主題公園大型 GRC 主題造型拼裝技術優化與應用

武景韜

（中國京冶工程技術有限公司，北京 100088）

0 引言

玻璃纖維增強水泥（Glass f iber Reinforced Cement）是一種高性能水泥復合材料，它由高彈性模量的玻璃纖維嵌入水泥基體中而形成［1］。用 GRC 材料制成的裝飾構件具有強度高、耐久性好、表面質感好的特點，且構件外形多變，可以模仿石頭、金屬、木紋、砂巖等大自然中所有常見造型，同時擁有良好的質感和藝術效果，廣泛應用于主題公園項目的門套、窗套、裝飾線條、柱子、欄桿、斗拱、圍欄、雕塑等主題類工程中［2-4］。

隨著主題公園的不斷升級發展，體積龐大、造型復雜的大型 GRC 主題造型越來越多地被用來進行規模宏大的沉浸式場景的營造。由于大型 GRC 主題造型的體積和重量較大且屬于建筑薄壁裝飾構件［5］，受材料性能及制作運輸條件所限，無法一次性完成整體構件的制作和安裝，需要將構件切分為若干較小的單件，在現場安裝時進行拼接。然而，大型 GRC 主題造型在拼接后的節縫位置極易發生明顯的開裂損壞，嚴重影響構件的觀賞性和耐久性。典型開裂問題如圖1 所示。

圖1 大型 GRC 主題造型傳統拼裝節縫開裂問題

本文以江蘇淮安西游樂園項目為依托，借助 BIM 技術，對大型 GRC 主題造型進行計算機模擬切分，并對切分后的單件構造和拼接連接工藝進行優化，顯著減少和避免相鄰單件間節縫位置的開裂問題。

1 工程概況

淮安西游樂園是國內首個以中國傳統元素為主題IP 的大型主題，其中雷音寺假山面積 8 264.96 m2，高81 m，是目前國內國際上罕見的集塑石假山、裝飾造景、人工瀑布、游樂演藝體驗于一體的綜合性建筑體。位于各山頂的金黃色寺廟造型均為大型 GRC 主題造型。如圖2 所示。

圖2 靈山雷音寺假山及寺廟效果

其中最大的 GRC 寺廟上尖下圓，整體形狀呈圓錐體，高度約 25 m，底部直徑約 16 m。水平方向存在多處環狀凹凸造型，如圖3 所示。

圖3 GRC寺廟造型立面尺寸（單位：mm）

2 開裂原因分析與關鍵工藝優化

2.1 大型 GRC 主題造型節縫開裂原因分析

大型 GRC 主題造型通常采用傳統拼接技術進行現場拼裝，即將 GRC 單件按順序依次固定于主體結構，相鄰單件之間留設 1 cm 左右的縫隙，用耐候性密封膠完成填縫后進行補色。根據以往相關工程經驗，節縫位置的開裂問題幾乎不可避免，嚴重影響工程品質。開裂原因分析如下。

1）GRC 相鄰單件之間的填縫膠在曝曬、雨淋、凍融等室外環境中，密封膠材料本身可能產生老化開裂的情況。

2）大型 GRC 主題造型按照施工要求進行切分后的單件，依然具有較大的表面積，屬于薄壁構件，容易發生平面外變形。在冷熱交替的室外環境中，還會因熱脹冷縮產生平面內縱橫方向的變形。在構件的持續形變影響下，節縫位置的填縫膠與 GRC 單件之間的粘結面容易被拉開而產生裂縫。

3）由于節縫位置的縫隙寬度窄、長度長，密封膠填縫施工操作空間受限，施工難度較大。容易導致同一條縫隙填縫膠的寬度或厚度不一致，使得單條膠縫在橫向伸縮性能上產生差異。在熱脹冷縮的作用下，膠縫薄弱部位發生開裂。

