基于BIM技術(shù)的“竹簡成卷”造型的建筑石材幕墻施工技術(shù)

韋年達(dá) 梁東景

中國建筑第八工程局有限公司廣西分公司

正文：

1、工程概況

廣西國際壯醫(yī)醫(yī)院門診樓呈圓形布置，外幕墻為多片圓弧狀的石材幕墻組成，建筑以竹簡的成卷的形象，意寓為“壯醫(yī)大典”，傳承古老的壯醫(yī)傳統(tǒng)文化。外立面由86片石材幕墻組成，成圓布置，直徑為71.8m，每片石材幕墻寬度為2.2m，高22.1m，其上部和下部呈半圓弧造型，圓弧半徑為1.8m。

2、施工工藝原理

利用建筑信息模型（BIM）詳細(xì)精準(zhǔn)的空間坐標(biāo)信息，通過各類數(shù)據(jù)接口，將數(shù)據(jù)傳導(dǎo)至相應(yīng)施工流程并加以調(diào)整完善，如傳導(dǎo)至前期排版流程補(bǔ)充排版數(shù)據(jù)，傳導(dǎo)至現(xiàn)場定位流程提取三維空間坐標(biāo)用于定位并返回定位誤差，傳導(dǎo)至加工場進(jìn)行石材和龍骨的全預(yù)制加工，傳導(dǎo)至施工現(xiàn)場指導(dǎo)拼裝，傳導(dǎo)至復(fù)核流程與空間點(diǎn)云掃描數(shù)據(jù)重合比對檢查偏差情況，由此充分考慮美觀、施工便利性及合理性、結(jié)構(gòu)安全性等綜合因素，并通過參數(shù)化及數(shù)字化的方式論證施工成果質(zhì)量。

3、施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

獲取建筑效果要求及建筑施工圖→BIM技術(shù)結(jié)合VR技術(shù)的排版深化設(shè)計→鋼骨架及節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計→工廠內(nèi)預(yù)制鋼桁架及石材面板→材料編號并運(yùn)輸進(jìn)場→腳手架拆改→現(xiàn)場全自動三維空間定位掃點(diǎn)及龍骨安裝→石材面板與龍骨連接及檢查→空間點(diǎn)云掃描復(fù)核尺寸偏差→填縫打膠。

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 BIM技術(shù)結(jié)合VR技術(shù)的排版深化設(shè)計

根據(jù)設(shè)計方案及設(shè)計意圖，對石材幕墻單榀進(jìn)行板塊劃分方案設(shè)計，利用BIM技術(shù)形成的三維模型，結(jié)合VR技術(shù)，進(jìn)入虛擬空間體驗整體建筑效果，實時調(diào)整板塊劃分水平和豎向尺寸，擇優(yōu)選取整體效果影響最小、最能貼合建筑設(shè)計意圖。方案確定后，根據(jù)方案對三維模型進(jìn)行排版深化設(shè)計，形成排版三維模型。

3.2.2 鋼骨架及節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計

排版三維模型得出了石材面板的排布情況，根據(jù)這一情況對每塊面板的角碼支撐點(diǎn)等進(jìn)行深化設(shè)計，并以此設(shè)計鋼骨架，最終形成鋼骨架及所有節(jié)點(diǎn)BIM整體模型。

3.2.3 工廠內(nèi)預(yù)制鋼桁架及石材面板

將上一步形成的模型傳導(dǎo)至鋼結(jié)構(gòu)加工場，提取型材規(guī)格、長度、定位等信息，采用專用冷彎設(shè)備、焊接設(shè)備，大批量精確生產(chǎn)和焊接桿件，形成左上、左中、左下、中上、中中、中下、右上、右中、右下共計9段鋼骨架預(yù)制件。

將上一步形成的模型傳導(dǎo)至石材加工廠，提取石材板塊的長度、寬度、封邊截面、彎曲半徑、角碼卡位等信息，數(shù)字化切割、打磨、加工。如圖1所示。

圖1 石材單元加工模型示意圖

3.2.4 材料編號并運(yùn)輸進(jìn)場

工廠預(yù)制成品，應(yīng)妥善編號，并將號碼標(biāo)記在預(yù)制品上，編號應(yīng)與BIM模型中的相關(guān)字段唯一對應(yīng)，且方便檢查，易于理解。

