大型場館類幕墻快速焊接建造技術與施工工藝優化研究

高鵬 李曉宇 時瑞陽 紀曉鵬 吳喜元

摘 要：為解決大型場館類幕墻項目一般施工面積大、工期緊，幕墻、機電、園林等各專業同時展開施工，各作業面極易產生沖突，導致幕墻施工質量與施工工期難以得到保障的問題。以某大型場館幕墻工程施工為背景，運用BIM，裝配式，創新無電化施工模式，研發新型軌道式設備，將材料下單到最終竣工驗收過程中所應用的各種管理及技術方案進行總結提升，最終形成大型場館類幕墻快速施工工藝體系和一套完整的施工方案，實現大型場館類幕墻快速節能建造，以期為后續類似項目施工提供經驗。

關鍵詞：大型場館幕墻；快速建造；裝配式；無電化施工模式；新型軌道式設備

中圖分類號：TP391.99

文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2023）11-0169-04

Research on rapid welding construction technology and construction technology optimization of curtain wall of large venues

GAO Peng，LI Xiaoyu，SHI Ruiyang，JI Xiaopeng，WU Xiyuan

（China Construction Shenzhen DecorationCo.，Ltd.，Shenzhen 518000，Guangdong China

）

Abstract：In order to solve the problem that curtain wall projects of large venues generally have large construction area and tight construction period，the construction of curtain wall，mechanical and electrical engineering，landscape architecture and other specialties are carried out at the same time，and conflicts are easily generated among various fields，resulting in the difficulty of guaranteeing the quality of curtain wall construction and the construction period.Taking the curtain wall construction of a large venue as the background，BIM，assembly，innovation of non-electrochemical construction modewasused，new track-type equipmentwasstudiedand developed，various management and technical solutions applied in the process of final completion and acceptance of materials were summarized and improved，and finally a rapid construction process system and a complete set of construction schemes for curtain walls of large venues were formed，realizing the rapid and energy-saving construction of large-scale pavilion-type curtain walls，hoping to provide experience for the subsequent construction of similar projects.

Key words：large venue curtain walls;rapid construction;assembly type;no electrification construction mode;new track type equipment

機場、車站、會展中心等大型場館類建筑為實現功能和追求各種風格往往造型各異且幕墻結構復雜，同時大型場館類幕墻項目一般施工面積大，工期緊，多專業同時交叉施工，導致幕墻施工質量與施工工期難以得到保障［1-3］。為解決此類問題，以某大型會展幕墻項目施工為背景，從BIM下單模擬、裝配式施工、無電化施工、新型軌道式設備輔助四個方面進行闡述，形成大型場館類幕墻快速施工工藝體系，以期為后續類似項目施工提供經驗［4-6］。

1 工程概況

工程位于天津市津南區，是我國北方首個國家級超大型會展中心，總建筑面積138萬 m2，一期展館區建筑面積47.86萬 m2;二期建筑面積59.86萬 m2，主要由展廳、交通連廊、中央大廳、人行天橋等組成。

該工程幕墻系統共20萬 m2，如圖1所示。整體結構分為展廳、交通連廊及中央大廳部分。按構造分為鋁板幕墻、玻璃幕墻、采光頂幕墻等，其中展廳、交通連廊結構為展翅翱翔的海鷗造型。展廳整體長151.5 m，寬81 m，建筑標高為23.9 m，其中13.2 m以下部分為框架式鋁板幕墻以及框架式玻璃幕墻，13.2 m以上部分為框架式玻璃幕墻，見圖2。鋁板幕墻系統面板采用3 mm厚氟碳噴涂鋁板，豎龍骨采用100 mm×100? mm×5? mm、100? mm×100? mm×6? mm及60? mm×80? mm×4? mm厚鍍鋅方鋼，橫龍骨采用L56×4及L63×4厚鍍鋅角鋼。玻璃幕墻系統面板采用8+12A+6 mm鋼化中空玻璃，豎龍骨采用220? mm×70? mm×16? mm×16 mm及295? mm×70? mm×30? mm×16 mm的T型鋼，橫龍骨采用180 mm×70? mm×15? mm×15 mm的T型鋼。

