基于BIM技術(shù)的大跨度雙曲面鋁板吊頂施工工藝

彭 歡

(中鐵十四局集團(tuán)有限公司,山東 濟(jì)南 250000)

隨著建設(shè)行業(yè)的快速發(fā)展,建筑與生態(tài)的協(xié)調(diào)美感變得越來越重要,對工程的外觀品質(zhì)要求也越來越高,形式也更加多樣化[1]。近年來,中國相繼建成了一批規(guī)模宏大的公共場所,比如會展中心、機(jī)場和商業(yè)大樓等,這些超大空間建筑,由于跨度長、空間大、體系構(gòu)造復(fù)雜、施工難度大,在施工階段為了規(guī)避不良情況的發(fā)生,確保安全施工,要進(jìn)行全方位綜合考慮,確保工程順利地實(shí)施[2]。本文結(jié)合大跨度下雙曲面鋁板吊頂?shù)氖┕?對吊頂系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工進(jìn)行全方位敘述與科學(xué)分析,在實(shí)施中將模擬計(jì)算、BIM應(yīng)用與結(jié)構(gòu)空間碰撞[3]轉(zhuǎn)化為實(shí)際空間結(jié)構(gòu),進(jìn)行一個(gè)全過程的設(shè)計(jì)與施工創(chuàng)新技術(shù)的總結(jié)。

1 雙曲面鋁板吊頂設(shè)計(jì)說明

大懸挑雙曲面造型穿孔鋁板吊頂位于3層,吊頂懸挑長度為36.5 m,寬度為26.4 m,相對高度8 m～19.23 m,主龍骨采用120 mm×60 mm×5 mm鍍鋅鋼管,副龍骨為50 mm×50 mm×4 mm的鍍鋅鋼管,外部經(jīng)過碳氟噴涂處理[4]。裝飾鋁板選擇使用3 mm厚的雙彎曲穿孔鋁板[5],四邊采用自攻螺釘固定。收口鋁板則采用2.5 mm厚的鋁單板。整體造型采用6條腰線,每條腰線都具有不同的彎曲度,橫向設(shè)計(jì)分為內(nèi)側(cè)弧形和外側(cè)弧形。鋁板是不規(guī)則的平行四邊形,每片的大小均不相同。因此,基礎(chǔ)鋼框架的大小和夾角也各不相同,其鋁板吊頂效果如圖1所示。

2 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

2.1 工程特點(diǎn)

1)懸挑長度為36.5 m,寬度為26.4 m,相對高度從8 m到19.23 m不等。2)對于雙曲面鋁板吊頂,存在造型復(fù)雜、分格不規(guī)則、規(guī)格眾多、存在翹曲值[6]。

2.2 工程難點(diǎn)

1)鋁板吊頂跨度大,存在雙曲面,施工測量、吊點(diǎn)定位困難,在測量時(shí)應(yīng)綜合考慮建筑壓縮[7]、施工溫差[8]、風(fēng)荷載作用變形[9]、移位影響[10]等。2)施工高度高,需采用合理的操作平臺保障其施工安全[11]。3)飾面鋁板為雙曲面不規(guī)則造型,加工及安裝難度高,須嚴(yán)格控制加工及安裝精度[12]。

3 施工工藝及技術(shù)要點(diǎn)

根據(jù)不同專業(yè)的管線布局,對天花板進(jìn)行了建模。然后使用CAD軟件繪制了一張可供測量的數(shù)字化圖紙[13],將其與天花板上的柵格位置以及高程對應(yīng)起來。根據(jù)這個(gè)過程,對每個(gè)構(gòu)件的尺寸進(jìn)行了繪制,并起到了一定的引導(dǎo)作用。采用BIM技術(shù),以“面-線-點(diǎn)”分解思想為基礎(chǔ),將天花板分解為單獨(dú)的曲面,并將其進(jìn)一步分解為每個(gè)單項(xiàng)高程點(diǎn),作為建筑控制高程[14]。在保證測量精度的前提下,按照一定的空間間隔進(jìn)行了多次切割,得到了每個(gè)截面。每個(gè)截面構(gòu)成了一個(gè)相對獨(dú)立的高程控制系統(tǒng),最終完成了將單一平面結(jié)合成雙曲線的立體空間效果。