3.2.5 現(xiàn)場全自動三維空間定位掃點(diǎn)及龍骨安裝

為確保石材幕墻水平向圓弧美觀，鋼桁架通過BIM技術(shù)實現(xiàn)全自動三維空間定位掃點(diǎn)，形成偏差極小的圓弧定位。

（1）BIM模型預(yù)處理并導(dǎo)入馬達(dá)型高精度全站儀配套系統(tǒng)

將石材幕墻整體BIM模型與項目結(jié)構(gòu)BIM模型進(jìn)行融合，通過軟件預(yù)處理，暫時刪除材料材質(zhì)、類別等信息，只留下幾何數(shù)據(jù)，并傳輸至馬達(dá)型高精度全站儀配套系統(tǒng)，將每條竹簡的左中右三條龍骨的最頂端XYZ坐標(biāo)提取。

（2）馬達(dá)型高精度全站儀發(fā)射激光定位

在現(xiàn)場架設(shè)馬達(dá)型高精度全站儀，找平并根據(jù)項目控制點(diǎn)定位完成，然后將上一步提取的所有坐標(biāo)，通過發(fā)射點(diǎn)狀激光的方式，逐個定位于混凝土結(jié)構(gòu)上，并人工使用馬克筆現(xiàn)場畫交叉線記錄位置，作為每榀鋼骨架的安裝定位點(diǎn)，將預(yù)制鋼骨架與結(jié)構(gòu)相連。

（3）調(diào)整預(yù)埋件，并復(fù)核調(diào)整結(jié)果

完成鋼骨架安裝后，再次采用馬達(dá)型高精度全站儀，隨機(jī)抽查或全數(shù)抽查所有鋼骨架端部坐標(biāo)是否與BIM模型數(shù)據(jù)吻合，發(fā)現(xiàn)偏差超出允許范圍的，該榀鋼骨架重新調(diào)整安裝。如圖2所示。

圖2 石材施工空間坐標(biāo)對比偏差圖

3.2.6 石材面板與龍骨連接及檢查

石材面板與鋼龍骨之間采用角碼相連。施工時，首先按一定間距將角碼與鋼骨架焊接固定，后將石材面板自下而上卡入角碼，并打結(jié)構(gòu)膠固定。同時采用空間點(diǎn)云掃描技術(shù)，將數(shù)萬個掃描點(diǎn)空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入處理軟件，與BIM模型進(jìn)行偏差比對，將超過偏差位置顯示為高亮，發(fā)現(xiàn)高亮部位時，隨即進(jìn)行現(xiàn)場質(zhì)量整改。

3.2.7 填縫打膠

完成上述所有工序后，隨即填縫打膠施工，膠體應(yīng)順滑、飽滿、完全覆蓋縫隙。

4、施工質(zhì)量控制

（1）石材尺寸偏差滿足深化圖及規(guī)范要求，材料的合格證、檢驗報告必須合格、有效。（2）與主體結(jié)構(gòu)連接的各種預(yù)埋件、連接件必須安裝牢固，其數(shù)量、規(guī)格、位置、連接方法應(yīng)符合設(shè)計要求。（3）焊接部位要求焊接牢固、焊縫表面光滑，無弧坑、氣孔及咬邊等缺陷；焊接部位的防腐處理刷防銹漆必須嚴(yán)密，焊渣清理干凈。

5、施工安全措施

（1）施工人員必須佩帶安全帶，安全帶必須與已綁好的立、橫桿掛牢，不得跳躍架子。（2）中小型機(jī)具必須經(jīng)檢驗合格,履行驗收手續(xù)后方可使用。（3）預(yù)制好的鋼龍骨不允許放置在建筑外腳手架上，必須直接吊裝到位。石材面板在腳手架同一跨內(nèi)不允許放置重量超過腳手架計算時的施工荷載。（4）骨架不得上人踩踏。

6、結(jié)束語

廣西國際壯醫(yī)醫(yī)院“竹簡成卷”造型的石材幕墻施工從BIM建模開始，到石材下料及安裝到位并精調(diào)，所有工序都受到嚴(yán)格的過程控制，石材弧度加工過程通過BIM技術(shù)的輔助設(shè)計到定型加工，從根本上解決了曲面石材幕墻安裝后的偏差大，精度低，施工控制難度高等問題，做到了安裝效果曲線優(yōu)美，弧度一致，板縫均勻，滿足了工程設(shè)計與施工的要求，得到社會各界極大的認(rèn)可。