論異形超重板塊的GRC 幕墻施工技術

邢冬冬

1 項目概況

沂蒙文化藝術中心項目位于山東省臨沂市城市中心區南側，臨沂經濟技術開發區，是臨沂經開區重點民生項目之一，也是省優選項目。項目總投資10.6 億元，規劃總用地13 hm2，總建筑面積71227 m2，建筑呈不規則形。項目效果圖如圖1 所示，包含共分7 個區，分別為：A 區水展覽館、科技展覽館；B 區非遺、美術展覽館、文化館；B'區民俗演藝大廳；C 區青少年和婦女兒童活動中心；D 區圖書館；E 區大平臺配套附屬用房；F 區地下室配套附屬用房。

圖1 沂蒙文化藝術中心效果圖（來源：作者自繪）

該項目由中國工程院崔愷院士領銜設計，突出了2 個特點：第1，突出歷史文化。臨沂是東夷文化的發祥地，沂河新區是東夷文化的核心區域，古臨沂被稱為“龜駝鳳凰城”。將建筑整體外形設計成一只展翅騰飛的鳳凰，既保留了古臨沂的歷史記憶，又寓意了東夷文化圖騰。第2，巧妙融入自然。建筑采用陶土色外墻，與大地顏色相一致，整個建筑與周邊自然環境融為一體。

2 工程重難點

沂蒙文化藝術中心項目采用3 種齒紋樣式GRC 板塊，每塊板塊采用人工開鑿剁斧樣式，其中A、B、B′、C、D、E 等6 個區域采用不同的樣式拼接，每個區域齒紋樣式各不相同、板塊厚度各不相同、齒紋方向各不相同既要做到自然，又要符合美觀需求。該項目由玻璃幕墻、GRC 幕墻、金屬幕墻、鋁合金格柵等多種幕墻系統組成。不同材料相互交接，單雙曲混合交接，施工較為復雜。各項工藝互相穿插、高空作業，提料難度大，作業環境復雜。

建筑立面大面積采用GRC 幕墻，最大板塊質量達到1000 kg。按《玻璃纖維增強水泥（GRC）建筑應用技術標準》（JGJT423―2018）[1]，在4.4.1節中指出采用四點支承的單塊GRC 平板的面積不宜大于1.0 m2，然而本項目最大板塊1.8 m×4 m，遠超出了規范1 m2的要求。原節點做法板塊安裝采用鋼管固定在U 型鋼件[2]，形式比較單一，安裝過程不可三維調節，實際安裝效率低。

3 項目的研究與應用

3.1 項目實施方案

為了解決異形復雜GRC 幕墻施工的各種問題，本項目以“異形復雜GRC 幕墻施工技術的研究與應用”為題，主要研究內容有超大板塊安全掛裝、三維空間可調、BIM 應用優化等：第1，成立項目攻關組，建立項目研發體系，通過對安裝系統的研發與試制，細化研發目標。第2，為確保安裝系統的各項性能，以及外觀效果和組裝安全性的需要，建立產品的性能測試系統，依靠合作單位實驗室先進的精確檢測設備，針對不同的安裝系統，進行各項性能測試，保證項目研發的需要。第3，采用以實際工程情況具體協調的模式，在工程設計、部件加工、現場施工等方面，由技術中心對加工工藝及組裝質量全程指導、監督，確保異形復雜GRC 幕墻的外觀效果、節能安全，符合建設單位要求。

該項目計劃的周期為2021 年8月―2022 年2 月，各施工階段的具體技術方案如下：第1，2021 年8 月―2021 年9 月，成立研發小組，對現有異形復雜GRC 幕墻系統的設計及應用技術進行調查分析，從而掌握我國現有的異形復雜GRC 幕墻以及施工技術的發展狀況，提出本項目的技術研究方案。第2，2021 年10 月―2021 年11 月，分析現有異形復雜GRC 幕墻系統的應用缺陷，并有針對性的采取優化措施，從而研發異形復雜GRC 幕墻安全掛接、三維調節的節點，并優化GRC 幕墻板塊分格。第3，2021 年12 月―2022 年1 月，針對目前異形復雜GRC 幕墻的性能要求，選材、設計及施工方面進一步深入研究，已達到美觀、節能，并符合消防要求和熱工性能要求。第4，2022 年1 月―2022年2 月，針對不同建筑造型及要求，總結其生產與施工技術，形成整套的異形復雜GRC 幕墻系統。第5，2022年2 月，完成項目設定目標，總結異形復雜GRC 幕墻系統技術資料，組織項目的鑒定驗收。

3.2 項目研發成果

根據本項目具體實際需要，通過創新設計研究，獲得國家實用新型專利2 項。《一種超大板塊GRC 幕墻安全掛裝系統》（專利號ZL202123353597.2）中，結構形式上采用上掛下托形式，上方采用加工L 型鋼加工件固定，下方采用U 型托件，更加安全穩定，節點如圖2 所示。解決了傳統超大板塊GRC 幕墻施工難度大、安裝固定困難、安裝方式安全系數低，為確保安全施工效率較低的難題，從幕墻與主體的連接源頭進行加固處理，整個龍骨體系更加安全可靠。

