建筑幕墻工程施工技術(shù)的研究進展

賀雄英 譚 卡 簡 超

建筑幕墻是一種懸掛于建筑結(jié)構(gòu)外的多功能外墻，通常由面板、框架和支撐結(jié)構(gòu)組成。新型材料的應(yīng)用為建筑幕墻在結(jié)構(gòu)造型、構(gòu)造方式、建造方式等方面提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，使得建筑幕墻更加安全、節(jié)能、環(huán)保和美觀。

隨著建筑市場的不斷變化，存量幕墻的更新改造正逐步增多。對于一些老舊建筑來說，幕墻的更新改造可以提升其外觀品質(zhì)和舒適度，滿足現(xiàn)代生活和工作的需求。同時，新型材料的應(yīng)用也可以提高幕墻的保溫、隔熱、隔聲等性能，降低建筑的能耗和環(huán)境污染。

在建筑幕墻的建造方式方面，新型材料也可以提供更多的便利。例如，采用模塊化、裝配式的建造方式，可以提高幕墻的施工效率和質(zhì)量。同時，新型材料還可以減少施工現(xiàn)場的污染和噪音，降低對周圍環(huán)境的影響。新型材料的應(yīng)用為建筑幕墻提供了更多的選擇和可能性，可以更好的提高建筑的品質(zhì)和性能，滿足現(xiàn)代生活和工作的需求。

1 建筑幕墻工程施工技術(shù)

1.1 建筑幕墻設(shè)計技術(shù)

建筑幕墻的數(shù)字化、參數(shù)化是建筑幕墻設(shè)計發(fā)展的主要趨勢。在建筑市場上，一些不規(guī)則建筑率先采取使用了數(shù)字化、參數(shù)化技術(shù)。建筑模型可以用三維圖形來展現(xiàn)出來，如果想達到這樣的效果，必須做到建筑模型的數(shù)字化和信息化應(yīng)用，應(yīng)需要賦予建筑模型參數(shù)化信息，模型的參數(shù)化設(shè)計是BIM 技術(shù)應(yīng)用的目標[1]。

參數(shù)化設(shè)計是一種基于模型的設(shè)計方法，它使用參數(shù)化模型來描述建筑物的幾何形狀和屬性。參數(shù)化設(shè)計可以幫助設(shè)計師更快速地創(chuàng)建和修改模型，提高設(shè)計效率。同時，參數(shù)化設(shè)計還可以幫助設(shè)計師更好地控制設(shè)計過程中的變化，減少錯誤以及重復(fù)工作。

1.2 建筑幕墻可視化技術(shù)

建筑可視化設(shè)計技術(shù)是指充分依托數(shù)字虛擬圖像技術(shù)，通過工程設(shè)計模擬、建筑效果圖、建筑動畫、虛擬現(xiàn)實、多媒體宣傳片等形式對未來場景進行虛擬呈現(xiàn)，把設(shè)計理念變成生動、逼真的視覺效果，變抽象為具體，創(chuàng)造身臨其境的感受[2]。

在建筑幕墻設(shè)計中，建筑可視化設(shè)計技術(shù)可以用來展示幕墻的外觀、材質(zhì)、結(jié)構(gòu)和細節(jié)等。通過建筑可視化設(shè)計技術(shù)，設(shè)計師可以更好地傳達幕墻的設(shè)計理念和創(chuàng)意，讓客戶和利益相關(guān)者更好地理解設(shè)計方案。此外，建筑可視化設(shè)計技術(shù)還可以幫助設(shè)計師在設(shè)計過程中更好地評估和調(diào)整幕墻設(shè)計方案，提高設(shè)計質(zhì)量和效率。

1.3 建筑幕墻協(xié)同設(shè)計與預(yù)碰撞技術(shù)

建筑幕墻可以通過 “Navisworks”軟件來實現(xiàn)幕墻表皮模型與主體結(jié)構(gòu)、暖通、機電等不同專業(yè)模型的預(yù)碰撞，提前檢查各種專業(yè)模型的空間碰撞，生成檢測報告，減少因“錯、漏、撞、少”造成的經(jīng)濟損失和人工浪費，減少返工，縮短工期，節(jié)約成本。

Navisworks 主要用于三維激光掃描模型與BIM 模型的碰撞檢測。為現(xiàn)階段幕墻BIM 技術(shù)中，現(xiàn)實與模型相連接的關(guān)鍵性軟件。能夠根據(jù)碰撞數(shù)據(jù)檢測出兩者的交接處，從而得出修正幕墻方案。

1.4 建筑幕墻三維激光掃描儀測繪及逆向建模技術(shù)

