超大體量復(fù)合單元精致藝術(shù)品整體安裝技術(shù)研究

柳樹成

（廣州市第四建筑工程有限公司，廣東廣州 510220）

0.引言

超大體量精致藝術(shù)品由鋼網(wǎng)片下方的吊環(huán)系掛超細高強度纖維繩并按照藝術(shù)設(shè)計的姿態(tài)（水平、豎直、傾斜）、高度、平面位置等要求懸掛水晶三棱柱（見圖1），整件藝術(shù)品由4305條水晶三棱柱共同組成，體量龐大、安裝程序復(fù)雜，對安裝精度要求和各棱柱的頂面相對高差要求嚴格[1]。與此同時，在藝術(shù)品正下方的首層地面，有一口平面呈三角轉(zhuǎn)子形的大直徑鏡面水池，如何實現(xiàn)正常的施工作業(yè)是亟待解決的。

圖1 平面數(shù)字編碼定位

1.工藝原理

結(jié)合BIM技術(shù)，通過大跨度鋼結(jié)構(gòu)平臺在大直徑鏡面水池之上實施跨越施工、利用同步控制系統(tǒng)提升藝術(shù)品承載用的鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架，根據(jù)復(fù)雜的水晶棱柱布置特點創(chuàng)造性地設(shè)計出類矩陣平面數(shù)字編碼體系準確安裝不同姿態(tài)的棱柱單元。

2.施工工藝流程

起重吊鉤設(shè)計及焊接制作→成品保護→承托施工平臺設(shè)計制作→藝術(shù)品鋼網(wǎng)架深化設(shè)計及制作→平面數(shù)字編碼定位設(shè)計及標(biāo)線放樣→起重系統(tǒng)設(shè)計及驅(qū)動系統(tǒng)和同步控制器安裝→平行鋼索吊籃安裝→滑車組、鋼絲繩穿繞設(shè)計及安裝→鋼網(wǎng)架多吊點同步提升調(diào)試→超細高強度復(fù)合纖維繩系掛→水晶棱柱系掛安裝及頂面相對高差控制→逐層吊掛并分段檢驗合格后整體提升至預(yù)定位置鎖緊固定→鋼結(jié)構(gòu)承托平臺拆除→恢復(fù)現(xiàn)場原貌。

3.技術(shù)要點

（1）鏡面水池位于藝術(shù)品正下方，需要實現(xiàn)跨越施工才能順利安裝；（2）藝術(shù)品構(gòu)成復(fù)雜，根據(jù)視覺和光學(xué)藝術(shù)效果，其姿態(tài)設(shè)計不盡相同，對數(shù)量龐大的水晶棱柱準確定位提出極高的要求；（3）同步提升懸掛鋼網(wǎng)架可以配合人工逐層安裝水晶棱柱，其起重系統(tǒng)安裝和調(diào)校是施工重點之一；（4）水晶棱柱頂面相對安裝高差的分布差異大小直接影響藝術(shù)品各個側(cè)向觀感和光折射路徑，需要采取有效措施逐層檢查誤差值。

4.施工過程

4.1 成品保護

用彩條布覆蓋鏡面水池及其周圍，保證鋼結(jié)構(gòu)平臺和工具觸及的范圍不會直接接觸已完成的整體水磨石地面。鋪設(shè)白色纖維布，張緊并固定，避免因松弛而影響后續(xù)標(biāo)線的準確。

4.2 大跨度鋼結(jié)構(gòu)承托施工平臺設(shè)計及制作

藝術(shù)品安裝必須跨越一口平面呈三角轉(zhuǎn)子形直徑12.8m的鏡面水池。考慮到鋼結(jié)構(gòu)重量輕、抗彎剛度好、能實現(xiàn)較大跨度，并且可以循環(huán)使用，采用焊接鋼結(jié)構(gòu)制作大跨度鋼結(jié)構(gòu)承托平臺。該平臺由立柱、主梁、次梁、木枋、面板組成。