4）GRC 造型通常作為裝飾性構件位于高處，其吊裝安裝屬于危險性較大的高空作業。且由于單件面積較大，重量較大，節縫位置縫隙寬度較小，拼裝時存在較大的施工誤差，每條縫隙的寬度難以保持一致，甚至會出現因誤差積累造成最后單件預留安裝空間不足的現象，嚴重影響拼裝質量，從而導致節縫開裂。

2.2 關鍵工藝優化

根據上述 GRC 主題造型節縫開裂原因，對單件的構造做法與關鍵工藝進行針對性優化。

1）GRC 主題造型切分與留縫方法優化，GRC 主題造型進行單件切分及設縫時應遵循以下原則。①橫向切分盡可能利用構件在水平方向凹凸交界部位作為分割邊界線，留設 1 cm 寬的水平縫；②縱向切分尺寸盡可能大，但應滿足運輸車輛大小及載重能力、塔吊最大起重荷載、施工現場存放空間等客觀約束條件，留設 5 cm 寬的縱向縫；③切分位置應盡量選取對稱軸部位，最大化模具使用次數，減少模具數量，降低成本（見圖4）。

圖4 大型 GRC 構件切分及留縫示意

安裝完成后，縱向縫用水泥基材料二次填充補色并采取抗裂措施；橫向縫進行打膠收口，減少硬連接拼縫。

2）GRC 單件構造優化，在 GRC 單件預制板內側，從邊緣開始沿著縱橫兩個方向呈網狀設置多道加勁肋。加勁肋截面為梯形，高 80 mm、上邊 80 mm、下邊100 mm。加勁肋與預制板一體成型，每道加勁肋間距不超過 600 mm。同時，在每道加勁肋中間部位布置φ10 圓鋼筋作為加強筋，橫向加強筋伸出兩側邊緣，進入縱向縫 5 cm。在縱向邊緣加勁肋增設 U 型方格網，方格網伸出側面進入縱向縫 5 cm。優化后的 GRC 單件預制板構造如圖5 所示。

圖5 GRC 單件立面（上）與橫向（下）剖面圖

通過上述構造優化，GRC 單件預制板的受力性能得到了明顯提升。重點性能參數對比如表1 所示。

表1 GRC 單件預制板優化前后主要力學性能參數對比

由表1 可知，單件優化前后截面面積不變，故材料用量不增加。根據彎曲剛度計算公式K=EI，材料類型不變，彈性模量E不變，單件橫、縱方向的彎曲剛度分別隨相應的慣性矩I提高 93.4 %、20.0 %。根據抗彎承載力公式M=Wσ，材料類型不變，應力σ不變，單件橫、縱向的極限抗彎承載力分別隨相應的截面抵抗矩W提高170.3 %、20.0 %。

通過對 GRC 單件結構構造的優化，在材料性能、材料用量不變的條件下，可以大幅提高單件的受力性能，從而減少 GRC 單件在外部荷載作用下的變形，進而減少節縫位置的開裂問題。

3 大型 GRC 主題造型拼裝施工

3.1 施工工序（見圖6）

圖6 施工工序

圖7 GRC主題造型模型切分

圖8 GRC 單件模具

圖9 GRC 單件拼裝

圖10 GRC 單件側面外伸方格網和加強筋

圖11 相鄰單件縱向拼縫節點（單位：mm）

圖12 GRC 構件完工效果

3.2 構件加工

按照“2.2章節”中所述構件切分與單件構造優化原則，使用 BIM 軟件“犀牛”模擬 GRC 主題造型切分，并輔助優化設計，根據施工先后順序對切分后的單件編號。按照編號依次進行單件加工，分批運至現場并盡可能放置在塔吊臂長半徑范圍內，避免吊裝時二次倒運。