4 施工工藝

4.1 工藝流程

深層次設(shè)計(jì)→二次測量,三維掃描→BIM建?！槿∪S坐標(biāo)→主要建筑物的變形檢查→工藝參數(shù)抽取→模塊化建筑拆除→鋼架結(jié)構(gòu)的制造→鋼架的提升與接頭部位的定位與焊接→重新測量鋼構(gòu)及樣板→鋁板處理→鋁板固定→建筑質(zhì)量檢驗(yàn)。

4.2 定位放線

1)根據(jù)場地的實(shí)際情況,在現(xiàn)場進(jìn)行基準(zhǔn)軸線和基準(zhǔn)高程的交接。2)測量已交付的參考線的誤差,并根據(jù)結(jié)果來評估參考線的精度。完成基線檢查后,放樣控制軸,在地面上用墨筆劃出并做好標(biāo)記。3)使用激光全站儀,以控制軸為參考點(diǎn),將控制點(diǎn)導(dǎo)入到鋼屋蓋桁架的下弦處[15],并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行標(biāo)記。4)根據(jù)控制線路和圖紙,在施工現(xiàn)場標(biāo)記出吊桿的掛點(diǎn)并進(jìn)行標(biāo)識。5)在天花板的剖面圖中,可以使用墻面、圓柱和額外的標(biāo)桿來測量參考高程,并標(biāo)注弧形天花板的終端控制標(biāo)高。

4.3 三維建模

1)采用全站儀、三維建筑掃描儀對現(xiàn)場主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)測繪[16],測繪點(diǎn)位數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦,根據(jù)設(shè)計(jì)效果及安裝方案在犀牛軟件進(jìn)行現(xiàn)場復(fù)刻建模,在模型內(nèi)對各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。2)確認(rèn)模型優(yōu)化符合現(xiàn)場使用要求后,開始建立龍骨基層圖、面層分割圖,再次復(fù)核無異常后將模型進(jìn)行參數(shù)化,提取主次鋼架龍骨點(diǎn)位數(shù)據(jù)、飾面鋁板生產(chǎn)加工數(shù)據(jù)[17],并繪制鋁板加工圖紙下單到生產(chǎn)車間進(jìn)行模具制作及雙曲鋁板生產(chǎn),測量及三維模型建模如圖2所示。

4.4 壓型模具制作及鋁板生產(chǎn)

1)根據(jù)下單鋁板數(shù)據(jù)制作1∶1造型壓型模具[18]。2)生產(chǎn)制作主要控制節(jié)點(diǎn):鋁板加工零件圖攤平、配料、開料、穿孔、壓型、焊接、打磨拋光、預(yù)拼裝、校正、二次打磨、氟碳噴涂,模具及開料生產(chǎn)圖如圖3所示。a.各生產(chǎn)控制節(jié)點(diǎn)環(huán)節(jié),需對生產(chǎn)質(zhì)量進(jìn)行全程監(jiān)督把控,發(fā)現(xiàn)質(zhì)量異常的即刻進(jìn)行調(diào)整返工。b.半成品完成且需要將板材分模組在車間進(jìn)行預(yù)拼裝,便于檢驗(yàn)曲面圓滑度、拼接縫隙是否均需、拼接效果是否符合使用要求、可見面是否符合噴涂要求等[19]。

4.5 轉(zhuǎn)換層骨架安裝

1)根據(jù)放樣定位,首先對預(yù)制好的轉(zhuǎn)換層框架基底進(jìn)行組裝。按照圖紙的要求,在工地上進(jìn)行不同規(guī)格的主要鋼材切割,并按照圖紙上的序號進(jìn)行鋼材的鋪設(shè)[20]。2)在吊裝鋼材之前,需要對焊縫部位進(jìn)行打磨,將防銹油清除掉,讓金屬表面變得光滑。3)當(dāng)進(jìn)行鋼材吊裝時(shí),根據(jù)序號,將尺寸為120 mm×60 mm×5 mm的熱鍍鋅鋼管與預(yù)制埋板進(jìn)行焊接。4)在吊鋼上焊接120 mm×60 mm×5 mm鍍鋅鋼管作轉(zhuǎn)換層主龍骨。5)在主龍骨上焊接50 mm×50 mm×4 mm鍍鋅鋼管作為副龍骨。6)根據(jù)深化方案和建筑三維建模,將使用全站儀對主梁進(jìn)行精確定位,并在主梁上標(biāo)注出異形鋁板單板的位置[21]。然后在主梁上焊接50 mm×50 mm×4 mm的熱鍍鋅鋼管,以形成雙曲線懸臂受力框架。7)焊接鋼材時(shí),應(yīng)采用兩面焊接,注意保持鋼材的縱向和橫向平直,禁止傾斜。8)在焊接完成后,監(jiān)造人員將對焊縫進(jìn)行檢查,同時(shí)確保焊縫已經(jīng)進(jìn)行了防腐處理,具體情況請參見圖4。