根據(jù)擬定的結(jié)構(gòu)平面布置圖在BIM環(huán)境中建立鋼結(jié)構(gòu)承托平臺，并對其進行優(yōu)化。在TEKLA中進行鋼結(jié)構(gòu)承托平臺的模型建立，包括構(gòu)件清單、尺寸標(biāo)注、節(jié)點大樣等設(shè)計。制作直徑600mm的鋼立柱，按照設(shè)計位置放置，利用激光水準儀超平鋼立柱的頂面，使得6根立柱頂面水平[2]。外邊相鄰角點連線方向設(shè)置H型鋼主梁，平行于長邊方向設(shè)置H型鋼次梁，沿垂直次梁方向鋪設(shè)45mm×95mm木枋，面鋪18mm建筑夾板，并用釘子固定。最后檢查板面平整度和撓度是否滿足要求。

4.3 藝術(shù)品鋼網(wǎng)架深化設(shè)計及制作

按照藝術(shù)品設(shè)計說明書及效果圖對鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進行深化設(shè)計。鋼網(wǎng)架由50mm×100mm矩形鋼管與節(jié)點的圓鋼柱焊接而成，焊縫高度6mm。鋼網(wǎng)架長度約12.43m，寬度約8.70m，厚度約100mm。共計205個圓柱節(jié)點，相應(yīng)設(shè)置205個超細復(fù)合纖維繩系掛點。系掛點采用6mm光圓鋼筋制作的弧形件居中焊接于節(jié)點圓柱下方做吊掛用的吊環(huán)。

4.4 起重吊鉤設(shè)計及焊接制作

每個吊鉤承受的荷載主要有2臺起重雙輪滑車、一臺換向用單輪滑車、有吊掛水晶柱用的鋼網(wǎng)架、全部4305根水晶三棱柱，總重量約3t，設(shè)計預(yù)留一定的功能儲備，按每個吊鉤承受15kN計算。為方便調(diào)整藝術(shù)品最合理的擺放方向，玻璃光棚下方的鋼梁交叉點位置均設(shè)計有吊鉤。按照確定的擺放位置與玻璃光棚鋼梁進行疊圖，確定了鋼網(wǎng)架吊點位置為DG1、DG2、DG3和DG4。

在3DMAX軟件中初步建立吊鉤模型大樣，并充分考慮與環(huán)境的協(xié)調(diào)性，優(yōu)化吊鉤式樣和尺寸。確定后形式后利用TEKLA建立吊鉤模型，吊鉤采用長度330mm、寬度170mm、厚度16mm的Q345B鋼板制作，順著鋼梁軸線方向焊接。為防止應(yīng)力集中，于吊鉤兩側(cè)焊接6mm的加勁板。經(jīng)設(shè)計計算吊鉤滿足安全要求。

4.5 同步提升系統(tǒng)安裝

起重機配合安裝4部卷揚機，固定在4個吊點對應(yīng)位置的附近。卷揚機配合裝設(shè)同步控制器及相應(yīng)的配套設(shè)備，待鋼絲繩和滑車組安裝就緒便可啟動。

4.6 滑車組、鋼絲繩穿繞設(shè)計安裝

在平行于任意2個吊鉤連線方向兩側(cè)設(shè)置對稱的直徑18mm的鋼絲繩平行索道，并與相應(yīng)位置的屋架梁固定。施工吊籃利用平行索道懸掛運行，工人站在吊籃內(nèi)行至吊鉤下方時，采用弓形和D型卸扣連接安裝鋼絲繩換向單輪滑車、起重用吊環(huán)型雙輪滑車。然后將固定在屋面結(jié)構(gòu)的卷揚機鋼絲繩引出，按花式繞法依次穿過換向滑車、起重雙輪滑車并將繩頭自由端連接鋼網(wǎng)架提升用的吊環(huán)型雙輪滑車，鋼絲繩接頭編束處理并經(jīng)檢驗合格。這樣在鋼絲繩的收放過程中，提升用的吊環(huán)型雙輪滑車就可以上下運動。由于雙滑輪組的組合應(yīng)用，起升會更加省力[3]。

