大空間異性金屬飾面吊頂板設(shè)計(jì)與施工的過(guò)程探討

楊誠(chéng)超

（杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)有限公司，浙江 杭州 311207）

1 設(shè)計(jì)理念

航站樓出發(fā)層主樓區(qū)域采用高空蠶繭藝術(shù)吊頂。吊頂中的蠶繭部位投影造型為正菱形穿孔鋁板，其余部位為240mm寬弧形條板（如圖1）。屋面桁架結(jié)構(gòu)為多曲面結(jié)構(gòu)，根據(jù)曲率的變化造成各桁架桿件的角度和高度的變化，從而實(shí)現(xiàn)雙向曲面吊頂造型。曲面鋁板加工及安裝的難度，是本項(xiàng)目吊頂實(shí)施中的一大重點(diǎn)。

圖1

2 供應(yīng)商及吊頂材料的前期選擇

2.1 供應(yīng)商

選擇合格的供應(yīng)商是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造的第一步，供應(yīng)商應(yīng)具備有獨(dú)立的系統(tǒng)研發(fā)和較強(qiáng)的三維設(shè)計(jì)能力，各主要構(gòu)部件的工廠制作加工能力和現(xiàn)場(chǎng)安裝、指導(dǎo)、督造的技術(shù)能力。

2.2 材料構(gòu)成

吊頂支撐結(jié)構(gòu)包括鋼制豎向龍骨和橫向龍骨及各處的連接構(gòu)件，均需滿足上人安裝操作和吊頂系統(tǒng)的固定和荷載要求。本項(xiàng)目轉(zhuǎn)換層龍骨采用鍍鋅鋼制龍骨，型號(hào)Q235，壁厚不小于3mm，與鋼制支撐結(jié)構(gòu)相連接的可三維調(diào)整的轉(zhuǎn)接關(guān)節(jié)采用奧氏體不銹鋼整體鑄造；緊固件材質(zhì)采用力學(xué)性能大于三維可調(diào)整的轉(zhuǎn)接關(guān)節(jié)的不銹鋼材料；金屬飾面板選用鋁錳全金，合金牌號(hào)：AA3005或AA3015。

2.3 構(gòu)件性能

吊頂系統(tǒng)的各部件除在滿足國(guó)家一般技術(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，還應(yīng)根據(jù)本項(xiàng)目特點(diǎn)在防火性能、抗腐蝕性能、聲學(xué)性能、耐久性能、可拆卸性能上達(dá)到大空間公共建筑的最高標(biāo)準(zhǔn)。

3 深化設(shè)計(jì)與樣板開(kāi)路

3.1 深化設(shè)計(jì)的必要性

在初步選定材料構(gòu)件的用材及性能前提下，接下來(lái)的工作就是將設(shè)計(jì)圖轉(zhuǎn)換成成品可加工圖，即所謂的深化設(shè)計(jì)階段。這一步驟在整個(gè)吊頂系統(tǒng)的施工過(guò)程中極其重要，主要體現(xiàn)在以下三點(diǎn)：

（1）對(duì)管理方來(lái)說(shuō)，本階段是控制整體效果體現(xiàn)及資金成本投入的關(guān)鍵點(diǎn)。

（2）對(duì)施工方來(lái)說(shuō)，決定了吊頂系統(tǒng)施工工藝、施工方案的選擇及工期、交叉施工作業(yè)的考證。

（3）對(duì)供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，需考慮到設(shè)計(jì)產(chǎn)品如何在現(xiàn)有生產(chǎn)條件的許可下，大批量、快速、精確的制造及物流運(yùn)輸。同時(shí)，保證每一批次的不同產(chǎn)品在現(xiàn)場(chǎng)能夠進(jìn)行精確的定位組合和吊裝。

3.2 系統(tǒng)深化

本項(xiàng)目在深化設(shè)計(jì)階段通過(guò)三維建模、微積分原理分析等技術(shù)手段充分而形象的了解蠶繭細(xì)部構(gòu)造、曲面比率、曲面變化率等一些理論數(shù)據(jù)，通過(guò)鋁板零件圖詳細(xì)分析單元鋁板、過(guò)渡鋁板、特制鋁板間的銜接關(guān)系，并邀請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)師、供應(yīng)商技術(shù)人員共同研究討論制定蠶繭造型鋁板何種部位需采用特制鋁板進(jìn)行處理才能達(dá)到雙曲面鋁板效果、蠶繭平板與特制鋁板的接口處理、蠶繭平板與特制鋁板之前的過(guò)渡鋁板與兩側(cè)之間銜接處理及相關(guān)深化節(jié)點(diǎn)。同時(shí)，通過(guò)分析論證蠶繭雙曲面板曲面拐點(diǎn)，并對(duì)拐點(diǎn)處鋁板進(jìn)行特制加工，以使整個(gè)蠶繭造型曲線優(yōu)美。

3.3 樣板開(kāi)路

此樣板不僅包括施工單位在中標(biāo)后現(xiàn)場(chǎng)制作的樣板，同時(shí)還涵蓋了潛在的合格供應(yīng)商在產(chǎn)品出廠前完成的工廠樣板。工廠樣板可檢驗(yàn)各供應(yīng)商對(duì)于吊頂系統(tǒng)可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性不同認(rèn)知，并檢驗(yàn)深化設(shè)計(jì)階段產(chǎn)品的可實(shí)施性，以供管理方擇優(yōu)采用。本項(xiàng)目就同時(shí)邀請(qǐng)了四家供應(yīng)商選擇一個(gè)整體蠶繭作為樣板區(qū)進(jìn)行施工，實(shí)際反映出前期分析研究所不曾發(fā)現(xiàn)的一些問(wèn)題，并對(duì)其進(jìn)行方案研究、節(jié)點(diǎn)處理，最終達(dá)到和實(shí)現(xiàn)整個(gè)蠶繭的造型效果。