2 工程重難點

2.1 展館面積大

單個展館施工范圍為118 m×84 m，展館面積的增大加劇了與市政園林單位的交叉作業頻率，傳統施工措施利用率不高，若采用腳手架進行施工，一旦市政園林進行作業，腳手架將會面臨被迫拆除的風險，難以利用腳手架進行后續施工作業。

2.2 施工作業困難

對于該類場館類幕墻項目，裝配式施工可以極大的提高施工效率，達到快速建造的目的，但在施工中，若是搭設腳手架進行外立面的施工作業，則腳手架會與裝配式龍骨產生碰撞，影響腳手架使用安全的同時也影響了裝配式施工的開展。

2.3 易造成資源浪費

相比于其他類型的幕墻項目，場館類幕墻項目會花費更多的設施設備，且過程中設施閑置嚴重，造成大量的資源浪費，成本增加的同時也不利于節能環保［7-10］。

2.4 設施布置構造復雜

本項目玻璃幕墻完成高度隨鋼結構完成高度高低起伏，給幕墻施工以及施工設施選型均帶來了一定的困難，常規設施難以完全適應這種高度變化，設施布置構造復雜，搭設難度大，且材料準運也極為不便［11-13］。

3 大型場館類幕墻快速節能建造工藝體系

快速施工工藝體系包含了項目從材料下單至竣工驗收全過程施工技術及施工方案，主要包括：運用BIM技術進行材料自動下單及安裝碰撞模擬，以統一測量放線，統一深化設計，統一排版下單及材料集中加工為主的裝配式施工技術［14-15］。

3.1 BIM技術應用

3.1.1 編寫Grasshopper程序自動進行材料下單

因場館類項目施工面積大，周期短，且結構造型復雜多樣，傳統CAD進行材料下單速度慢，錯誤率高。針對這一情況運用Rhino+Grasshopper參數化程序，搭建LOD400深度下料模型，并通過參數化程序直接導出鋁板下料數據、CAD加工圖紙和編號圖紙。

3.1.2 BIM模型碰撞模擬

BIM模型建立完成之后根據現場情況，對現場各個專業間需配合的各項工序，運用BIM技術進行提前評測，做好事先的碰撞試驗等相關工作，將需配合解決的難題提前發現，提前解決［16-18］。

3.2 裝配式施工技術

3.2.1 “三統一”

（1）統一測量放線。比對圖紙與現場的差異，進行數據的統一；

（2）統一深化設計。推敲設計與施工的規律，進行標準的統一；

（3）統一排版下單。運用標準和模數的關系，實現生產的統一。

3.2.2 集中加工

根據裝配式方案，并不是所有材料都能實現工廠加工成型，在工廠難以加工或是加工成本很高的分項部分，可以現場設置集中加工區以彌補加工廠的不足，讓現場用電部分主要集中在集中加工區，加工區宜獨立設置，與施工區域采用隔離措施。選址宜設置在外場材料出入方便，加工材料轉運快捷地方。

3.2.3 幕墻基層龍骨整體吊裝

1）對裝配式龍骨的組裝區域進行劃分

依據海鷗梁高低起伏的造型，將每一空海鷗梁下方的玻璃幕墻劃分為一樘裝配式龍骨，其組裝大小為12 m×11 m，單榀框架質量達9 t。

2）確定吊點的位置

因為屋面已經施工完畢，會對吊臂產生阻礙，因此在吊裝時，一定是需要將龍骨傾斜一定的角度，使其上端先就位，同時吊頂也不宜過于靠上，防止汽車吊在將框架提升到安裝高度時，其大臂剮蹭到屋面造成安全事故。因此，最終將吊點設置在框架中部偏上1 m部位。

3）吊具的設計

在設計時采用的思路便是設計一種夾具，僅僅使用其夾住正中一根立柱，每次使用時僅需將鋼絲繩與吊具使用高強螺栓進行連接，有效降低了鋼絲繩摩擦帶來的安全風險［19］。依據設置集中加工區—布置胎架—地面拼裝—整體吊裝的方式進行了實施，通過應用裝配式在安全方面降低了人員高空作業的頻率，減少了高空焊接的工作量，有效規避了高空作業和焊接作業帶來的安全隱患。