三維激光掃描技術(shù)是一門新興的測繪技術(shù)，近些年來逐漸發(fā)展完善，在幕墻施工中，幕墻尺寸控制與施工質(zhì)量和經(jīng)濟成本效益息息相關(guān)，需要及時分析現(xiàn)場測量情況，一方面控制材料下單，節(jié)約成本，另一方面保證幕墻尺寸準確，確保沒有質(zhì)量隱患[3]。

三維激光掃描技術(shù)在幕墻施工中的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）快速獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)：傳統(tǒng)的幕墻測量方法需要人工進行實地測量，耗時費力且容易出現(xiàn)誤差。而使用三維激光掃描儀可以快速獲取現(xiàn)場的高精度完整點云數(shù)據(jù)，大大縮短了測量時間，提高了工作效率。

2）實現(xiàn)精準測量：由于三維激光掃描儀具有高精度、高分辨率的特點，因此可以實現(xiàn)對幕墻尺寸、形狀等參數(shù)的精準測量，避免了傳統(tǒng)測量方法中可能出現(xiàn)的誤差和漏測情況，保證了施工質(zhì)量。

3）提高經(jīng)濟效益：通過三維激光掃描技術(shù)，可以實現(xiàn)對幕墻尺寸的精準控制，避免了材料浪費和重復(fù)加工的情況，從而節(jié)約了成本，提高了經(jīng)濟效益。

4）支持設(shè)計變更：在幕墻施工過程中，可能會出現(xiàn)設(shè)計變更的情況。使用三維激光掃描儀可以及時獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)，支持設(shè)計師進行調(diào)整和修改，避免了因為設(shè)計變更導(dǎo)致的重新測量和調(diào)整在時間和成本上的浪費。

三維激光掃描技術(shù)在幕墻施工中的應(yīng)用具有高效、全面、精確、直觀等優(yōu)勢，可以幫助施工企業(yè)提高工作效率、降低成本、保證施工質(zhì)量，是一種非常有前途的技術(shù)應(yīng)用。

2 建筑幕墻材料應(yīng)用技術(shù)

幕墻材料已形成了具有中國特色的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)體系，技術(shù)創(chuàng)新、科技進步推動了我國建筑幕墻工程市場的發(fā)展；隨著薄膜太陽能電池、精制鋼型材、三銀LOW-E 玻璃、高性能復(fù)合鋁板、不銹鋼板、纖維織物、防火保溫材料、水性納米烤瓷涂料和陶土板在建筑幕墻上的使用，加速了建筑幕墻產(chǎn)品類型的增加，促進了建筑幕墻向著輕質(zhì)、高強、環(huán)保和集成化的方向發(fā)展。

2.1 光伏幕墻技術(shù)

隨著技術(shù)的不斷進步和成本的降低，光伏電池的效率也在不斷提高。目前單晶硅和多晶硅光伏電池的效率已經(jīng)達到了約20%以上，而薄膜電池的效率也在逐步提高中。這些技術(shù)進步為建筑物碳中和提供了更多的選擇和可能性。

在政策方面，許多國家和地區(qū)都出臺了支持光伏電池在建筑物上應(yīng)用的政策。例如，歐洲聯(lián)盟推出了“可再生能源指令”，要求歐盟成員國到2020 年將可再生能源占比提高至12%。中國政府也出臺了一系列支持光伏電池在建筑物上應(yīng)用的政策，如2013 年7 月4 日頒布的《關(guān)于促進光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見》（國發(fā)[2013]24 號），可以預(yù)見未來光伏電池技術(shù)將會繼續(xù)發(fā)展，政策也會繼續(xù)支持其在建筑物碳中和中的應(yīng)用。薄膜光伏電池作為一種新興的技術(shù)，具有很大的潛力和發(fā)展前景，有望成為未來建筑物碳中和的重要選擇之一。

薄膜類光伏幕墻是最主流的應(yīng)用方式，從發(fā)電材料角度細分有碲化鎘、銅銦鎵硒、鈣鈦礦等類別，鑒于色彩、透光透視、紋理、弱光性、可定制化等靈活性綜合性因素。目前，實際應(yīng)用最為廣泛、適應(yīng)場景最為豐富的是碲化鎘薄膜光伏幕墻[4]。

2.2 精制鋼型材

精制鋼型材是一種高精度、定制性強的鋼材，外觀媲美鋁型材，被廣泛應(yīng)用于大跨度建筑和異形建筑中。相較于市場上的常見鋼型材，精制鋼型材的精度更高，彈性模量、熔點和熱傳導(dǎo)系數(shù)也更優(yōu)越。這些特點使得精制鋼型材能夠解決鋁型材所不能解決的一些問題，因此在建筑行業(yè)中得到了廣泛的認可和應(yīng)用。