4.6 飾面鋁板安裝

1)根據(jù)三維建模得到的平面布置平面圖,鋁合金異型單板的安裝高度和定位由其在平面圖上的定位決定。2)鋁板位置確定后,從橢圓造型位置呈放射式向四周排列鋁板。3)鋁板安裝時(shí)采用自攻螺絲對異形鋁板四周進(jìn)行連接加固。4)每完成一排鋁板,對鋁板的安裝位置、平順度和標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測,不平順的鋁板及時(shí)進(jìn)行精確微調(diào)。5)全部鋁板吊裝完成且對縫隙進(jìn)行填縫處理、修復(fù)。6)安裝外檐收口鋁板采用2.5 mm鋁單板,按設(shè)計(jì)要求對吊頂飾面的外邊緣收口、轉(zhuǎn)角收口、平面對接收口進(jìn)行處理。7)鋁板安裝完成后,揭除鋁單板表層的防護(hù)膜,并組織進(jìn)行驗(yàn)收,吊頂鋁板模塊化安裝如圖5所示。

4.7 過程質(zhì)量控制

1)水平控制線實(shí)測必須準(zhǔn)確無誤。龍骨安裝必須按圖紙及二次建模所給出的龍骨標(biāo)高基準(zhǔn)點(diǎn)安裝;完成且經(jīng)整體調(diào)整后再安裝面板。在安裝過程中,請根據(jù)設(shè)計(jì)圖和二次造型指引,安裝相應(yīng)的板面。如果需要安裝重型設(shè)備,無法直接懸掛在天花板上,可以使用獨(dú)立的懸掛裝置將其與建筑物直接連接。

2)為確保吊頂?shù)耐暾?預(yù)留的各項(xiàng)孔洞必須符合相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙及規(guī)范的要求,在吊頂中安裝額外的龍骨及吊件,以防止吊頂出現(xiàn)裂縫[22]。

3)天花板必須與主要建筑或附屬建筑物結(jié)合在一起,不能掛在任何管道和裝置上,它們還應(yīng)該在橫向上進(jìn)行可靠的連接,以確保整體性。

4)在安裝穿孔鋁板之前,需要先選擇合適的板材,確保顏色、規(guī)格、圖案或打孔的疏密程度一致。在裁剪板材時(shí),要控制好切割的角度,使得切口的邊緣和毛茬都保持平直。在安裝過程中,要按照預(yù)先計(jì)劃進(jìn)行,以避免出現(xiàn)拼接不平整或錯(cuò)臺的情況。

5)在設(shè)計(jì)吊頂時(shí),需要注意與其他專業(yè)的協(xié)調(diào)。在吊頂放線和施工過程中,要綜合考慮吊頂內(nèi)部管道的走向、燈具的安裝位置、空調(diào)風(fēng)口的設(shè)置和深度等因素。每個(gè)開孔都需要經(jīng)過相關(guān)建設(shè)單位的批準(zhǔn)才能進(jìn)行。

5 結(jié)語

本項(xiàng)目使用現(xiàn)場三維掃描、BIM和犀牛三維建模等技術(shù)對大型雙曲鋁合金天花進(jìn)行建模。依據(jù)圖紙和工藝圖紙對其進(jìn)行精確定位,生成符合設(shè)計(jì)規(guī)范的單側(cè)雙曲鋁板天花的弧線,最終實(shí)現(xiàn)雙曲鋁合金天花體系的建造。通過施工多個(gè)復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)的天花體系,可以提高工作效率、降低費(fèi)用,并實(shí)現(xiàn)一次成型,最終獲得最佳效果。此外,該方法還能有效監(jiān)控施工質(zhì)量、降低工程費(fèi)用、縮短施工時(shí)間,確保工程的安全性。