按前述方法安裝索道方向另一個吊鉤下方的滑車組。同樣方法，在剩余2個吊鉤連線方向搭設(shè)索道懸掛施工吊籃進行相應(yīng)位置滑車的安裝。提升鋼網(wǎng)架的吊環(huán)型雙輪滑車升降調(diào)試正常后，啟動卷揚機將其下放至鋼結(jié)構(gòu)平臺面。其余3組滑輪及鋼絲繩同樣按上述方式操作。然后將4個提升用吊環(huán)型雙輪滑車分別用一個1.5t級的弓形卸扣與鋼網(wǎng)架吊環(huán)連接。

4.7 鋼網(wǎng)架多吊點同步提升調(diào)試

用弓形卸扣將4個吊點的起重雙輪滑車與鋼網(wǎng)架吊環(huán)連接，連接符合要求后啟動卷揚機上升至距離平臺1200mm高度，檢查鋼網(wǎng)架穩(wěn)定性，并用激光測距儀測量鋼架底面距離平臺面高度，調(diào)整至水平，保證4個吊點相初始相對高差≤50mm。鋼網(wǎng)架每提升一個安裝高度，4個吊點最大相對高差≤50mm；在4臺卷揚機提升速率調(diào)整一致后，對鋼網(wǎng)架進行上升、下降或靜止操作。

4.8 復(fù)雜空間水晶棱柱數(shù)字編碼定位及標(biāo)線放樣

每個吊環(huán)下方將系掛超細高強度纖維繩線卷，線卷自身可以臨時卡緊，每次安裝完一定高度再放下一定長度。

根據(jù)鋼網(wǎng)架和水晶棱柱的關(guān)系，設(shè)計出類矩陣數(shù)字編碼技術(shù)。

鋼網(wǎng)架6個角點順時針標(biāo)記為A-B-C-D-E-F，吊點位置標(biāo)記為DG1、DG2、DG3和DG4。平行AB方向連線均以綠色標(biāo)線粘貼，平行BC方向連線均以紅色標(biāo)線粘貼，平行CD方向連線均以藍色標(biāo)線粘貼。

首先沿相鄰長短邊AB→BC方向左側(cè)，對應(yīng)每個三角形底邊依次標(biāo)記為1，2，3，…，13，14；相對DE→EF方向左側(cè)，對應(yīng)每個三角形底邊依次標(biāo)記為14，13，12，…，3，2，1。

自BC邊開始，由B→C的方向，沿著底邊相鄰的三角形，依次編碼為1，2，3，4；接著按照“Z形”走向，對第二行底邊相鄰的三角形依次編碼為5，6，7，8，9；以此類推，按照“Z形”走向，對第二十行底邊相鄰的三角形依次編碼為176、177、178、179和180。

至此，空間設(shè)計分布的水晶棱柱平面數(shù)字編碼體系已經(jīng)建立，接下來就是按照“坐標(biāo)”逐個系掛，如圖2所示。

圖2 藝術(shù)品水晶棱柱類矩陣數(shù)字編碼平面標(biāo)定

4.9 超細高強度復(fù)合纖維繩系掛

超細高強度復(fù)合纖維繩線卷顏色呈墨黑，直徑0.2mm，鋼網(wǎng)架調(diào)平并試運行通過后，系掛在鋼網(wǎng)架下方的吊環(huán)，釋放一定高度后臨時卡緊懸空。繩每個800mm長會有一個連接件，上有8個孔，可與水平8個方向的纖維繩作連接。

4.10 水晶棱柱系掛安裝及頂面相對高差控制

采用激光測距儀測量頂部反射面至平臺面的距離，以此測算各點高度，然后計算出最大相對高差是否超允許值。

4.11 整體提升至預(yù)定位置固定鎖緊

校準最后一層水晶棱柱并校驗合格后，整體一次性提升至設(shè)計安裝高度時停止運行，機械固定鎖緊卷揚機鋼絲繩，電源關(guān)閉。

4.12 收起臺面編碼布并拆除鋼結(jié)構(gòu)承托平臺

待水晶藝術(shù)品整體提升到預(yù)定位置鎖緊并確保安全后，開始起出平臺板面的圖釘，取下編碼布并疊放整齊入庫。取下所有夾板、木枋整理入庫便于其他項目使用。焊工使用氧乙炔火焰切割梁柱節(jié)點，將拆除的鋼梁、鋼立柱等構(gòu)件運輸至材料堆場，覆蓋防雨布留作其他項目使用。