3.3 無電化施工

對于此類場館類幕墻項目建設面積大，施工范圍廣，若是采用常規的臨電布置方式則會給現場快速施工帶來很多阻礙，在本項目實施中，通過使用中建深圳裝飾有限公司的專利產品移動電箱及移動焊機，充分發揮無電化施工的優勢輔助項目快速建造。

3.4 軌道式吊架及軌道式升降車安裝

考慮到傳統腳手架施工存在種種弊端，會消耗大量的鋼管及密目網、安全網等，容易造成資源浪費，同時搭設腳手架還會影響裝配式吊裝，存在多處安全隱患，綜合考慮施工需求及工期質量安全等各方面的要求，采用軌道式升降車軌道式吊架進行。

3.4.1 軌道式升降車技術說明

1）布置L56×4角鋼

L56×4角鋼布置為施工圖所含施工內容，考慮到提前將其安裝既可以用于布置軌道，又可以起到安全防護的作用。因此，該部分嚴格按照施工圖提前施工；施工完畢后，在其上方布置鐵絲網。

2）布置軌道

槽鋼軌道與L56×4角鋼焊接連接，焊接時，槽鋼與角鋼交接位置全部滿焊，焊高5 mm，每道焊縫長度50 mm。

3）升降車改裝

依據升降車尺寸制作底座，底座采用100 mm×100 mm×5 mm的方鋼焊接而成，并在底座下方4個角焊接4個H型行走輪，底座與升降車通過螺栓連接。

4）升降車吊裝

地面組裝完畢后，使用汽車吊將組裝好的升降車吊至13.2 m標高處平臺安裝，安裝時首先將底座上的H型輪放置在槽鋼上，再進行限位安裝;通過一塊鋼板將限位T型輪與底座栓接，T型輪勾住槽鋼凹槽防止傾覆。

3.4.2 軌道吊架技術說明

1）安裝軌道

吊架軌道采用8#槽鋼，槽鋼與鋼結構工字鋼間焊接，焊高5 mm，每道焊縫長度100 mm，間隔1 m。

2）吊架制作

吊架地面組裝好后再吊裝，吊架整體尺寸為60 mm×3 500 mm×14 400 mm，吊架立柱采用40 mm×40 mm×3 mm的方鋼。方鋼在接長時采用對接焊，并在接口處兩側各焊接一塊長100 mm，寬30 mm，厚10 mm的鋼板用于加強；大橫梁采用L56×4角鋼，小橫梁及側面斜撐采用L30×3角鋼，爬梯采用外徑30 mm，壁厚2.5 mm的圓鋼；吊架共設置8層操作層，每層操作層上鋪設鋼笆網，操作層下方拉設安全大眼網，操作層四周設置15 cm高的踢腳板。

3）焊接H型輪

采用100 mm×100 mm×5 mm方鋼制作吊架掛接平臺，平臺每一個立柱下端焊接2個H型鋼輪。

4）吊架吊裝

地面組裝完畢后，使用25 t汽車吊將其吊裝，吊裝就位后，在100? mm×100? mm×5 mm的方鋼靠室內側安裝防傾覆限位，該限位通過將鋼板與T型輪組裝而成，將其焊接到方鋼上，并勾住槽鋼凹槽，在靠室外側安裝防脫軌限位，該限位將實心鋼棒與軸承組合而成，并將鋼棒焊接在方鋼上（見圖2），用于防止行走過程中脫軌。

3.5 軌道式吊架安全結構計算

3.5.1 操作平臺結構計算

采用有限元軟件SAP2000建立特殊預應力結構模型，并完成了有限元分析與設計，計算模型。其中，L56×56×4角鋼，L30×30×3角鋼，100? mm×100? mm×5? mm鋼方管桿件規格詳見方案說明，材質為Q235B。

3.5.2 軌道式操作平臺對建筑結構受力影響計算

將軌道式升降平臺在極限狀態下產生的反力施加到主體鋼結構上進行反力復核，計算出其對主體鋼結構的影響［20］。

復核范圍，6#、7#、8#展廳東西立面B-A至B-J軸，復核部位：夾壁墻上端標高為12.8 m處外側2根主體工字鋼，復核內容，復核主體工字鋼是否可以承受升降平臺傾覆情況下的極限壓力和拉力。傾覆時升降平臺一段產生壓力一段產生拉力，最大拉力為16 kN、最大壓力為25.25 kN，見圖3。

