異形空間混合幕墻建造創(chuàng)新技術(shù)

劉愛東 杜重安

摘要：本文通過介紹桂林市文化旅游中心漓江歌劇院項(xiàng)目異形空間混合幕墻的創(chuàng)新技術(shù)，包括無人機(jī)掃描及逆向建模技術(shù)、全過程BIM技術(shù)、空間多桿件匯聚的自由曲面玻璃幕墻及其連接系統(tǒng)創(chuàng)新技術(shù)、大跨度異形拉鎖幕墻制造創(chuàng)新技術(shù)。

有效的解決了異形空間混合幕墻及大跨度異形拉鎖幕墻的建造難題，取得顯著成果，進(jìn)一步推進(jìn)了智能設(shè)計(jì)、智能制造、智能測(cè)量在幕墻行業(yè)中的運(yùn)用，為類似工程提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：異形空間;混合幕墻;創(chuàng)新技術(shù)

1 工程概況

桂林市文化旅游中心漓江歌劇院項(xiàng)目，位于廣西省桂林市，是一個(gè)以其市花-桂花為主題設(shè)計(jì)的具有新時(shí)代元素的地標(biāo)建筑。項(xiàng)目由音樂廳和歌劇院組成，歌劇院建筑高度42.004米，音樂廳建筑高度20.428米，基座幕墻呈不規(guī)則波浪狀。歌劇院入口處玻璃框架幕墻呈拱形，大面拉索幕墻呈雙曲面馬鞍形;音樂廳立面幕墻高度沿屋檐變化而變化。歌劇院屋頂由盛開桂花花瓣?duì)钪绷㈡i邊鋁板幕墻和飛翼狀玻璃采光頂組成，造型曲面復(fù)雜，弧度變化大，音樂廳屋面全部由直立鎖邊鋁板幕墻組成，形狀類似于含苞待放的桂花花瓣造型。整個(gè)項(xiàng)目幕墻全部為框架式幕墻，幕墻面積約3萬平米。

2 工程難點(diǎn)分析

本項(xiàng)目超過95%以上幕墻形體都是自由曲面變化的幕墻造型，其中大跨度異形空間屋面鋁板幕墻;四角自由曲面飛翼狀玻璃幕墻系統(tǒng)由內(nèi)向外延伸，頂邊部弧度變化接近90度;大跨度異形拉鎖幕墻，雙曲面彎曲，橫向最短4.4米，最長(zhǎng)18.0米;豎向最短11.6米，最長(zhǎng)29.5米。整個(gè)幕墻的設(shè)計(jì)、加工制作、安裝均已超出現(xiàn)有規(guī)范要求。

3 創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用

3.1 無人機(jī)掃描及逆向建模技術(shù)：

為避免土建結(jié)構(gòu)偏差對(duì)幕墻設(shè)計(jì)造成影響，提高設(shè)計(jì)精度，采用無人機(jī)掃描及逆向建模技術(shù)方法，建立項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)實(shí)體3D模型，并利用BIM技術(shù)，對(duì)照電腦設(shè)計(jì)模型進(jìn)行對(duì)比分析，提前找出土建結(jié)構(gòu)的偏差，消化吸收。

3.2 全過程BIM技術(shù)應(yīng)用：

桂林市文化旅游中心漓江歌劇院這種異形空間混合幕墻項(xiàng)目，如果采用傳統(tǒng)的CAD軟件進(jìn)行二維出圖方式來組織設(shè)計(jì)及加工的話，不但耗費(fèi)人工非常高，出圖效率低下，而且圖紙精度低，圖紙容易出錯(cuò)，導(dǎo)致返工，浪費(fèi)材料和時(shí)間，受制于構(gòu)建的加工精度不高，現(xiàn)場(chǎng)的安裝精度也難以達(dá)到，幕墻安裝會(huì)出現(xiàn)粗制濫造，甚至出現(xiàn)無法安裝需要返工重做的事情發(fā)生。

為規(guī)避上述問題，提高幕墻設(shè)計(jì)精度，我們?cè)诒卷?xiàng)目中全程應(yīng)用了新型的BIM-CAM一體化設(shè)計(jì)及生產(chǎn)加工技術(shù)。在設(shè)計(jì)及生產(chǎn)加工上，我們?nèi)汤肂IM技術(shù)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行了形體分析及數(shù)據(jù)輸出，通過Rhino軟件，建立了Rhino 400+ 幕墻的3D模型，并通過CAM轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到加工中心進(jìn)行生產(chǎn)加工，實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì)及生產(chǎn)加工，既提高了設(shè)計(jì)的出圖精度（設(shè)計(jì)精度達(dá)到了1mm以內(nèi)），降低了人效，同時(shí)也保障了構(gòu)件生產(chǎn)加工的精度?？s短了工期，提高了人效，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

在BIM系統(tǒng)中，還可以通過對(duì)架子、車輛、堆場(chǎng)等物流要素全部進(jìn)行ID編碼，通過該編碼可以對(duì)每天發(fā)車時(shí)間、裝車及現(xiàn)場(chǎng)安裝等信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)排布。有利于合理安排物流運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)材料組織等各項(xiàng)工作。

通過對(duì)BIM模型中，幕墻各特征點(diǎn)的提取，可以作為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放線的依據(jù)，用于指導(dǎo)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量放線工作，同時(shí)，借助BIM技術(shù)三維可視化功能，展現(xiàn)幕墻的安裝順序、施工方案及完成后的最終效果。并采用可視化模型指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，通過模型進(jìn)行施工技術(shù)交底。

