多曲面多疊級超長鋁板安裝施工關鍵技術

夏庭俊

（中鐵城建集團第一工程有限公司，山西 太原 030024）

1 研究背景及意義

隨著我國高速鐵路建設的高速發展，鐵路客站作為城市與外部客流交換的載體，在滿足使用功能的前提下，還需圍繞“一站一景、站城融合”的建設目標，踐行“暢通融合、綠色溫馨、經濟藝術、智能便捷”的建設理念，形成含有當地文化特色，具有獨特地域色彩，且外觀新穎、造型復雜多變的鐵路客站[1]。站房外立面鋁板裝飾造型復雜多樣，屬于超長鋁板拼裝，施工過程中龍骨精確控制、鋁板精準下料、鋁板變形控制、色差控制及超長鋁板拼裝等技術重難點都對質量控制帶來了挑戰。本施工技術采用建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）指導高精度控制測量、建模、下料、加工、安裝，質量超前預控，優化施工組織，同時保證了進度可控及工程優質，很好地解決了復雜造型施工中各種重難點技術問題，具有廣闊的推廣應用空間。

2 施工工藝原理

本施工技術是根據設計圖進行BIM 建模，分析初步建模、優化局部構造及連接方式，然后根據優化成果指導現場龍骨安裝，復測基層安裝精準度及整體曲面順滑流暢度并進行對應微調，根據最終數據形成鋁板下料單復核加工生產，生產過程中超前預控變形及色差質量，材料到位后采用雙開交叉循環施工方法進行安裝，施工過程實時進行過程安裝監測復核，確保每塊鋁板安裝精度、整體平整度及大曲面順滑度[2]。關鍵技術為以下5 個方面。

1）BIM 建模指導精確放樣下料技術。建立龍骨及鋁板模型，作為設計的理論模型，為了與后期的現場實測龍骨模型進行對比，將各模型合模，碰撞，解決沖突部位，優化細部節點，通過精準定位放樣進行龍骨的精確安裝、調整。施工龍骨進行3D 激光三維掃描數據與理論模型復核，高精度下料加工異形鋁板。

2）以直代曲放樣及3D 激光點云掃描復核技術。龍骨及鋁板施工放樣采用以直代曲技術，應用了微積分原理，把曲線等分成若干段，每段長度為單塊鋁板長度，這樣曲線的總長=每段長度×段數。3D 激光點云掃描復核技術采用實用新型專利“一種工程中位移觀測的目標定位靶”方便對現場施工龍骨進行3D 激光點云掃描處理后與BIM 理論模型進行復核對比，指導鋁板下料加工。

3）超大鋁板背楞加強技術。單塊鋁板最大尺寸達3 050 mm×2 650 mm，屬于超大鋁板，為保證每塊鋁板安裝精度及平整度，從優化背楞的方向布置及合理使用背楞材料兩方面控制背楞的彈性模量，確保單塊鋁板平整度滿足國家標準。

4）鋁板光反射色差淡化技術。鋁板造型屬于曲面疊級的造型，陽光照射下造成反射光多角度而形成“色差”錯覺。為了淡化這種色差，通過增加功能填料及調整烤漆溫度改變鋁板氟碳漆的性狀，使照射光反射成為近似粗糙面的漫反射，各個角度的反射光的強度差值小，淡化了光不同角度反射光強度不同而造成的“色差”。

5）鋁板雙開交叉循環施工方法。由兩組作業人員分別從兩邊同時向中間展開施工，施工過程單板與單板之間的折邊連接采取“臨一固一”的方式固定，即一條臨時固定，一條完全固定，不斷交替循環進行，可形成流水施工。效率和施工成果明顯優于傳統的單向逐步遞推式施工。

3 施工工藝流程

圖1 為施工工藝流程圖。

圖1 施工工藝流程圖

4 主要施工方法及操作要點

4.1 結構復核

結構復核主要是復核龍骨是否與主體結構位置沖突，或主體結構及鋼結構施工誤差是否會導致整體外立面造型與原設計不一致。采用三維激光掃描方法對原結構進行精確取點，掃描點與BIM 進行碰撞分析。若有不一致，則需要進行微調。

