1 m，并按照鋼梁的尺寸合理增減兩個(gè)吊點(diǎn)的間距。鋼梁起吊時(shí)，需要在兩端分別懸掛兩根繩索，由兩名施工人員分別拉住繩索，在鋼梁兩端放置高強(qiáng)螺栓的專用布袋。次梁和較輕的鋼梁采用φ17 鋼絲繩和卡環(huán)吊裝方式，捆好后由信號(hào)工指揮起吊，小于300 mm的鋼梁采取捆綁式起吊。當(dāng)鋼梁起吊至待定位置上空時(shí)，開始準(zhǔn)備就位工作；將鋼梁的下落速度控制在3 m/min，并安排兩名安裝工站在鋼梁安裝作業(yè)面處，準(zhǔn)備安裝鋼梁。鋼梁接近待定位置時(shí)，兩名安裝工人要用手扶住鋼梁的上翼緣，將鋼梁拖至待定位置，用撬棍將鋼梁連接孔與柱連接板的連接孔穿通，并不斷晃動(dòng)直至其余螺栓孔都準(zhǔn)確對(duì)位；然后先在連接板四個(gè)角處穿入臨時(shí)螺栓，再穿入高強(qiáng)螺栓并替換已穿入的臨時(shí)螺栓。

3.2.4 支點(diǎn)夾具安裝

夾具安裝時(shí)，首先應(yīng)使用全站儀進(jìn)行放線定位，按照計(jì)劃的點(diǎn)位與編號(hào)精確測(cè)量夾具的安裝位置，在外圍焊接部分輔助角鋼，協(xié)助夾具精準(zhǔn)安裝；然后在相同的水平標(biāo)高下，構(gòu)建曲線與多邊形之間的數(shù)學(xué)關(guān)系[7]。其次，利用全站儀測(cè)定角鋼在計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)（Computer Aided Design，CAD）軟件上的具體位置，并截取夾具的直線距離，對(duì)結(jié)構(gòu)面作垂直線，其余結(jié)構(gòu)面的交點(diǎn)即為夾具的位置所在。確定夾具的位置點(diǎn)后，應(yīng)確定夾具四邊與縱向、水平方位的關(guān)系，保證夾具四邊的弧形角度一致，方便后續(xù)工作。

3.3 幕墻實(shí)施方案

主要采用BIM 技術(shù)對(duì)項(xiàng)目實(shí)施設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)和施工管理，在幕墻深化設(shè)計(jì)階段主要考慮參數(shù)化模型創(chuàng)建及深化、工程量概算和歸類統(tǒng)計(jì)以及實(shí)體模型的BIM應(yīng)用等，還需重視二維與三維的圖紙與數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)、施工圖深化設(shè)計(jì)和加工出圖。在幕墻生產(chǎn)加工階段，需明確預(yù)拼裝和加工精度控制，精算工程量，批量獲取和輸出加工數(shù)據(jù)。在幕墻現(xiàn)場(chǎng)施工階段，可以利用4D 施工進(jìn)度模擬，把控施工進(jìn)度，做好空間安裝定位和三維測(cè)量，方便現(xiàn)場(chǎng)施工的順利進(jìn)行。

在本工程中，應(yīng)充分考慮玻璃的性質(zhì)，利用機(jī)械起吊裝備進(jìn)行吊裝施工；在施工現(xiàn)場(chǎng)，要對(duì)準(zhǔn)備安裝的玻璃表面質(zhì)量、尺寸以及弧度進(jìn)行全方位的檢測(cè)，且要對(duì)玻璃鋼化情況進(jìn)行檢測(cè)[8]。在吊裝玻璃時(shí)，應(yīng)遵循先上后下的順序逐層安裝，由于玻璃的質(zhì)量、體積都比較大，因此安裝主要借助起重機(jī)完成，將玻璃提升至安裝平臺(tái)后進(jìn)行定位安裝。玻璃幕墻的安裝需要進(jìn)行高空作業(yè)，安裝全程要注意施工安全，保證施工質(zhì)量。現(xiàn)場(chǎng)吊裝施工如圖4 所示。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)吊裝施工（來源：廠家提供的幕墻安裝圖）

4 質(zhì)量控制措施

4.1 完善工程質(zhì)量控制體系

要保證雙曲面玻璃幕墻的工程質(zhì)量，建立并完善工程質(zhì)量控制體系非常必要，應(yīng)設(shè)置專門的管理人員負(fù)責(zé)把控施工質(zhì)量[9]。同時(shí)，管理部門應(yīng)制定科學(xué)合理的施工流程圖，完善工程質(zhì)量驗(yàn)收機(jī)制，增強(qiáng)對(duì)工程質(zhì)量的管控。應(yīng)按照施工計(jì)劃合理施工，保證工程質(zhì)量，從最基本的管理與施工兩個(gè)方面確保工程質(zhì)量。

