異形組合玻璃幕墻體系施工技術的研究與應用

曹璞，陳菲菲，李帥，劉忠義

（山西二建集團有限公司，山西 太原 030013）

0 引言

伴隨著建設工程以及施工技術的持續發展和日漸成熟，異形玻璃幕墻工程的施工技術也在持續地得到了改進和發展，同時，玻璃幕墻工程施工技術的多種方法也在逐步增加[1]。作為一種美觀、復雜、高科技的建造技術，玻璃幕墻在我國得到了廣泛普及與使用[2]。同時，隨著建筑工程的不斷增加，常規形式的玻璃窗已經無法適應現代社會的要求，因此，異型玻璃幕墻也就慢慢地走進了大家的視線。

1 異形玻璃幕墻簡介

在當今世界，由于人類對建筑藝術的要求越來越高，對建筑藝術的要求也越來越高。外貌美觀、造型復雜、技術要求較高，因此可以為人提供一種獨特的感官體驗。因為外立面的形狀比較復雜，所以它的建造技術也很高。在對其進行安裝和建造時，應特別關注以下要點：首先，因為其自身存在著某種不均勻，所以無法采用簡單的模式進行模態的計算，也不便于對其進行3D空間的測量和定位。其次，它的弧形和傾角都有很大的差別，所以它對框架和其他的空間結構都很不利。最后，因為異型鋼幕墻是一種具有三個維度的空間實體，所以在焊縫成形時，如果出現了一些扭曲，不僅會對其三維坐標產生很大的干擾，而且還會對其整體的平面形狀產生很大的影響。所以，在進行焊接時，要盡可能地減小應力，并對其進行控制，這樣才能確保3D 坐標的精度[3]。

2 異形玻璃幕墻工程施工技術要點

2.1 測量放線

（1）用3D 透視的方法進行測量。為保證項目的品質，并促進測量放線達到更高的準確率，必須要在第一時間，確定一個基準點，并利用幕墻公差，設定適當的基準參考軸線，再經過多次的校驗，在確認正確后，再設定基準輔助軸線，只有如此，才可以提升項目的質量[4]。其次，要將測量中參考點和直線的偏差納入考量，并將起伏地表帶來的偏差也納入考量范圍。所以，利用全站儀復查棱柱之間的幾何關系，并確定各個點線關系和各自相應的幾何尺寸，從而可以通過提高點線精度，從而提高了異形玻璃幕墻工程施工的準確性。

（2）尺寸定位。利用弦高方法，可以實現對弧段的位置和位置的精確測量。采用的具體辦法是：利用全站儀求出了幕墻面的左右控制線；在對幕墻水平方向上的標高進行控制的時候，要以整體參考點為依據，用水準器將封閉控制線放出一環，而出入位的控制參考線也要在室內用經緯儀將其平面控制網放開，從而可以確定幕墻的出入位[5]。

2.2 建筑外墻各向同性材料選擇

在建筑施工中，玻璃作為一種很好的裝潢材質，是一種必不可少的外形玻璃幕墻。當前，用于建筑外墻的各種外形，可選擇的外形有：①具有吸收熱量的外形玻璃。它可以在一定程度上折射和吸收太陽的光線，而在它的制造過程中，則需要在透明的玻璃上加入一種顏料。雖然它的熱阻高于一般的透明玻璃和涂層玻璃，但在二次輻射時，它會釋放更多的熱量進入房間，從而限制了它的保溫效果。②涂覆了一層能起到反射熱量作用的透鏡式熱反鏡。然而，只有當建筑的環境出現了部分改變時，該玻璃的使用效果也會有所改變，而且對其吸收熱量的需求和對熱量的聚集作用也會有所改變。③薄膜式的透光鏡。如果玻璃杯被一層有機質覆蓋，當玻璃杯被強力撞擊而破裂時，它上面的有機質就不會脫落。

2.3 建筑工藝要領

（1）在立體的條件下進行測點的位置測定。首先根據相關的資料，利用計算機程序建立了整體外立面的立體幾何造型，然后利用全站儀對點線進行了精確的坐標測量。

（2）玻璃幕墻的規范圓龍骨的設置。在異型玻璃幕墻的施工中，不規則形式傾斜面的施工是最困難的，而且，在施工中，傾斜面的施工位置是否正確，將會對整體的施工和建筑的周邊造成直接的影響，所以，施工時一定要注意施工。在進行弧面龍骨架設前，必須對其進行詳細的分析，而且，在橫向龍骨架設中，采取“與水平平行，內層向下”和“兩個水平平行，立面自上而下”的方式，也可采取“失高法”的方式，對其進行定位和安裝。