4.2 BIM 建模

根據現有計算機輔助設計（Computer Aided Design，CAD）圖紙軸網及標高，確定整體坐標系，再與土建空間坐標原點匹配，確保現有圖紙的三維空間坐標系與主體結構坐標系一致。然后根據CAD平面圖、立面圖、節點圖等圖紙建模。為確保后期掃描點云數據與模型之間的對比分析，采用Rhino“犀牛”3D 造型軟件進行建模。

4.3 龍骨安裝

模型確認之后，根據產品豎向分縫確定豎向龍骨模型，然后再根據橫向分縫確定橫向龍骨模型，最終形成龍骨坐標數據。確定施工起始點位，從最終豎向龍骨開始定位，使用全站儀放樣指導龍骨定位安裝。施工現場可施行劃分流水段方法進行施工，可加快施工進度。

4.4 3D 激光點云掃描復核

1）設置靶標點位。施工現場盡量大范圍設置靶標點位，減小坐標系導入偏差。為確保點云坐標體系與圖紙坐標體系一致，需要掃描前在現場貼數個靶標用以定位。十字靶標貼在三維掃描儀和全站儀都便于觀察定位的位置即可。

2）現場三維掃描。掃描區域內需臨時清空設備及遮擋物。采用高速三維激光掃描儀進行掃描，根據現場環境確定從北面落客平臺的東面開始架站掃描，待機器自動調平初始之后，按照一站靠內，一站靠外的“之”字形順序依次架站掃描。掃描過程中注意錄入定位靶標坐標、龍骨等所需的三維坐標數據。

3）掃描點云處理。將施工現場掃描的各站數據進行自動擬合，各站之間重疊的點云自動去重，各站按靶標坐標系位置調整定位，匯總整體點云后，刪除不必要的幕墻、球形網架、隱蔽基層等點云數據，僅保留最精簡的挑檐點云數據。按需進行點云稀釋處理，稀釋到電腦能帶動的最大精度模型然后導出PTS 格式點云文件。

4）數據對比。現場的點云數據按靶標的坐標系置入原始土建坐標系中，與理論模型進行匹配，通過各軸網處的縱向剖切面及立面對比，確認現場施工的誤差。

4.5 龍骨調整

根據數據對比誤差分析，定位每個誤差點的調整方向，按照分析結果進行龍骨調整，調整后應再次進行掃描確認。若確認龍骨無法進行調整的，需與設計人員確認設計模型是否調整。

4.6 鋁板下單

4.6.1 鋁板下單

根據確認模型及現場調整龍骨進行鋁板下單生產，鋁板下料單需經過技術負責人確認無誤后方可進行加工生產。

4.6.2 優化鋁板加強措施

根據以往施工經驗，鋁板加強背楞往往是定制定型產品，其剛度超過鋁板本身，鋁板板材加工完成后安裝背楞，放入烤爐進行烤漆施工，高溫烤漆過程超大鋁板本身已經變形。為確保每塊超大鋁板平整度及剛度滿足設計及規范要求，單塊鋁板做以下優化措施。

1）沿鋁板短方向設置加強背楞，間距不大于400 mm。

2）加強背楞采用與1）中相同材質的鋁板進行加工，避免鋁板高溫烤漆過程中背楞和鋁板兩種材料受熱膨脹系數不一致而不均勻膨脹導致鋁板受熱冷卻后變形。

3）加強背楞應加工成U 型截面，增強抗彎強度。

4）為充分利用鋁板四周的折邊，讓加強背楞與折邊進行連接，形成統一整體，增強鋁板的整體剛度。

4.6.3 光反射色差淡化措施

目前，建筑鋁單板上漆方式主要為氟碳噴涂，為了減弱鋁板表面的光的反射導致的色差，解決方法的原理是將鋁板表面的鏡面反射轉化為均勻的漫反射。鋁板光澤度20°以下為啞光，20°為半啞光，60°以上為高光，參考以上基本信息，結合現場實際情況綜合考慮，取40°半啞光漆已到達設計效果，具體采取下列措施。