4 施工過(guò)程重點(diǎn)控制

4.1 放線定位

（1）以穿越蠶繭部位的兩個(gè)柱子的中線為蠶繭縱軸線，以3-F1軸為蠶繭橫軸線，同時(shí)以橫縱軸線作為整個(gè)蠶繭鋁板安裝的控制線建立米字方格網(wǎng)，根據(jù)主、副龍骨的排布圖，在地面米字格上進(jìn)行彈線，確定好主、副龍骨的投影位置。

（2）通過(guò)三維建模確定蠶繭曲面的基點(diǎn)和拐點(diǎn)，基點(diǎn)為蠶繭造型布局點(diǎn)，也是整個(gè)蠶繭的板塊控制點(diǎn)，拐點(diǎn)為鋁板平曲面變化點(diǎn)，也是特制板的安裝點(diǎn)。通過(guò)上述兩點(diǎn)的控制是整個(gè)安裝施工的基本點(diǎn)和出發(fā)點(diǎn)，也是整個(gè)蠶繭效果的靈魂點(diǎn)。

（3）運(yùn)用紅外掃描儀和經(jīng)緯儀復(fù)核控制線、米字格，同時(shí)將結(jié)構(gòu)桿件準(zhǔn)確定位在地面米字格上。主龍骨的投影線和結(jié)構(gòu)桿件的交匯點(diǎn)，即為鋁板吊裝點(diǎn)，并對(duì)每一個(gè)吊點(diǎn)逐一編號(hào)，運(yùn)用正余弦定理，準(zhǔn)確測(cè)算桿架的實(shí)際高度。

（4）根據(jù)吊頂完成面高度，計(jì)算出吊桿的長(zhǎng)度，抱箍調(diào)節(jié)件使用數(shù)量和坐標(biāo)調(diào)節(jié)參數(shù)。

（5）利用設(shè)計(jì)深化的三維建模圖測(cè)算單元板塊四個(gè)角點(diǎn)空間布局，幾何長(zhǎng)度，將四個(gè)角點(diǎn)坐標(biāo)依次反映到地面米字格上。依次類推測(cè)放其余角點(diǎn)坐標(biāo)，并利用角點(diǎn)間坐標(biāo)復(fù)核相鄰角點(diǎn)坐標(biāo)的準(zhǔn)確性。

（6）通過(guò)前期三維建模測(cè)算的板塊幾何長(zhǎng)度，并利用專業(yè)軟件核算其準(zhǔn)確度后，鋁板開(kāi)始放樣下單。鋁板到場(chǎng)后根據(jù)上述幾點(diǎn)放線定位要求，安裝固定鋁板。

（7）非蠶繭區(qū)的條板，通過(guò)控制條板吊頂?shù)淖畹忘c(diǎn)脊線即谷線，蠶繭吊頂最高點(diǎn)即峰線準(zhǔn)確定位條板，再通過(guò)微積分原理計(jì)算弧線的點(diǎn)位，從而控制整個(gè)吊頂?shù)那省?/p>

4.2 材料下單及過(guò)程控制

針對(duì)蠶繭吊頂?shù)膹?fù)雜工藝，所有的材料在出廠前都必須采取分批分編號(hào)下單的方法，對(duì)特制鋁板要進(jìn)行特制模型包裝，以確保在運(yùn)輸過(guò)程中不變形、不損壞，同時(shí)保證到場(chǎng)貨物可根據(jù)編號(hào)進(jìn)行分類儲(chǔ)存、分類領(lǐng)料，以便控制材料損耗。

4.3 關(guān)鍵部位的處理以滿足弧度效果要求

（1）對(duì)蠶繭區(qū)的穹頂部位、蠶繭區(qū)的繭尖、繭尾部位、蠶繭區(qū)塊板與條板接口處采用特制雙曲面板進(jìn)行施工。特殊板材需開(kāi)鑿特制磨具，將平面鋁板進(jìn)行壓制后，根據(jù)三維空間每組單元模塊的實(shí)際尺寸定尺加工，鍛造成雙曲面板。同時(shí)將與蠶繭平板接口處的條板加工成曲面板，以確保整個(gè)蠶繭曲面順滑，接口平整。

（2）整個(gè)峰谷的雙波浪形曲面造型都是運(yùn)用條板來(lái)實(shí)現(xiàn)的，此部分條板需要通過(guò)滾壓實(shí)現(xiàn)曲面，并且板材厚度要達(dá)到2.0mm厚。此部分板塊安裝要注意兩塊條板接口處理，確保平整度及接口順滑。

（3）蠶繭方板與條板接口的凹槽板如通過(guò)簡(jiǎn)單的鋁板分段拼裝來(lái)形成整個(gè)外廓造型，易造成接口的鋸齒狀。在經(jīng)過(guò)研究分析后，采用通過(guò)開(kāi)模處理來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)蠶繭外型曲率的順滑，模具需按整個(gè)蠶繭的一半進(jìn)行制作。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上分析，本項(xiàng)目中異性金屬板的安裝工程是一項(xiàng)集深化設(shè)計(jì)、施工管理、產(chǎn)品加工等為一體的綜合性工程，重要節(jié)點(diǎn)在于深化設(shè)計(jì)及樣板階段，起著呈上起下的銜接作用。只有扎實(shí)的做好該階段過(guò)程中的各項(xiàng)工作，同時(shí)結(jié)合其他過(guò)程設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中的控制節(jié)點(diǎn)，才能在既呈現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)理念的同時(shí)，又能保證工程造價(jià)的控制和產(chǎn)品、施工的可實(shí)施性。