建筑幕墻工程施工技術的研究進展

賀雄英 譚 卡 簡 超

建筑幕墻是一種懸掛于建筑結構外的多功能外墻，通常由面板、框架和支撐結構組成。新型材料的應用為建筑幕墻在結構造型、構造方式、建造方式等方面提供了物質基礎，使得建筑幕墻更加安全、節能、環保和美觀。

隨著建筑市場的不斷變化，存量幕墻的更新改造正逐步增多。對于一些老舊建筑來說，幕墻的更新改造可以提升其外觀品質和舒適度，滿足現代生活和工作的需求。同時，新型材料的應用也可以提高幕墻的保溫、隔熱、隔聲等性能，降低建筑的能耗和環境污染。

在建筑幕墻的建造方式方面，新型材料也可以提供更多的便利。例如，采用模塊化、裝配式的建造方式，可以提高幕墻的施工效率和質量。同時，新型材料還可以減少施工現場的污染和噪音，降低對周圍環境的影響。新型材料的應用為建筑幕墻提供了更多的選擇和可能性，可以更好的提高建筑的品質和性能，滿足現代生活和工作的需求。

1 建筑幕墻工程施工技術

1.1 建筑幕墻設計技術

建筑幕墻的數字化、參數化是建筑幕墻設計發展的主要趨勢。在建筑市場上，一些不規則建筑率先采取使用了數字化、參數化技術。建筑模型可以用三維圖形來展現出來，如果想達到這樣的效果，必須做到建筑模型的數字化和信息化應用，應需要賦予建筑模型參數化信息，模型的參數化設計是BIM 技術應用的目標[1]。

參數化設計是一種基于模型的設計方法，它使用參數化模型來描述建筑物的幾何形狀和屬性。參數化設計可以幫助設計師更快速地創建和修改模型，提高設計效率。同時，參數化設計還可以幫助設計師更好地控制設計過程中的變化，減少錯誤以及重復工作。

1.2 建筑幕墻可視化技術

建筑可視化設計技術是指充分依托數字虛擬圖像技術，通過工程設計模擬、建筑效果圖、建筑動畫、虛擬現實、多媒體宣傳片等形式對未來場景進行虛擬呈現，把設計理念變成生動、逼真的視覺效果，變抽象為具體，創造身臨其境的感受[2]。

在建筑幕墻設計中，建筑可視化設計技術可以用來展示幕墻的外觀、材質、結構和細節等。通過建筑可視化設計技術，設計師可以更好地傳達幕墻的設計理念和創意，讓客戶和利益相關者更好地理解設計方案。此外，建筑可視化設計技術還可以幫助設計師在設計過程中更好地評估和調整幕墻設計方案，提高設計質量和效率。

1.3 建筑幕墻協同設計與預碰撞技術

建筑幕墻可以通過 “Navisworks”軟件來實現幕墻表皮模型與主體結構、暖通、機電等不同專業模型的預碰撞，提前檢查各種專業模型的空間碰撞，生成檢測報告，減少因“錯、漏、撞、少”造成的經濟損失和人工浪費，減少返工，縮短工期，節約成本。

Navisworks 主要用于三維激光掃描模型與BIM 模型的碰撞檢測。為現階段幕墻BIM 技術中，現實與模型相連接的關鍵性軟件。能夠根據碰撞數據檢測出兩者的交接處，從而得出修正幕墻方案。

1.4 建筑幕墻三維激光掃描儀測繪及逆向建模技術

三維激光掃描技術是一門新興的測繪技術，近些年來逐漸發展完善，在幕墻施工中，幕墻尺寸控制與施工質量和經濟成本效益息息相關，需要及時分析現場測量情況，一方面控制材料下單，節約成本，另一方面保證幕墻尺寸準確，確保沒有質量隱患[3]。

三維激光掃描技術在幕墻施工中的應用，主要體現在以下幾個方面：

1）快速獲取現場數據：傳統的幕墻測量方法需要人工進行實地測量，耗時費力且容易出現誤差。而使用三維激光掃描儀可以快速獲取現場的高精度完整點云數據，大大縮短了測量時間，提高了工作效率。

2）實現精準測量：由于三維激光掃描儀具有高精度、高分辨率的特點，因此可以實現對幕墻尺寸、形狀等參數的精準測量，避免了傳統測量方法中可能出現的誤差和漏測情況，保證了施工質量。

3）提高經濟效益：通過三維激光掃描技術，可以實現對幕墻尺寸的精準控制，避免了材料浪費和重復加工的情況，從而節約了成本，提高了經濟效益。

4）支持設計變更：在幕墻施工過程中，可能會出現設計變更的情況。使用三維激光掃描儀可以及時獲取現場數據，支持設計師進行調整和修改，避免了因為設計變更導致的重新測量和調整在時間和成本上的浪費。