圖2 安全掛裝節點圖 （來源：作者自繪）

《 一種三維空間可調的GRC 幕 墻 掛 接 系 統》（ 專 利 號ZL202123420312.2）中，解決了傳統較大板塊GRC、安裝方式單一、安裝調節難度大的問題。掛接系統中，通過鍍鋅方管轉接件、U 型轉接件以及墊片實現GRC 幕墻安裝過程三維可調，節點如圖3 所示，極大的提高了一次成品率，更加高效實用。

圖3 三維可調節點圖（來源：作者自繪）

4 施工技術及操作要點

4.1 工藝流程

按照建筑裝飾的設計圖紙，對原有建筑物進行測量，結合圖紙布置的角鋼網的位置及對GRC 構件形狀的要求，進行GRC 構件的設計，使GRC 構件與網片尺寸，位置相符合，并滿足裝飾設計中的外觀要求，進行GRC 構件的加工。加工完成后，即可進入工地現場的施工流程：測量放線―鋼骨架制作安裝―GRC 面板安裝―縫隙處理―清理。

4.2 施工控制要點

4.2.1 測量放線

測量放線是指在工程建設中對地理位置、形狀、結構和質量等進行測量和分析的過程。準確的測量是幕墻工程施工的前提和基礎，關系到后續材料的提取及板塊的安裝。首先，確立本工程的基準，多軸線為基準勢必存在一些偏差，而幕墻各項偏差均在±1 mm 之間。為克服這一難點，在本工程的軸線確認無誤的前提下，利用幕墻公差，在合適的位置設立參照基準軸線，反復核對無誤后，確立為輔助基準軸線，達到施工的高質量。其次依據總承包單位的基準點、線，考慮到溫差對計量的誤差，以及地面不平造成的誤差，采用全站儀通過棱鏡復核相互之間的幾何關系核準點線之間的關系，以及相互間的幾何尺寸，通過點線的精度來提高幕墻施工精度;在確保門洞口以及沉降縫的寬度的前提下，使各種累積誤差在大面幕墻內消化（圖4）。充分利用BIM 技術放線，嚴格按照專項施工方案及現場點位施工，定位、復合、驗收合格后方可進行下一步工序，保證施工進度及質量。

圖4 現場放線圖（來源：作者自攝）

4.2.2 鋼骨架制作安裝

龍骨加工采用集中加工的形式，根據BIM 技術模型測量出的構件尺寸可直觀表現出，按圖5 所示龍骨和位置編號進行構件的加工制作，加工出的構件根據使用位置和編號分類存放。主龍骨鋼架采用槽鋼鋼架懸挑栓接形式與鋼方管進行連接，打孔矩形管與主龍骨及面板帶背附鋼架+F、T 形調節鋼件采用栓接形式，實現面板安裝的三維可調，打孔矩形管、背附鋼架、F、T 形調節鋼件懸掛結構采用工廠定制加工，如圖6 所示。現場通過BIM 模型，設置GRC 安裝控制點。同一層橫梁的安裝應由下向上進行，當安裝完一層高度時，應進行檢查、調整、校正、固定，使其符合質量要求。相鄰兩根橫梁的水平標高偏差不應大于1 mm。同層標高偏差：當一幅寬度小于或等于35 m 時，不應大于3 mm[3]，龍骨安裝如圖7 所示。

圖5 龍骨建模圖（來源：作者自繪）

圖6 安裝組件三維圖（來源：作者自繪）

圖7 龍骨安裝圖（來源：作者自攝）

4.2.3 GRC面板加工及安裝

利用 BIM 軟件對齒紋進行排布模擬，加工廠將提取的雙曲GRC 數據導入到三維雕刻機，進行1 : 1 雕刻模具成形，將加工完成后的GRC 面板進行背襯龍骨安裝，板塊正面人工鑿出齒輪造型，如圖8 所示。

圖8 板塊加工圖（來源：作者自攝）

寬度小于450 mm 的線型，用直徑6 mm 鋼筋和4 mm 冷扎絲連結，線條預埋連結焊點上下有3 個焊點，焊結主筋點間距為：線條的兩端各有250 mm，中間距離各550 mm，線條長度為1700 mm。寬度大于450 mm 的線型，采用直徑8 mm 鋼筋與4 mm 冷扎絲連結，線條預埋連結焊點上下各3 個焊點，焊接主筋點間距為線條兩端各250 mm，中間距離各500 mm，線條長度為1500 mm。由于GRC 構件系工廠加工預制，為保證進場構件的質量，進場首先進行驗收，按照生產廠商所提供的資料并參照圖紙構件加工行業標準（主要是外觀和尺寸偏差）進行檢驗和核對。驗收合格后按品種規格進行分類，堆放整齊、做好防護，以防破損。對其輔助材料要檢驗材質和標準，杜絕劣質產品進入施工現場，以保施工質量達到設計要求。