此外，精制鋼幕墻行業(yè)具有環(huán)保節(jié)能的特點，有助于實現(xiàn)我國的“雙碳”目標。與傳統(tǒng)材料相比，精制鋼型材的生產(chǎn)和加工過程更加環(huán)保，同時其熱傳導(dǎo)系數(shù)低，能夠有效減少建筑物的能耗。因此，精制鋼幕墻行業(yè)有望在未來的建筑行業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。

2.3 鋁瓦楞板

鋁瓦楞板是一種新型的復(fù)合鋁板幕墻材料，在瓦楞芯材表面涂刷熱固化性環(huán)氧樹脂粘合劑，加熱加壓復(fù)合而成的鋁板產(chǎn)品，其復(fù)合方式類似于瓦楞紙箱板的形式。鋁瓦楞板的優(yōu)點：

1）節(jié)能：鋁瓦楞板重量輕，其每平方的重量4.3 kg，僅相當于鋁單板的50%。

2）無色差：鋁瓦楞板面板采用在線噴涂工藝解決了色差問題，可以進行防腐、軋花、涂裝、印刷等二次加工，與鋁板可以媲美，而造價卻低廉得多，其裝飾效果較好，其表面提高了建筑的整體裝飾效果。

3）宜安裝：鋁瓦楞板的安裝工藝及方法同鋁塑板的安裝施工工藝一致，因此安裝工藝及技術(shù)更容易，鋁單板需要在工廠內(nèi)加工完畢后運至現(xiàn)場，出現(xiàn)折損時還需要再從工廠內(nèi)加工發(fā)貨，而瓦楞復(fù)合鋁板可以將板材及加工機具運至現(xiàn)場進行現(xiàn)場加工，對于造型復(fù)雜的建筑里面其優(yōu)勢尤為明顯。

3 幕墻加工及施工工藝技術(shù)

3.1 幕墻全自動化加工生產(chǎn)線

幕墻全自動化加工生產(chǎn)線是一種專門針對門窗幕墻加工設(shè)計的流水線，能夠?qū)崿F(xiàn)鋁型材的下料切割、型孔銑削、端面銑削等多道工序的全自動化處理。該生產(chǎn)線具有自動周轉(zhuǎn)型材至工序位置的功能，從而減少周轉(zhuǎn)時間，并取消人工上下料，實現(xiàn)自動加工。

幕墻全自動化加工生產(chǎn)線通過控制板集中控制，通過主控制臺完成程序下載，系統(tǒng)控制和過程監(jiān)控。這種生產(chǎn)線能夠提高生產(chǎn)效率，降低人工成本，減少生產(chǎn)過程中的錯誤和損傷，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

幕墻全自動化加工生產(chǎn)線在門窗幕墻行業(yè)的應(yīng)用將使得生產(chǎn)過程更加高效、精準和穩(wěn)定，從而提高企業(yè)的市場競爭力和產(chǎn)品質(zhì)量。隨著自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，幕墻全自動化加工生產(chǎn)線在未來的應(yīng)用前景將更加廣泛。

3.2 3D打印技術(shù)

3D 打印是一種借助粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，參照結(jié)合數(shù)字模型文件逐層打印構(gòu)建物體的技術(shù)。3D打印技術(shù)不需要切割材料或模具，可以批量制造。特別適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)周期短的產(chǎn)品的快速制造，并能夠降低成本。

3D 打印技術(shù)通常使用計算機輔助設(shè)計（CAD）軟件創(chuàng)建數(shù)字模型，然后將其傳輸?shù)?D 打印機中。打印機使用粉末狀金屬或塑料等材料，按照數(shù)字模型逐層構(gòu)建物體。這種方法可以制造出幾乎任何形狀的物體，而不受傳統(tǒng)制造技術(shù)的限制。

3D 打印技術(shù)的優(yōu)點包括：

1）高度復(fù)雜、多樣化物品生產(chǎn)將不會增加成本。

2）產(chǎn)品無需組裝，大幅度縮短了交付時間。

3）制作技能門檻低，設(shè)計空間無限。

4）不占空間，便攜制造。

5）節(jié)約原材料，并可以多種材料 無限組合。

6）精確實體復(fù)制，可以自由成型。

7）可以結(jié)合智能化數(shù)字設(shè)計，滿足用戶多種需求，實現(xiàn)產(chǎn)品的個性化定制[5]。

3D 打印技術(shù)在制造業(yè)、醫(yī)療、航空航天、汽車、建筑等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，未來發(fā)展前景廣闊。

