基于BIM技術(shù)的裝配式異型鋁單板檐口施工技術(shù)

董志國(guó)，閆曉冉，殷小軍，劉思明，馮文召

（中建三局集團(tuán)有限公司工程總承包公司，湖北 武漢 430064）

鋁板幕墻具有減輕結(jié)構(gòu)自重，抗腐蝕性和耐候性，抗酸雨、鹽霧和各種空氣污染物，耐冷熱性能好，能抵御強(qiáng)紫外線照射，能長(zhǎng)期保持不褪色、不粉化，造型美觀、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在建筑領(lǐng)域已被廣泛使用。裝配式雙曲異型鋁板幕墻屬于一種多維幾何變化的立面板材幕墻，這種立面的特殊性極大增加了鋁板深化設(shè)計(jì)與加工階段的尺寸、造型的把控及現(xiàn)場(chǎng)拼裝、吊裝時(shí)質(zhì)量的把控的難度。對(duì)于非常規(guī)的異形項(xiàng)目，使用BIM 進(jìn)行參數(shù)化建模，大大提高了構(gòu)件施工圖出圖效率和精度，來滿足裝配式建筑的發(fā)展需要。本文主要以雄安商務(wù)服務(wù)中心為例，該項(xiàng)目檐口采用鋁版折彎成格柵造型的方式，檐口板跨越3個(gè)大折面，其中兩個(gè)面為雙曲面。在北凹槽區(qū)位與立面存在大量異形收口，檐口設(shè)計(jì)施工難度高。

1 工程概況

雄安商務(wù)服務(wù)中心項(xiàng)目位于河北省雄安新區(qū)容東片區(qū)（雄安市民中心北側(cè)），總建筑面積約8.5 萬m2，地下2 層（局部3 層-14.1m）、建筑面積約4.3 萬m2，地上3 層（局部5 層36m）、建筑面積約4.2 萬m2。檐口鋁板系統(tǒng)12 000m2，懸挑結(jié)構(gòu)12～18m，懸挑弧度25～40°。主龍骨（下弦桿）采用200mm×100mm×5mm 熱鍍鋅鋼管，次龍骨采用100mm×100mm×5mm 熱鍍鋅鋼管作為受力吊掛點(diǎn)。鋁單板采用3mm 厚深灰色鋁單板，表面氟碳噴涂處理。其中鋁單板豎向骨架采用50mm×50mm×5mm 熱鍍鋅鋼管，水平龍骨采用∠50mm×4mm 熱鍍鋅鋼管，單個(gè)鋁單板板幅為長(zhǎng)1.5～2.5m，寬0.7m。

2 設(shè)計(jì)應(yīng)用流程

2.1 全區(qū)單元的劃分

經(jīng)過BIM 放樣，優(yōu)先考慮轉(zhuǎn)角裝配單元的實(shí)現(xiàn)，之后以標(biāo)準(zhǔn)裝配的方式沿著轉(zhuǎn)角單元向中部進(jìn)行排布，最終施工的單元裝配分區(qū)如圖1 所示，實(shí)現(xiàn)了檐口全部板塊均采用裝配式整體吊裝的形式施工。

圖1 檐口裝配式單元分布

2.2 單元內(nèi)部的劃分邏輯參數(shù)化

使用BIM 建模，根據(jù)幕墻檐口模型表觀特征，將模型劃分為不同的區(qū)段，將每個(gè)區(qū)段構(gòu)件進(jìn)行編號(hào)，并把構(gòu)件長(zhǎng)度、寬度、角度、空間位置坐標(biāo)等信息進(jìn)行列表，且直觀標(biāo)注體現(xiàn)于模型上。根據(jù)模型的透視圖繪制異形板加工圖并下單。

1）以雄安商服項(xiàng)目會(huì)展中心為例：檐口采用鋁板折彎成格柵造型的方式，檐口板跨越3 個(gè)大折面，其中兩個(gè)面為雙曲面。在北凹槽區(qū)位與立面存在大量異形收口（圖2）。

圖2 檐口造型效果圖

2）為了便于設(shè)計(jì)對(duì)加工參數(shù)正確性的檢驗(yàn)，在三維模型上使用空間標(biāo)注的形式對(duì)數(shù)據(jù)和編號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行可視化顯示，可以讓檢查校核工作也更加直觀（圖3）。

圖3 尺寸參數(shù)可視化

3）鋁板下單的重點(diǎn)是加工圖號(hào)對(duì)應(yīng)了不同的角碼布置方式，鋁板編號(hào)對(duì)應(yīng)了裝配式定位的組裝依據(jù)。使用Rhino 的dottext 對(duì)象來進(jìn)行可視化的編排，是指導(dǎo)設(shè)計(jì)檢查和組裝裝配單元時(shí)的重要依據(jù)（圖4）。

