復雜曲面風帆幕墻智能裝配化施工技術(shù)

劉愛東 王修鋼 閆水鋒 饒家浩

摘要：通過對“一帶一路”文化交流中心項目，位于西安市國際港務(wù)區(qū)核心地塊，西臨灞河、東望驪山，是第十四屆全運會重點配套項目。采用風帆幕墻設(shè)計，呈現(xiàn)古代樂器“塤”的建筑造型，型新穎別致、復雜多變，扭轉(zhuǎn)、無規(guī)律分布。本項目全過程使用BIM深化設(shè)計，采用“三維激光掃描與逆向建模技術(shù)”、“曲面異形大板塊地面拼裝、現(xiàn)場吊裝施工技術(shù)”、“在有限安裝空間采用投送-轉(zhuǎn)接再固定工藝”提高了施工效率、縮短了施工周期、提高了工程質(zhì)量，實現(xiàn)了幕墻的綠色建造，為類似工程提供了解決方案。

關(guān)鍵詞：幕墻;復雜曲面;風帆幕墻;智能裝配;施工技術(shù)

1 工程概況

“一帶一路”文化交流中心項目，幕墻面積95000㎡，包含傳媒中心（高度24m）、歌劇院（高度37.5m）、音樂廳（高度24m）、多功能劇場（高度18m）。其中歌劇院幕墻高度23.5-46.7m。外圍幕墻采用風帆幕墻形式，風帆幕墻主龍骨為為180*8mm無縫鋼管，次龍骨為89*6mm無縫鋼管，呈絲帶扭曲布置。面材為鋁合金型材構(gòu)件，單塊面積0.5㎡，有兩種類型，一為樂符形構(gòu)件，主要分布在歌劇院、音樂廳、多功能廳、電影院;二為梭形構(gòu)件，主要分布在傳媒中心。樂符和梭形構(gòu)件67777個，不銹鋼爪件135554個。

2 施工難點分析

幕墻安裝如果采用傳統(tǒng)分段高空散拼方法，高空焊接要求精準度、焊接量大，質(zhì)量和工期無法控制。再加上主體支撐結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)，在幕墻施工過程中，主體鋼結(jié)構(gòu)安裝并未完全結(jié)束，其焊接變形、卸載后不均勻沉降等因素，對幕墻安裝影響較大。幕墻需要提前穿插施工，如待鋼結(jié)構(gòu)安裝結(jié)束，結(jié)構(gòu)復測后再進行幕墻材料下單，無法滿足工期要求。

3 解決方案

3.1 全BIM深化+三維掃描精準測量技術(shù)

根據(jù)建筑模型，通過設(shè)計初步方案分析，進行幕墻系統(tǒng)模型的建立，采用電子模擬技術(shù)，對幕墻支撐主體鋼桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工變形進行模擬分析。將風帆幕墻劃分成若干裝配化單元。

3.2 三維掃描逆向建模

為保證幕墻的觀感效果，提高安裝精度，采用對環(huán)梁及鋼單元三維掃描建模重生立柱牛腿支座，提供現(xiàn)場單元拼裝胎架定位坐標及拼裝單元桿件定位坐標，達到尺寸準確。

3.3 采用可調(diào)胎架進行雙曲單元現(xiàn)場快速裝配

采用裝配式思路在工程現(xiàn)場制作胎架，胎架上組裝帆幕墻單元，組成大單元板塊，以滿足工期要求?，F(xiàn)場設(shè)置20多個胎架，30多個班組進行作業(yè)，配置20臺全站儀進行組裝精度校核，保證了進度和質(zhì)量。

3.4 幕墻單元板塊吊裝+繩索系統(tǒng)輔助就位裝配化安裝

根據(jù)BIM進行單元板塊分析，將32000㎡風帆幕墻劃分為26個批次，277個單元板塊，其中最大風帆幕墻單元板塊尺寸：高度21m，寬7m，重15噸，面積140㎡。通過Midas Gen有限元力學模型分析，確定模塊龍骨內(nèi)力大小，對復雜曲面風帆幕墻鋼龍骨支撐體系進行受力變形分析，計算其荷載及內(nèi)力位移等，驗算幕墻鋼龍骨體系的變形，調(diào)整優(yōu)化鋼龍骨與鋼環(huán)梁及牛腿支座的連接節(jié)點，確保大單元板塊轉(zhuǎn)接部分精確定位，解決幕墻結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定及外立面美觀平整問題。單元組裝完成后，用汽車吊進行吊裝，吊點處設(shè)置吊裝桁架，方便起吊減少變形，安裝就位后采用10噸電動葫蘆或手動葫蘆輔助微調(diào)，實現(xiàn)現(xiàn)場裝配化施工，配合兩臺登高車人工操作。安裝時，以首層二級觀測點為基，以全站儀放樣法，進行牛腿定位，空中人員根據(jù)測量人員指揮，旋轉(zhuǎn)、移動、微調(diào)單元，最終完成定位安裝。

3.5 風帆幕墻裝配式安裝技術(shù)控制措施

（1） 采用三維激光掃描技術(shù)，精準測量牛腿安裝位置結(jié)構(gòu)三維坐標數(shù)據(jù)，逆向建模，制定牛腿支座加工圖，保證牛腿支座精度，實現(xiàn)現(xiàn)場實際工程測量并加工和安裝。

（2）采用汽車吊吊裝就位時，單元下端左右兩處支座部位，采用2個10噸電動葫蘆進行臨時拉結(jié)固定。單元上端牛腿支座由3個，其中 ？180×8mm圓管支座，待中間一個支座圍焊滿焊完成，兩側(cè)2個圓管支座每個焊接完成焊縫長度1/2時，可以將吊裝汽車吊摘鉤。其中？273×10mm圓管支座，待3個支座每個完成焊縫長度3/4時，可以將吊裝汽車吊摘鉤。

4 結(jié)束語

本項目復雜曲面風帆幕墻智能裝配化施工技術(shù)，采用全裝配化建造、BIM技術(shù)、三維掃描技術(shù)、裝配化吊裝加繩索輔助系統(tǒng)安裝的綜合方法，實施效果良好，解決了工期短、體量大，造型復雜、超大單元組裝及運輸?shù)入y題，提高了全過程質(zhì)量控制，達到了精品工程質(zhì)量目標。實現(xiàn)了風帆建筑幕墻工地現(xiàn)場裝配化建造，為類似的異型造型工程提供可靠的智能化、現(xiàn)場裝配化建造解決方案。

參考文獻：

[1]鋼結(jié)構(gòu)施工規(guī)范：GB50755-2012.

[2]工程測量規(guī)范.GB50026-2007.

[3]鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范.GB50611-2011.