3.3 超大單元式金屬幕墻安裝技術(shù)

針對大型場館類幕墻，由于其存在較復(fù)雜的曲面弧度，需要對鋼構(gòu)外側(cè)幕墻進行精確的二次定位。傳統(tǒng)的測量放線方法存在安裝測量放線點位多、安裝容易出錯、效率低下等問題。為了解決這些問題，近年來，越來越多的場館類幕墻采用單元式構(gòu)造，并采用吊裝作業(yè)的方式進行施工。

單元式幕墻是指將幕墻板塊在加工廠內(nèi)制成標準尺寸的單元，然后在現(xiàn)場進行吊裝組裝。這種做法大大降低了施工現(xiàn)場的作業(yè)難度，提高了現(xiàn)場作業(yè)效率。在加工廠內(nèi)，可以利用先進的生產(chǎn)設(shè)備和工藝，確保幕墻板塊的曲面造型和質(zhì)量。而現(xiàn)場吊裝作業(yè)則可以減少人工操作，提高施工安全性。

對于大型場館類幕墻，通過在加工廠制作單元式板塊，完成幕墻板塊的曲面造型，然后利用吊機進行單元式板塊的吊裝作業(yè)，可以有效解決傳統(tǒng)測量放線方法存在的問題，提高施工效率和質(zhì)量。此外，單元式幕墻還可以通過模塊化設(shè)計，實現(xiàn)幕墻的快速更換和維修，降低維護成本。

4 幕墻安全性檢測技術(shù)

建筑幕墻作為一種外圍護結(jié)構(gòu)，其安全性能直接關(guān)系到建筑的安全和使用壽命。隨著使用時間的增加，幕墻材料性能可能發(fā)生退化和功能衰減，存在一定的安全隱患。因此，對現(xiàn)有幕墻進行安全性測試和鑒定顯得尤為重要。

幕墻安全性能的測試與鑒定需要涉及材料、機械、結(jié)構(gòu)、施工、檢測等多個學(xué)科，是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。一般建議委托具有相應(yīng)測試和設(shè)計資質(zhì)的單位來進行鑒定，以確保檢測結(jié)果的準確性和可靠性。

檢測方法的選擇應(yīng)根據(jù)被檢幕墻的不同階段、結(jié)構(gòu)形式、應(yīng)用要求和檢測目的來確定。常用的檢測方法包括現(xiàn)場勘察、材料檢測、結(jié)構(gòu)計算、性能測試等。通過這些檢測方法，可以對幕墻的安全性能進行全面評估，為后續(xù)的養(yǎng)護、加固、拆除、更換等提供依據(jù)。

根據(jù)檢測結(jié)果，需要對存在安全隱患的幕墻提出具體措施和建議，以確保建筑的安全和使用壽命。這些措施和建議可能包括：

1）養(yǎng)護：對幕墻進行定期維護和保養(yǎng)，如清洗、修補、更換密封膠等，以延長幕墻的使用壽命。

2）加固：對結(jié)構(gòu)強度不足的幕墻進行加固處理，如增加支撐、加強連接等，以提高幕墻的承載能力。

3）拆除：對無法修復(fù)或存在嚴重安全隱患的幕墻進行拆除，并重新安裝新的幕墻。

4）更換：對老化、損壞或性能下降的幕墻材料進行更換，以恢復(fù)幕墻的功能和性能。

5）防治：對幕墻進行定期檢查和維護，及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在的安全隱患，以防止事故發(fā)生。

對現(xiàn)有建筑幕墻進行安全性能的測試與鑒定，同時，根據(jù)檢測結(jié)果采取相應(yīng)的養(yǎng)護、加固、拆除、更換等措施，是確保建筑安全和使用壽命的重要手段。

5 結(jié)語

建筑幕墻是建筑外墻裝飾和保護的重要構(gòu)件，其施工質(zhì)量直接影響建筑的整體質(zhì)量和形象。由于幕墻施工涉及多個專業(yè)領(lǐng)域，工藝流程復(fù)雜，因此質(zhì)量管理中容易出現(xiàn)問題。

為了更好的提高幕墻的施工質(zhì)量，應(yīng)加強分析與研究，找出常見的質(zhì)量問題，并結(jié)合實際工程特點，采用科學(xué)的控制方法，充分發(fā)揮人的主觀能動性，利用新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備的應(yīng)用優(yōu)勢，不斷提高施工質(zhì)量。