4.13 撤走成品保護用的塑料布等，恢復(fù)原樣

將保護用的彩條布、軟墊等保護用品全部清除干凈，整理入庫。鏡面水池遺落的廢料、碎屑用吸塵器清理徹底，施工區(qū)域恢復(fù)如初。

5.質(zhì)量標(biāo)準

（1）鋼結(jié)構(gòu)施工平臺的設(shè)計、施工應(yīng)符合《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準》GB50017-2017和《鋼結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》GB50755-2012；（2）平臺中心撓度≤5mm；（3）鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)調(diào)平后方可敷設(shè)木枋、面板及白板紙，面板和白板紙用自攻螺絲固定牢固，保證面板無翹曲、起鼓；（4）鋼網(wǎng)架每提升一個安裝高度，4個吊點最大相對高差≤50mm；（5）鋼網(wǎng)架提升速度≤200mm/s保證網(wǎng)片穩(wěn)定勻速提升，便于水晶棱柱快速靜止；（6）同層水晶棱柱體頂面安裝相對高差≤15mm；（7）水平、傾斜姿態(tài)的水晶棱柱側(cè)向正視一致；（8）懸掛鋼網(wǎng)架嚴格水平；（9）水晶棱柱無破損、污跡且不應(yīng)留有指紋。

6.安全要求

（1）采用平行鋼索懸掛施工吊籃安裝起重吊鉤，吊籃操作人員不能多于1人，且應(yīng)系掛專用安全繩與永久結(jié)構(gòu)做可靠固定，安全繩不得與施工吊籃等任何設(shè)施有連接、牽絆；（2）每層水晶棱柱安裝應(yīng)認真檢查系掛點、超細高強度復(fù)合纖維繩的可靠度，全數(shù)驗收方可提升；（3）施工人員需要佩戴安全帽，水晶棱柱安裝工人需要統(tǒng)一穿戴潔凈服裝、白色安全帽、戴鞋套、戴塑膠手套口罩和護目鏡；（4）現(xiàn)場出入口封閉管理，避免揚塵。

7.結(jié)語

（1）本技術(shù)采用大跨度鋼結(jié)構(gòu)承托平臺、數(shù)字多向同步動作控制系統(tǒng)、數(shù)字編碼空間定位漸進式吊掛技術(shù)實施藝術(shù)品的安裝，具有能耗低、投入小、勞動強度低、便于維修保養(yǎng)以及時間效率高等優(yōu)點，節(jié)約工期，經(jīng)濟效益明顯，質(zhì)量可靠，技術(shù)先進。

（2）設(shè)計科學(xué)合理，減少人工投入，精確控制一次做對，大大提高施工效率，具有較強的適應(yīng)能力和較大的推廣價值。該藝術(shù)品屬于原創(chuàng)設(shè)計，造型和組成結(jié)構(gòu)特殊，沒有成熟的安裝經(jīng)驗可以借鑒。

（3）通過吊裝方案設(shè)計、跨越鏡面水池施工，結(jié)合用BIM技術(shù)進行虛擬施工驗證操作的可行性并進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，在多吊點同步提升技術(shù)的協(xié)助下，按照精心設(shè)計的數(shù)字編碼漸進式吊掛技術(shù)實現(xiàn)鋼網(wǎng)架平穩(wěn)漸進式提升，4305根水晶棱柱精準系掛、規(guī)避高處作業(yè)帶來的施工安全風(fēng)險。

（4）隨著大型建筑公裝要求的快速提高，藝術(shù)家的審美更加大膽張揚，追求美感的同時也在比肩創(chuàng)意。新穎別致、獨出心裁的作品更是層出不窮。本安裝技術(shù)對于大體量、多單元復(fù)合組成、構(gòu)造復(fù)雜、施工環(huán)境苛刻的藝術(shù)品或類似安裝工程提供了很好的參考范例。