4.2 編制科學(xué)合理的施工方案

編制科學(xué)合理的施工方案是項(xiàng)目工程高質(zhì)量推進(jìn)的理論依據(jù)。施工方案的編制首先應(yīng)與項(xiàng)目工程的具體情況相符，嚴(yán)格按照施工規(guī)范與設(shè)計(jì)參數(shù)編制。其次，充分考慮施工項(xiàng)目的建設(shè)環(huán)境與施工條件，結(jié)合項(xiàng)目本身設(shè)計(jì)的獨(dú)特性，切實(shí)提高施工方案的可行性與指導(dǎo)性，提高現(xiàn)場(chǎng)施工效率，保證施工方案順利執(zhí)行。

4.3 做好技術(shù)交底

現(xiàn)場(chǎng)施工人員應(yīng)與設(shè)計(jì)單位的工作人員保持溝通，在施工中遇到緊急情況時(shí)要及時(shí)協(xié)商并采取有效措施。特別是工程項(xiàng)目最前線的施工人員，其作業(yè)水平、施工方案的執(zhí)行力度與圖紙?jiān)O(shè)計(jì)密切相關(guān)。因此，一定要做好施工人員的技術(shù)交底，防止出現(xiàn)施工與圖紙不符的情況。在施工作業(yè)時(shí)，應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)配置專業(yè)的技術(shù)人員，做好施工過程的跟蹤工作，及時(shí)處理施工中出現(xiàn)的突發(fā)情況，對(duì)施工人員做好現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，盡可能在施工過程中解決問題。

4.4 嚴(yán)格控制原材料與設(shè)備儀器

雙曲面玻璃幕墻施工過程中，會(huì)用到鋼結(jié)構(gòu)、玻璃結(jié)構(gòu)、混凝土等多種原材料，把控原材料的質(zhì)量能從根本上保證施工質(zhì)量。因此，施工時(shí)要嚴(yán)格把關(guān)原材料的質(zhì)量，檢查鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、型號(hào)、質(zhì)量合格證等，使其符合施工要求；同時(shí)也要重視玻璃結(jié)構(gòu)的性質(zhì)，確保最基礎(chǔ)的材質(zhì)不出現(xiàn)問題[10]。除了要保證原材料的質(zhì)量，還應(yīng)確保現(xiàn)場(chǎng)使用的儀器與設(shè)備的精確性與安全性，避免出現(xiàn)測(cè)量誤差、加工有誤等情況。

4.5 科技自主創(chuàng)新

為保證雙曲面玻璃幕墻順利施工，提高施工質(zhì)量，相繼出現(xiàn)了以下專利：《一種基于BIM 的異形幕墻信息管理方法》，已申請(qǐng)專利，受理號(hào)為CN202110704771.9， 授 權(quán) 公 告 號(hào)為CN113378278A；《一種幕墻結(jié)構(gòu)及其施工方法》，已申請(qǐng)專利，受理號(hào)為CN202110731333.1，授權(quán)公告號(hào)為CN113389306A；《一種自動(dòng)液壓式輔助幕墻固定安裝裝置》，已申請(qǐng)專利,受理號(hào)為CN202111551441.7，授權(quán)的公告號(hào)為CN114033193A，均形成了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

通過研究大型場(chǎng)館雙曲面玻璃幕墻的施工過程，改進(jìn)異型雙曲面玻璃幕墻的施工工藝，有效解決了施工難的問題，提高了施工效率，縮短了施工工期。通過科技自主創(chuàng)新，在應(yīng)用上較傳統(tǒng)工藝有較大優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步增加了雙曲面玻璃幕墻施工過程的安全性，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)省了施工成本。

5 結(jié)語

建筑工程的工藝水平在不斷提高，市場(chǎng)對(duì)建筑幕墻的設(shè)計(jì)與質(zhì)量要求也越來越高，造型新穎、實(shí)用性強(qiáng)的玻璃幕墻設(shè)計(jì)被更多采納，雙曲面玻璃幕墻也是建筑設(shè)計(jì)師的選擇之一。在平頂山市“四館一中心”項(xiàng)目幕墻工程中，應(yīng)用BIM技術(shù)設(shè)計(jì)三維模型提升了設(shè)計(jì)水平，施工時(shí)嚴(yán)格要求測(cè)量放線、鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)安裝以及玻璃幕墻的現(xiàn)場(chǎng)安裝等施工技術(shù)，保證了雙曲面玻璃幕墻的施工安全與工程質(zhì)量。