三維激光掃描技術在幕墻施工中的應用具有高效、全面、精確、直觀等優勢，可以幫助施工企業提高工作效率、降低成本、保證施工質量，是一種非常有前途的技術應用。

2 建筑幕墻材料應用技術

幕墻材料已形成了具有中國特色的產品結構體系，技術創新、科技進步推動了我國建筑幕墻工程市場的發展；隨著薄膜太陽能電池、精制鋼型材、三銀LOW-E 玻璃、高性能復合鋁板、不銹鋼板、纖維織物、防火保溫材料、水性納米烤瓷涂料和陶土板在建筑幕墻上的使用，加速了建筑幕墻產品類型的增加，促進了建筑幕墻向著輕質、高強、環保和集成化的方向發展。

2.1 光伏幕墻技術

隨著技術的不斷進步和成本的降低，光伏電池的效率也在不斷提高。目前單晶硅和多晶硅光伏電池的效率已經達到了約20%以上，而薄膜電池的效率也在逐步提高中。這些技術進步為建筑物碳中和提供了更多的選擇和可能性。

在政策方面，許多國家和地區都出臺了支持光伏電池在建筑物上應用的政策。例如，歐洲聯盟推出了“可再生能源指令”，要求歐盟成員國到2020 年將可再生能源占比提高至12%。中國政府也出臺了一系列支持光伏電池在建筑物上應用的政策，如2013 年7 月4 日頒布的《關于促進光伏發電產業健康發展的若干意見》（國發[2013]24 號），可以預見未來光伏電池技術將會繼續發展，政策也會繼續支持其在建筑物碳中和中的應用。薄膜光伏電池作為一種新興的技術，具有很大的潛力和發展前景，有望成為未來建筑物碳中和的重要選擇之一。

薄膜類光伏幕墻是最主流的應用方式，從發電材料角度細分有碲化鎘、銅銦鎵硒、鈣鈦礦等類別，鑒于色彩、透光透視、紋理、弱光性、可定制化等靈活性綜合性因素。目前，實際應用最為廣泛、適應場景最為豐富的是碲化鎘薄膜光伏幕墻[4]。

2.2 精制鋼型材

精制鋼型材是一種高精度、定制性強的鋼材，外觀媲美鋁型材，被廣泛應用于大跨度建筑和異形建筑中。相較于市場上的常見鋼型材，精制鋼型材的精度更高，彈性模量、熔點和熱傳導系數也更優越。這些特點使得精制鋼型材能夠解決鋁型材所不能解決的一些問題，因此在建筑行業中得到了廣泛的認可和應用。

此外，精制鋼幕墻行業具有環保節能的特點，有助于實現我國的“雙碳”目標。與傳統材料相比，精制鋼型材的生產和加工過程更加環保，同時其熱傳導系數低，能夠有效減少建筑物的能耗。因此，精制鋼幕墻行業有望在未來的建筑行業中發揮越來越重要的作用。

2.3 鋁瓦楞板

鋁瓦楞板是一種新型的復合鋁板幕墻材料，在瓦楞芯材表面涂刷熱固化性環氧樹脂粘合劑，加熱加壓復合而成的鋁板產品，其復合方式類似于瓦楞紙箱板的形式。鋁瓦楞板的優點：

1）節能：鋁瓦楞板重量輕，其每平方的重量4.3 kg，僅相當于鋁單板的50%。

2）無色差：鋁瓦楞板面板采用在線噴涂工藝解決了色差問題，可以進行防腐、軋花、涂裝、印刷等二次加工，與鋁板可以媲美，而造價卻低廉得多，其裝飾效果較好，其表面提高了建筑的整體裝飾效果。

3）宜安裝：鋁瓦楞板的安裝工藝及方法同鋁塑板的安裝施工工藝一致，因此安裝工藝及技術更容易，鋁單板需要在工廠內加工完畢后運至現場，出現折損時還需要再從工廠內加工發貨，而瓦楞復合鋁板可以將板材及加工機具運至現場進行現場加工，對于造型復雜的建筑里面其優勢尤為明顯。

3 幕墻加工及施工工藝技術

3.1 幕墻全自動化加工生產線

幕墻全自動化加工生產線是一種專門針對門窗幕墻加工設計的流水線，能夠實現鋁型材的下料切割、型孔銑削、端面銑削等多道工序的全自動化處理。該生產線具有自動周轉型材至工序位置的功能，從而減少周轉時間，并取消人工上下料，實現自動加工。

幕墻全自動化加工生產線通過控制板集中控制，通過主控制臺完成程序下載，系統控制和過程監控。這種生產線能夠提高生產效率，降低人工成本，減少生產過程中的錯誤和損傷，提高產品的質量和穩定性。