（3）對焊裝項目進行管理。在所有的隱蔽工作中，其中，焊點是最主要的，焊點的各個部位，其質量的好壞，將會直接關系到整體建筑的使用安全性。

（4）對注漿項目進行管理。在異形玻璃幕墻完成并通過檢測符合設計規范的情況下，對其進行密封，并對其頂部、底部和邊緣等進行修邊。注膠工程是一項預防玻璃幕墻泄漏氣體和防滲水的關鍵工程，它與幕墻的外表有著密切的關系，所以在注膠后，收膠時，必須平滑。

（5）用玻璃板固定。在進行玻璃板塊的裝配時，要保證其尺寸、規格和質量都要符合幕墻設計的需要，還要保證其上的涂膜不會出現開裂和污染等現象。在此期間，需要將玻璃板上的灰塵、灰塵等清除掉。應根據異形玻璃幕墻施工設計，對其進行裝配，并對其結構進行合理的立體調節，以保證其達到合格的效果。

（6）玻璃幕墻的保養。在建筑完成了外形的玻璃窗板項目后，要做好養護工作。首先在建筑外立面的時候，要把所用到的玻璃原料集中起來，不要把原料亂堆亂放。其次，在工程建設時，將玻璃鋼的原料放在覆蓋著油絨毯和橡膠的臺面上，以免在建設時對玻璃鋼造成刮痕，如果發現刮痕，則要用保護膠帶將之固定住。其次，在運送的時候，要將橡膠墊子和油毛毯放置其中，并且要將其包裹起來，再運送出去的時候，要將其包裹起來。最后，還必須有規律地對玻璃窗進行清潔。

3 工程實例

3.1 工程概況

萬柏林公共文化服務中心項目，位于太原市萬柏林區南內環西街，本建筑為一類高層公共建筑，地下二層為設備用房及車庫，地上六層為檔案館、文化館、圖書館，建筑高度28m，總建筑面積為30727.19m2，其中地上13605.17m2，地下17122.02m2。玻璃幕墻外觀形式造型復雜，結構多變，玻璃尺寸規格繁多。建筑幕墻設計以其具有強大的空間藝術表現力的特點，進而營造出富有獨特個性風格的建筑藝術空間，并能增強整體建筑幕墻的強烈視覺沖擊張力感和感染力。萬柏林公共文化服務中心項目效果如圖1 所示。

圖1 萬柏林公共文化服務中心項目效果

3.2 施工重難點分析

該項目的建設重點是異形組合玻璃幕墻體系立面，其技術關鍵有：①立面坡度較大，對施工工人造成很大的人身傷害。②立面防護措施。整體式玻璃窗的體積大、重量大、形狀復雜，難以準確地確定其位置。③由于建筑物外墻的形狀不規則，傳統的施工吊車和材料縱向和橫向運輸設備很難適應工程要求。④由于工程技術的復雜性和技術的提高，使得建筑工程的投資費用不斷上升。⑤由于幕墻的玻璃窗是一種脆弱的物質，一旦出現這種情況，很可能會造成嚴重的安全問題。

3.3 主要施工技術研究及思路

本文以該工程為背景，對建筑工程中的異型玻璃幕墻施工技術進行深入的探索與探索，圍繞異型高/超高層建筑反型玻璃幕施工技術這一課題，對其施工技術進行理論與實際相結合的探索與優化，對其垂直運輸、反型裝配等技術進行重點與難點的重點與難點問題進行深入的研究，結合傳統施工技術，對其進行深入的安全、可靠與高效的施工技術的探索與研發，并對其進行安全控制的智能化安全監測與控制體系的研發，形成一套適合于該工程的工程技術體系，并將其應用于同類型工程中進行驗證與推廣。

（1）針對不規則組合幕墻材料的輸送體系。在我國，豎向交通工具的使用存在諸多問題，例如：難以實現全區域的高效作業、提升能力不足、作業盲區大、機械碰撞等，因而，豎向交通工具的選型、布局和安全性等，是制約豎向交通工具發展的關鍵。針對現有豎向輸送技術，在原有豎向輸送技術基礎上，引進集重量限制報警、防墜鎖緊和防晃動為一身的智能化技術，研發一種適合于反傾斜型玻璃鋼豎向輸送的新型豎向輸送技術，以提升其輸送安全和輸送效率。