圖4 加工圖與編號(hào)對(duì)照可視化

2.3 數(shù)字化鋁板下單

檐口鋁板中，采用裝配式吊裝的鋁板有4 326塊，與頂部屋面收口的2 924 塊，與三層立面幕墻收口的593 塊，共計(jì)7 043 塊，所有鋁板均為帶有多個(gè)折面的異形板，涉及參數(shù)較多。

1）以如圖5 所示的典型鋁板為例，單塊鋁板的造型折面有8 個(gè)，同時(shí)擁有大量特殊角度，最終實(shí)際鋁板的加工參數(shù)有23 個(gè)邊長(zhǎng)和12 個(gè)角度之多。

圖5 典型鋁板的造型示意

2）制做具有編號(hào)、加工圖號(hào)、參數(shù)的加工信息表，根據(jù)三維模型的透視圖為依據(jù)繪制異形板加工圖。

3 施工應(yīng)用流程

3.1 吊裝方案比選

傳統(tǒng)檐口吊裝是將所有龍骨、鋁板先行吊裝至檐口指定位置與標(biāo)高，按順序進(jìn)行拼裝。該吊裝方案施工效率較低，分段吊裝需多次占用吊裝設(shè)備，分段焊接施工比較長(zhǎng)，對(duì)工期影響比較大且現(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量難以控制。

整體吊裝方案是指在臨時(shí)拼裝場(chǎng)地將分節(jié)段的鋼結(jié)構(gòu)拼裝成整體，然后一次性吊裝就位。雄安商務(wù)服務(wù)中心項(xiàng)目一標(biāo)段檐口吊裝，先行在露臺(tái)進(jìn)行整體拼裝完成，后一次吊裝至檐口指定位置與標(biāo)高。幕墻檐口可以提前在拼裝場(chǎng)地拼裝成型，而且一次吊裝時(shí)間大約1h，既可以減小工期的壓力，又可以提高打膠、鋁板拼縫、收邊收口平整度等的施工質(zhì)量。

經(jīng)綜合比較，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，幕墻檐口吊裝采用整體吊裝的方案。

3.2 整體吊裝過程

3.2.1 吊裝及焊接下弦桿

安裝下弦桿過程中通過兩點(diǎn)起吊，位于檐口正下方，用電動(dòng)葫蘆整體提升鋼架，手動(dòng)葫蘆作為調(diào)節(jié)點(diǎn)，將下弦桿提升至檐口鋼架正下方，運(yùn)用吊籠等措施滿焊固定連接（圖6）。

圖6 下弦桿吊裝

3.2.2 安裝橫向固定鋼方通

下弦桿與下弦桿之間運(yùn)用200×100×5 方通橫向連接，采用電動(dòng)葫蘆起吊提升200×100×5固定下弦桿鋼方通，剪刀車進(jìn)行焊接安裝（圖7）。

圖7 下弦桿橫向固定鋼方通

3.2.3 鋁板龍骨安裝

通過鋁板龍骨定位圖將定位基準(zhǔn)點(diǎn)在地面做好，根據(jù)放線圖先將外圍輪廓固定焊接好，先進(jìn)行100×50 主龍骨焊接，焊接完成后進(jìn)行復(fù)測(cè)定位，無誤后進(jìn)行橫龍骨50×50 鋼方管及角鋼固定連接。

3.2.4 安裝鋁板

鋁板安裝前先將鋁板龍骨用手拉葫蘆提升至1m 高處，位于起吊點(diǎn)正下方，隨后根據(jù)鋁板編號(hào)圖縱向拼裝鋁板，安裝時(shí)注意鋁板與鋼龍骨之間的橡膠墊厚度統(tǒng)一。

3.2.5 起吊安裝

普通位置選取4 個(gè)吊點(diǎn)，位于鋁板的四角，通過在100mm×50mm 鋼龍骨上焊接鋼耳板連接，4 個(gè)電動(dòng)葫蘆同時(shí)啟動(dòng)，確保龍骨及鋁板受力平衡，達(dá)到指定標(biāo)高后將鋁板單元體與轉(zhuǎn)接件滿焊連接。

4 結(jié)語

安裝完成的檐口鋁板如圖8 所示，本項(xiàng)目的BIM 應(yīng)用，對(duì)于整個(gè)檐口區(qū)域的所有鋁板和龍骨深化設(shè)計(jì)及下單都進(jìn)行了有效指導(dǎo)。

圖8 安裝完成的檐口鋁板

當(dāng)鋁板面材面積達(dá)到了10 000m2以上，采用的整體吊裝的方式，保證了組裝及吊裝功效與安全性，是一次大規(guī)模的異形曲面鋁板幕墻的裝配式施工實(shí)踐。