1）氟碳漆增加功能填料。增加空心玻璃微珠等具有紅外線反射能力的球狀粉末作為填料，增加這種填料能夠讓涂料呈“半啞光”狀態，鋁板表面光照反射呈較為均勻的漫反射。

2）調整烤漆溫度。烤漆溫度由低溫烤漆調整為高溫烤漆。氟碳漆屬于水基金屬漆，由成膜材料、助劑、顏料和溶劑組成。烤漆溫度一般為兩種：低溫烤漆固化溫度為140～180 ℃，高溫烤漆固化溫度為280～400 ℃。相較于低溫烤漆，高溫烤漆溶劑揮發快，在前期烘烤中漆膜還未發生交聯時，溶劑揮發越快也越多，相當于漆膜固體含量增加，因為材料的固態比液態更為穩定，所以漆膜固體含量越高漆膜分子就越均勻。同時，當溶劑揮發大部分，且漆膜中還有溶劑時，加熱條件下溶劑分子之間相互作用的力會增大而產生再次流平現象。故高溫烤漆最終的漆膜平整度更好，漆膜分子光反射也更為均勻，視覺色差就會更小。

4.7 鋁板安裝

1）鋁板到場后先對照鋁板模型料單復核鋁板尺寸、加固方式，檢查平整度是否滿足規范要求。

2）雙開交叉循環施工方法。當鋁單板僅有單排時，兩組工人同時從兩端的第一塊單板開始施工，因端頭鋁板要定位準確，故第一塊單板兩端的折邊均與龍骨進行完整固定，保證起步鋁單板定位準確性與牢固性。接下來按照“臨時固定→完整固定→臨時固定→完整固定”的循環在安裝鋁單板過程中交替固定連接折邊，同時施工的兩組工人相遇后交換各自施工的區域，分別對對方臨時加固的折邊進行完整加固。

當鋁板的排數為多排時，先按上述單排方法施工完成一排，施工完畢后再各自掉頭從第二排端頭朝中間施工，第三排、第四排、第N 排，以此類推相互交替循環。平行流水方向的鋁板對接折邊固定方式為全部完整固定，垂直流水方向的鋁板對接折邊固定方式為“臨一固一”。

3）鋁板安裝前進行試裝，對鋁板的角碼位置、鋁板尺寸、分縫寬度等進行確認，確認無誤后按照角碼的位置打釘固定，弧形鋁板角碼分別安裝與豎龍骨的橫向部位和橫龍骨連接，確保安裝穩固。施工過程需實時進行鋁板安裝質量檢查，確保質量一次達到驗收標準，避免返工[3]。

5 施工質量控制

5.1 執行標準

GB 50300-2013《建筑工程施工質量驗收統一標準》。

GB 50205-2020《鋼結構工程施工質量驗收標準》。

GB 50210-2018《建筑裝飾裝修工程質量驗收標準》。

JGJ 133-2001《金屬與石材幕墻工程技術規范》。

GB 50026-2007《工程測量規范》。

JGJ 46-2005《施工現場臨時用電安全技術規范》。

JGJ 33-2012《建筑機械使用安全技術規程》。

5.2 質量控制項目

1）挑檐幕墻所用的鍍鋅方管、鋁板、密封膠、五金配件的材料進場質量證明文件需齊全有效，質量滿足相關標準要求。

2）金屬板材的品種、規格及色澤應符合設計要求；鋁合金板材表面氟碳樹脂涂層厚度應符合設計要求。

3）單層鋁板折彎加工時，折彎外圓弧半徑不應小于板厚的1.5 倍；加勁肋的固定可采用電栓釘，但應確保鋁板外表面不變形、褪色，固定應牢固；固定耳子應符合設計要求，固定耳子可采用焊接、鉚接或在鋁板上直接沖壓而成，并應位置準確，調整方便，固定牢固；鋁板構件四周邊應采用鉚接、螺栓或膠黏與機械連接相結合的形式固定，并應做到確保構件剛度滿足規范要求，固定牢固。

4）挑檐幕墻與主體結構連接的預埋件，應在主體結構施工時按設計要求埋設。預埋件應牢固，位置準確。

5）挑檐幕墻鋼構件施焊后，其表面應清除焊渣，按照設計要求做好防腐措施。

6）幕墻安裝過程中宜進行接縫部位的雨水滲漏檢驗，施工完成后進行淋水試驗。

6 結束語

現場應用表明，本施工技術通過BIM 建模及以直代曲放樣技術，已經解決了施工過程中的鋁板變形和成品色差的技術問題，通過改進施工工藝，保證了大面積鋁板的平整不變形，外表美觀、流暢的設計要求。在此工程中采用了本施工技術，切實地加快了工程進度，節約了成本，提高了施工質量和成品質量，為今后類似工程提供了可參考的依據。