3.3 大型 GRC 主題造型拼裝

大型 GRC 主題造型通過單件拼裝而成，拼裝遵循由上至下的順序，分層、分塊完成。

1）單件安裝。通過塔吊將 GRC 單件運至安裝部位，將骨架與次結構支撐件點焊固定。水平相鄰單件之間按要求留設 5 cm 寬的縱向拼接縫，拼接縫應順直。復查無誤后，將單件與支撐次結構滿焊固定。

2）拼縫嵌填。應按照先縱后橫的順序進行拼縫嵌填，橫向拼縫采用常規打膠收口。縱向拼縫部位的連接和嵌填處理是確保 GRC 主題造型質量的關鍵，詳細敘述如下。

①準備工作，根據操作需求搭設專用腳手架，腳手架橫桿、立桿如需要支撐于 GRC 單件上，應做好襯墊保護措施，避免造成 GRC 標管破損；上層拼接縫嵌填時，應提前在下層 GRC 主題造型相應位置進行覆蓋保護，避免污染；②預處理，清除縱向拼縫內的灰塵、懸掛垃圾等雜物，將拼縫兩側 GRC 單件深入縫內的橫向加強鋼筋進行水平搭接，綁扎連接。在拼接縫底部利用 GRC 主題造型骨架及次結構架設模板，模板寬度應大于縫寬。由于 GRC 單件為空間曲面，而模板材料為平面，務必將模板和縱向拼縫兩側 GRC 單件之間的縫隙用柔性材料封堵密實，嚴禁在填縫過程中發生漏漿。填縫前在拼縫兩側和模板表面適當灑水濕潤；③填縫，每條縱向縫隙采用人工填壓工藝從下至上進行填縫，選用與 GRC 預制構件相同的水泥基填縫材料，材料應具有較低的流動性和一定的初凝時間，確保在填縫施工過程中不發生流淌現象，填縫完成后能夠及時進行表面找平。填至距離表面 2 cm 位置，放置一段時間使填縫材料具有一定強度后，再使用環氧樹脂摻膠完成最后的補封找平；④表面處理及上色，采用覆蓋養護 72 h，待達到一定強度后，將拼縫表面打磨光滑并清除灰塵、滴痕、流痕、附著物和污染物。在表面涂刷 50～70μm厚抗堿底漆，固化后將滴痕、氣泡位置打磨平滑。然后進行聚氨酯面漆上色，厚度 40～50 μm。固化后再涂刷一層聚氨酯亞光面漆，最后完成面層封閉漆，達到設計效果。

4 質量控制要求

此項技術施工鏈條較長，施工關鍵點較多，過程中一旦出現問題整改難度大、成本高。必須在過程中加強驗收環節，嚴格質量控制，確保關鍵步驟零錯誤。設置質量驗收節點如表2 所示。

表2 GRC 構件拼裝全過程質量驗收節點

5 結語

本文以國內知名主題公園淮安西游樂園為對象，在充分總結既有工程經驗的基礎上，利用信息化手段進行工藝優化，形成一套可在主題公園項目中廣泛應用的大型 GRC 主題造型拼裝技術。

1）提出了科學合理的構件切分方式和設縫填縫方法。通過增大縱向接縫縫寬提高了填縫作業的操作空間和容錯率；改用水泥基材料和環氧樹脂進行縱向拼縫的嵌填和封補，提高節縫的密實平整和室外耐久性；利用加強筋將相鄰 GRC 單件進行結構連接，減少縱向拼縫部位的變形影響；采用方格網提高縱向拼縫表面的抗裂性能。

2）對 GRC 單件結構進行優化。借鑒鋼結構加勁肋原理，在 GRC 單件設置一體開模成型的加勁肋，顯著提高 GRC 單件的抗彎承載力和剛度，減少荷載作用下的變形。

3）有效例用 BIM 技術。充分例用 BIM 軟件的可視化特點，做好前期的深化設計和事前質量控制，將各類問題提前消化解決。

該技術有效解決了大型 GRC 主題造型節縫位置開裂問題，在不影響工程工期成本的前提下，顯著提高工程品質，具有良好的質量效益。