載荷施壓其中DEAD為結構自重，軟件自動施加，L為支座反力，桿件計算跨度7 300 mm，容許變形為7 300 mm÷400=18.25 mm>5.6 mm，滿足要求，見圖4。

通過實際應用，我們可以看出軌道吊架及軌道式升降車能適用于幕墻施工，且施工效率更高，操作更為簡單安全。

4 結語

通過大型場館類幕墻快速施工工藝體系，在施工圖繪制階段及措施優化階段，借助BIM技術建立三維模型對工程及措施進行三維模擬，幫助施工人員更好的理解，減少了該階段的返工返修，提高了施工效率。在施工階段，借助裝配式施工和無電化施工，提高基層龍骨安裝效率，減少臨電布置時間，達到快速施工的目的；過程管理中輔以高效的管理技術，三者相輔相成，有效解決了大型場館類項目施工面積大，工期緊，施工管理難度大的問題，確保了大型場館類項目保質保量的高效完成施工任務［8］。

【參考文獻】

［1］ 吳根寶.建筑施工組織［M］.北京：中國建筑工業出版社，2019.

［2］ 何康.淺談施工總承包工程成本控制管理［J］.低碳世界，2019（9）：325-326.

［3］ 李云青.建筑工程項目施工風險管理研究［D］：濟南：山東大學，2009.

［4］ 劉炫煬，劉德湘.施工組織設計在建筑施工管理中的重要性探討［J］.建材與裝飾，2019（20）：152-153.

［5］ 吳曉萌.臨時工程成本控制常見問題與對策［J］.工程經濟，2019，29（2）：10-13.

［6］ 張孝營.BIM技術在建筑結構設計中的應用分析［J］.建材與裝飾，2017（29）：129-130.

［7］ 路桂娟，梁乾乾，趙晶晶.BIM技術在優化建筑結構設計中的應用探究［J］.智能建筑與智慧城市，2023（10）：105-107.

［8］ 龐潔.BIM技術在建筑結構設計中的應用［J］.江蘇建材，2023（5）：70-72.

［9］ 封小艷，顧子臣.BIM技術在建筑結構設計中的合理應用研究［J］.中華建設，2023（6）：98-100.

［10］ GB/T 21086—2017，建筑幕墻［S］.

［11］ JGJ 102—2018，玻璃幕墻工程技術規范［S］.

［12］ 羅曉鋒，唐青松，羅思彬.試論防水密封膠技術及在裝配式建筑中的應用［J］.住宅產業，2019（1）：36-42.

［13］ 程鵬，孫鵬飛.既有幕墻用硅酮結構密封膠檢測方法研究進展［J］.中國膠粘劑，2018，27（8）：49-53

［14］ 張文龍.裝配式建筑防水節點設計及施工要點研究［J］.安徽建筑，2019，26（7）：197-198.

［15］ 梅錦輝.淺析建筑裝飾工程中玻璃幕墻施工技術要點控制［J］.城市建筑，2013（18）：65-65.

［16］ 陳偉.鋁蜂窩夾層結構抗沖擊性能試驗與數值研究張晟［J］.粘接，2022，49（8）：142-145.

［17］ 張昱.建筑裝飾工程中玻璃幕墻施工技術［J］.石材，2023（6）：105-107.

［18］ 王瑞，劉健.金屬板幕墻的施工技術［J］.科技信息，2009（14）：306-307.

［19］ 邱永泉.復合單元式幕墻的構造設計及反力計算方法［J］.四川建材，2007（6）：89-90.

［20］ 王彩雪.建筑幕墻結構密封膠加固成果BIM建模研究［J］.粘接，2021，47（9）：124-128.

收稿日期：2023-06-06；修回日期：2023-09-26

作者簡介：高 鵬（1996-），男，碩士，工程師，研究方向：幕墻施工；E-mail：huiwoqq244@163.com。

引文格式：高 鵬，

李曉宇，時瑞陽，等.

大型場館類幕墻快速焊接建造技術與施工工藝優化研究［J］.粘接，2023，50（11）：169-172.