在GRC 板吊運到安裝位置后，應進行臨時固定，臨時固定時，必須保證板的穩固性，防止板件墜落。GRC 板安裝就位、校正完成后，應及時固定，面板采用GRC 鋼制轉接件進行承托及栓接形式固定在鋼龍骨上，如圖9 所示。

圖9 板塊安裝圖（來源：作者自攝）

4.2.4 縫隙處理

板塊安裝完畢后，板材之間的間隙要用耐候膠嵌縫，予以密封，防止氣體滲透和雨水滲漏。注膠之前要充分清潔板材間縫隙，去除水、油漬、涂料、灰塵等。充分清潔粘結面，加以干燥。為調整縫的深度，避免三邊粘結，在縫內充填聚苯乙烯發泡材料，為避免密封膠污染板材，在膠縫兩邊貼保護膠紙，注膠后將膠縫表面抹平壓實，去掉多余的膠，注膠完畢后，將保護膠紙撕掉，必要時可用溶劑擦拭，細部處理如圖10 所示。

圖10 細部處理圖（來源：作者自攝）

4.2.5 清理

注膠完畢之后進行全面的清潔，運用蜘蛛車、升降車等平臺設備將工人運送到指定位置進行施工操作，擦拭板材外面的污物。因為幕墻在建筑的外側，具有一定的施工難度和危險性，在進行清洗施工時，一定要注意安全性，同時還要根據溫度、氣候等條件，看是否適合施工。

5 BIM 在項目中的應用

三維結構掃描：幕墻三維掃描是指通過激光掃描、傾斜攝影等技術，對建筑空間外形和結構及色彩進行掃描，以獲得建筑表面的三維數字信息。三維掃描在站點位置“所見即所得”，通過不同站位的掃描，能完整地采集現場數據。對現場采集的數據進行拼接處理，可得到現場三維點云模型[4]。

由于現場結構和圖紙偏差大，異型GRC 外形復雜，以及為了保證GRC 板塊能直觀的體現出完成效果，本項目采用三維（3D）掃描技術進行結構重建如圖11 所示。模型碰撞檢查：利用點云與外表皮模型進行比較，查找碰撞點，自動生成碰撞數據表格。如圖12 碰撞點共計325 個，對模型進行調整優化。

圖11 3D 掃描（來源：作者自攝）

圖12 點云模型碰撞（來源：作者自繪）

幕墻板塊分區是利用了Rhino、Grasshopper 等BIM 軟件齒紋進行排布模擬，對各個區域進行詳細板塊分區排布，以顏色區分不同的齒紋樣式分區，如圖13 所示。在GRC 板塊運輸時注意分區域臨時存放，工人施工時注意區分3 種不同齒紋樣式的位置。

圖13 齒紋排布分區（來源：作者自繪）

幕墻面層曲率分析：利用BIM 軟件對模型中幕墻曲面部分進行曲率分析[5]。紅色部分為曲率較大，單獨進行分格處理與優化，如圖14 所示。

圖14 曲率優化分析（來源：作者自繪）

幕墻面層優化：通過曲率分析，GRC 幕墻部分為雙曲，為節省造價，用BIM 軟件將雙曲面板優化為平板與單曲板，如圖15 所示，共減少雙曲板塊215 塊（777 m2），極大的節約了成本，節省工期計20 d。沂蒙文化藝術中心運用BIM 技術和工藝創新進行設計、施工，順利的完成GRC 幕墻安裝，施工完成后，效果非常好，如圖16 所示。

圖15 GRC 板塊優化分析（來源：作者自繪）

圖16 GRC 板塊完工圖（來源：作者自攝）

6 結語

隨著幕墻行業的飛速發展，大型異形文體中心類幕墻項目在我國有了飛速發展。如何在保證建筑效果的同時又能如期履約、保質保量的完成任務是施工單位需要思考的難題。圖17為該項目航拍圖。

圖17 項目航拍圖（來源：作者自攝）

在本文研究中，以山東省臨沂市經濟技術開發區沂蒙文化藝術中心項目為例，對復雜異形GRC 幕墻的設計、排版、安裝等關鍵技術進行分析，安裝系統具有工廠化加工、裝配式施工等顯著優點，連接節點三維可調、安全可靠，安裝效率可比傳統工藝提升40%以上，適用于超大板塊、異形GRC 幕墻施工，使一系列施工技術難題得到有效解決，并總結獲得了國家實用新型專利2 項，確保工程施工的高效順利完成，對其他類似工程來說可起到借鑒與參考作用，推廣以及應用前景廣闊。