3.3 空間多桿件匯聚的自由曲面玻璃幕墻及其連接系統(tǒng)創(chuàng)新技術(shù)

本項(xiàng)目采光頂四周如飛翼狀造型設(shè)計(jì)，且頂邊部呈90度弧度變化，采光頂?shù)牟Ａ渴钱愋稳切尾ＡВ瑪?shù)量超過4000塊，對(duì)應(yīng)的桿件數(shù)量超過12000件。如果采用傳統(tǒng)做法，對(duì)每個(gè)桿件進(jìn)行放樣、編號(hào)、加工;其編號(hào)數(shù)量將超過10000件，不但設(shè)計(jì)的出圖數(shù)量成幾何倍數(shù)增加，而且加工過程中，要不斷調(diào)整刀具、模具，加工效率極其低下，加工精度也將嚴(yán)重受影響，材料到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，現(xiàn)場(chǎng)的材料管理難度也非常巨大，工人很容易裝錯(cuò)，無法達(dá)到預(yù)期效果。

為解決上述問題，我們研發(fā)了一種新型空間多桿件匯聚的自由曲面玻璃幕墻系統(tǒng)，其利用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件可以解決復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的連接問題，可以提高曲面幕墻的安裝效率及安裝精度，實(shí)現(xiàn)建筑效果的簡(jiǎn)潔美觀。

這種新型空間多桿件匯聚的自由曲面玻璃幕墻連接系統(tǒng)，不但實(shí)現(xiàn)了龍骨三維可調(diào)連接，而且實(shí)現(xiàn)了玻璃夾角可變連接。

3.4 大跨度異形拉鎖幕墻制造創(chuàng)新技術(shù)

本項(xiàng)目拉索幕墻位于大劇院鋼結(jié)構(gòu)立面8.3米—42米東面、西面、南面、北面四個(gè)立面區(qū)域，總面積約1500㎡。皆為雙曲面拉鎖幕墻;其中，每幅拉鎖幕墻，豎向拉索15根，直徑?32，最短處11.60m，最長(zhǎng)處29.50m;橫向拉索24根，直徑?24，最短處4.40m，最長(zhǎng)處18.00m;拉鎖擾度要控制在1/200以內(nèi)。

根據(jù)荷載計(jì)算，拉鎖的最大支座反力達(dá)到了369KN，而且這種異形拉鎖幕墻會(huì)在拉鎖端部固定點(diǎn)部位產(chǎn)生一定的變形，形成“軟邊界”，而且拉鎖的可調(diào)節(jié)范圍很小，如何控制好拉鎖幕墻的變形，達(dá)到張拉效果，是整個(gè)拉鎖幕墻設(shè)計(jì)、施工要考慮的核心關(guān)鍵所在。

為了解決這個(gè)問題，我們通過SAP2000 大型通用有限元分析軟件，利用有限元技術(shù)中的非線性分析方法，對(duì)整個(gè)拉鎖幕墻進(jìn)行全過程施工仿真計(jì)算分析，在電腦上全程模擬張拉過程中的受力變化及拉鎖變形情況，并通過軟件分析，找出解決方案。然后結(jié)合每根拉鎖的張拉受力變化，在拉鎖生產(chǎn)時(shí)就標(biāo)定拉鎖張拉前和張拉后的位置變化點(diǎn)，為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際張拉提供依據(jù);同時(shí)，在拉鎖兩端設(shè)置可調(diào)節(jié)裝置，消化吸收拉鎖張拉過程中的尺寸變形偏差;為確保拉鎖張拉的精度，我們?cè)谑┕み^程中全程采用了全站儀進(jìn)行監(jiān)控定位。

為確保拉鎖張拉及玻璃安裝施工安全，結(jié)合本項(xiàng)目拉鎖幕墻形式及主體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我們選擇搭設(shè)階梯型腳手架。

實(shí)際張拉施工中，我們應(yīng)用了新型“索網(wǎng)幕墻超長(zhǎng)豎鎖精確張拉工藝”技術(shù)，采取分段循環(huán)張拉的方式，先張拉豎鎖，再?gòu)埨瓩M鎖，豎鎖張拉先從工字鋼中間進(jìn)行第一根拉索的張拉，然后在工字鋼兩端進(jìn)行拉索張拉，再接著對(duì)中間拉索的左右兩側(cè)的拉索進(jìn)行張拉，如此交替逐根將所有拉索張拉完畢。

4 結(jié)束語

本項(xiàng)目異形空間混合幕墻的創(chuàng)新技術(shù)， 極大的簡(jiǎn)化了幕墻設(shè)計(jì)出圖及生產(chǎn)加工的難度，提高了設(shè)計(jì)出圖的準(zhǔn)確率，有效保障了生產(chǎn)加工的精度，極大的降低了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放線的難度，降低了現(xiàn)場(chǎng)安裝施工及材料組織的難度，有效的解決了異形空間混合幕墻及大跨度異形拉鎖幕墻的建造難題，為類似的異型空間混合幕墻建造提供解決方案。

參考文獻(xiàn)：

[ 1 ] 建筑幕墻.GB＼T21086-2007.

[ 2 ] 玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范.JGJ102-200