（2）將掛籃式掛板應用于超大型結構的反傾斜幕墻中。為了要解決這些施工難題，對（反）坡面部分的施工方法展開了論證分析、課題研討，最后得出了各自的差異意見，并從中挑選出了最優的方案，并對其進行了再次的優化分析，著重從理論力學的角度，分析了懸掛機構的安全條件，并分析了其是否已經超越了危險的可控制范圍，以及該施工方法的可操作性、可行性，并展開了分析。最后，還將組織了一些專業人士進行了論證，從而確定了最后的施工方案。

（3）針對玻璃幕墻施工中放線精度高、玻璃幕墻安裝難度大、方鋼與固定點的細部節點等問題，采用激光儀、經緯儀或線墜等進行精度測距，通過軟件建立一個與實體比例一致的建筑物，根據圖例測出各控制點；經過分公司、項目部與專家共同研究，通過各項測試，確定玻璃幕墻施工方案，充分利用BIM 軟件技術，將方案試驗、論證、施工有效結合，與施工重點、難點問題制定一系列技術措施。通過應用BIM 技術對玻璃幕墻方鋼加工、固定節點進行二次深化設計，利用動漫演示指導實際施工，使實際操作更加合理化、快速化，并制定相應的技術措施，做到實時監測，確保施工質量，能夠更好的指導類似工程施工，同時也能夠總結施工經驗、積累施工經驗。將BIM 技術用于建筑外立面的施工中。建筑建模的數字化已經是當前建設領域的一個發展方向，而BIM 技術則是在一定程度上克服了傳統2D 技術的缺陷。用3D 建模來融合各種數據信息，使用BIM 來制定一個合理有效的施工方案，并進行一個施工仿真，這些都為項目的成功進行奠定了基礎，從而可以減少項目建設中的各類問題，降低了項目建設的風險，從而提升了工作效率，加速了項目進度，從而達到了從項目的進度、質量、成本三大主要因素的精細化管理。

（4）一種新型的、具有自主知識產權的、可穿戴式的、可拆卸式的、新型的、可移動的、柔性的玻璃窗板的智能化破損測試裝置的研制。由于幕墻的玻璃是一種脆性物質，一旦發生脆性損壞，就很有可能會造成很大的危險，而且隨著時間的推移和環境的變化，玻璃幕墻也會逐漸的衰老，因此，在這種情況下，幕墻的安全性就顯得尤為重要。近年來，由高處落地窗引發的重大交通事故日趨頻發，對其進行有效的防護是一個迫切需要研究的課題。一直以來，對玻璃纖維布的損壞情況，都是依靠手工進行的，這種方法不僅費時費力，而且費時費力。另外，在高樓層的幕墻結構中，由于高度的特殊性，使得手工檢測的效果受到很大影響，檢測人員的人身保護也很難得到保障。研究一種能夠實現對玻璃幕壁破壞進行智能、自動監測的裝置，降低由于不能在第一時間發現玻璃幕壁破壞而造成的落地傷害，對于提高我國的建筑工程建設和施工質量具有重要意義。

（5）針對精確放線困難，利用智能建造BIM 自動放樣機器人技術，可在BIM 模型中靈活創建放樣點位置，形成帶放樣點的2D 和3D 文件，機器人可單人操作，實現自動追蹤、自動鎖定目標，極大提高現場放樣的速度和精度，實現施工現場無紙化作業。

3.4 運用效果

通過本課題的研究，可為我國城市軌道交通系統的快速發展提供一種新的思路和方法，為我國城市軌道交通系統的快速發展提供一種新的思路和方法。本項目的成功實施，對于節約人力、提升工程建設的質量、降低工程建設的安全性、推動工程建設的發展具有重要意義。對常規的玻璃鋼幕墻的建造技術進行了改進，既能節省大量的工期、人工費用，又能減少工程中的安全性和風險性，從而產生了較好的經濟效益。

4 結語

伴隨著中國建設事業的快速發展，出現了許多建筑形式的異型。在注重實用的同時，又要突出其獨有的特征，這就需要對建筑物的造型進行多樣化、多形態等藝術性的設計。而玻璃幕墻是一種最直觀的表現形式，其發展前景也是十分廣泛的。這種類型的玻璃幕墻，造型獨特，施工難度大，在高空作業時，工藝過程煩瑣。在這種情況下，普通的玻璃纖維布已經不能適應這種要求。隨著建筑形態的不斷變化，幕墻的建造技術也應該隨之變化，并歸納出一系列的具有系統性的異形結構的建造技術和工法，朝著智能化和集成化的方向發展是必然趨勢。