幕墻全自動化加工生產線在門窗幕墻行業的應用將使得生產過程更加高效、精準和穩定，從而提高企業的市場競爭力和產品質量。隨著自動化技術的不斷發展，幕墻全自動化加工生產線在未來的應用前景將更加廣泛。

3.2 3D打印技術

3D 打印是一種借助粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，參照結合數字模型文件逐層打印構建物體的技術。3D打印技術不需要切割材料或模具，可以批量制造。特別適用于結構復雜、生產周期短的產品的快速制造，并能夠降低成本。

3D 打印技術通常使用計算機輔助設計（CAD）軟件創建數字模型，然后將其傳輸到3D 打印機中。打印機使用粉末狀金屬或塑料等材料，按照數字模型逐層構建物體。這種方法可以制造出幾乎任何形狀的物體，而不受傳統制造技術的限制。

3D 打印技術的優點包括：

1）高度復雜、多樣化物品生產將不會增加成本。

2）產品無需組裝，大幅度縮短了交付時間。

3）制作技能門檻低，設計空間無限。

4）不占空間，便攜制造。

5）節約原材料，并可以多種材料 無限組合。

6）精確實體復制，可以自由成型。

7）可以結合智能化數字設計，滿足用戶多種需求，實現產品的個性化定制[5]。

3D 打印技術在制造業、醫療、航空航天、汽車、建筑等領域得到廣泛應用，未來發展前景廣闊。

3.3 超大單元式金屬幕墻安裝技術

針對大型場館類幕墻，由于其存在較復雜的曲面弧度，需要對鋼構外側幕墻進行精確的二次定位。傳統的測量放線方法存在安裝測量放線點位多、安裝容易出錯、效率低下等問題。為了解決這些問題，近年來，越來越多的場館類幕墻采用單元式構造，并采用吊裝作業的方式進行施工。

單元式幕墻是指將幕墻板塊在加工廠內制成標準尺寸的單元，然后在現場進行吊裝組裝。這種做法大大降低了施工現場的作業難度，提高了現場作業效率。在加工廠內，可以利用先進的生產設備和工藝，確保幕墻板塊的曲面造型和質量。而現場吊裝作業則可以減少人工操作，提高施工安全性。

對于大型場館類幕墻，通過在加工廠制作單元式板塊，完成幕墻板塊的曲面造型，然后利用吊機進行單元式板塊的吊裝作業，可以有效解決傳統測量放線方法存在的問題，提高施工效率和質量。此外，單元式幕墻還可以通過模塊化設計，實現幕墻的快速更換和維修，降低維護成本。

4 幕墻安全性檢測技術

建筑幕墻作為一種外圍護結構，其安全性能直接關系到建筑的安全和使用壽命。隨著使用時間的增加，幕墻材料性能可能發生退化和功能衰減，存在一定的安全隱患。因此，對現有幕墻進行安全性測試和鑒定顯得尤為重要。

幕墻安全性能的測試與鑒定需要涉及材料、機械、結構、施工、檢測等多個學科，是一項復雜的系統工程。一般建議委托具有相應測試和設計資質的單位來進行鑒定，以確保檢測結果的準確性和可靠性。

檢測方法的選擇應根據被檢幕墻的不同階段、結構形式、應用要求和檢測目的來確定。常用的檢測方法包括現場勘察、材料檢測、結構計算、性能測試等。通過這些檢測方法，可以對幕墻的安全性能進行全面評估，為后續的養護、加固、拆除、更換等提供依據。

根據檢測結果，需要對存在安全隱患的幕墻提出具體措施和建議，以確保建筑的安全和使用壽命。這些措施和建議可能包括：

1）養護：對幕墻進行定期維護和保養，如清洗、修補、更換密封膠等，以延長幕墻的使用壽命。

2）加固：對結構強度不足的幕墻進行加固處理，如增加支撐、加強連接等，以提高幕墻的承載能力。

3）拆除：對無法修復或存在嚴重安全隱患的幕墻進行拆除，并重新安裝新的幕墻。

4）更換：對老化、損壞或性能下降的幕墻材料進行更換，以恢復幕墻的功能和性能。

5）防治：對幕墻進行定期檢查和維護，及時發現并處理潛在的安全隱患，以防止事故發生。

對現有建筑幕墻進行安全性能的測試與鑒定，同時，根據檢測結果采取相應的養護、加固、拆除、更換等措施，是確保建筑安全和使用壽命的重要手段。

5 結語

建筑幕墻是建筑外墻裝飾和保護的重要構件，其施工質量直接影響建筑的整體質量和形象。由于幕墻施工涉及多個專業領域，工藝流程復雜，因此質量管理中容易出現問題。

為了更好的提高幕墻的施工質量，應加強分析與研究，找出常見的質量問題，并結合實際工程特點，采用科學的控制方法，充分發揮人的主觀能動性，利用新技術、新工藝、新材料、新設備的應用優勢，不斷提高施工質量。