多曲面多疊級(jí)超長(zhǎng)鋁板安裝施工關(guān)鍵技術(shù)

夏庭俊

（中鐵城建集團(tuán)第一工程有限公司，山西 太原 030024）

1 研究背景及意義

隨著我國(guó)高速鐵路建設(shè)的高速發(fā)展，鐵路客站作為城市與外部客流交換的載體，在滿足使用功能的前提下，還需圍繞“一站一景、站城融合”的建設(shè)目標(biāo)，踐行“暢通融合、綠色溫馨、經(jīng)濟(jì)藝術(shù)、智能便捷”的建設(shè)理念，形成含有當(dāng)?shù)匚幕厣?，具有?dú)特地域色彩，且外觀新穎、造型復(fù)雜多變的鐵路客站[1]。站房外立面鋁板裝飾造型復(fù)雜多樣，屬于超長(zhǎng)鋁板拼裝，施工過程中龍骨精確控制、鋁板精準(zhǔn)下料、鋁板變形控制、色差控制及超長(zhǎng)鋁板拼裝等技術(shù)重難點(diǎn)都對(duì)質(zhì)量控制帶來了挑戰(zhàn)。本施工技術(shù)采用建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）指導(dǎo)高精度控制測(cè)量、建模、下料、加工、安裝，質(zhì)量超前預(yù)控，優(yōu)化施工組織，同時(shí)保證了進(jìn)度可控及工程優(yōu)質(zhì)，很好地解決了復(fù)雜造型施工中各種重難點(diǎn)技術(shù)問題，具有廣闊的推廣應(yīng)用空間。

2 施工工藝原理

本施工技術(shù)是根據(jù)設(shè)計(jì)圖進(jìn)行BIM 建模，分析初步建模、優(yōu)化局部構(gòu)造及連接方式，然后根據(jù)優(yōu)化成果指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)龍骨安裝，復(fù)測(cè)基層安裝精準(zhǔn)度及整體曲面順滑流暢度并進(jìn)行對(duì)應(yīng)微調(diào)，根據(jù)最終數(shù)據(jù)形成鋁板下料單復(fù)核加工生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中超前預(yù)控變形及色差質(zhì)量，材料到位后采用雙開交叉循環(huán)施工方法進(jìn)行安裝，施工過程實(shí)時(shí)進(jìn)行過程安裝監(jiān)測(cè)復(fù)核，確保每塊鋁板安裝精度、整體平整度及大曲面順滑度[2]。關(guān)鍵技術(shù)為以下5 個(gè)方面。

1）BIM 建模指導(dǎo)精確放樣下料技術(shù)。建立龍骨及鋁板模型，作為設(shè)計(jì)的理論模型，為了與后期的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)龍骨模型進(jìn)行對(duì)比，將各模型合模，碰撞，解決沖突部位，優(yōu)化細(xì)部節(jié)點(diǎn)，通過精準(zhǔn)定位放樣進(jìn)行龍骨的精確安裝、調(diào)整。施工龍骨進(jìn)行3D 激光三維掃描數(shù)據(jù)與理論模型復(fù)核，高精度下料加工異形鋁板。

2）以直代曲放樣及3D 激光點(diǎn)云掃描復(fù)核技術(shù)。龍骨及鋁板施工放樣采用以直代曲技術(shù)，應(yīng)用了微積分原理，把曲線等分成若干段，每段長(zhǎng)度為單塊鋁板長(zhǎng)度，這樣曲線的總長(zhǎng)=每段長(zhǎng)度×段數(shù)。3D 激光點(diǎn)云掃描復(fù)核技術(shù)采用實(shí)用新型專利“一種工程中位移觀測(cè)的目標(biāo)定位靶”方便對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工龍骨進(jìn)行3D 激光點(diǎn)云掃描處理后與BIM 理論模型進(jìn)行復(fù)核對(duì)比，指導(dǎo)鋁板下料加工。

3）超大鋁板背楞加強(qiáng)技術(shù)。單塊鋁板最大尺寸達(dá)3 050 mm×2 650 mm，屬于超大鋁板，為保證每塊鋁板安裝精度及平整度，從優(yōu)化背楞的方向布置及合理使用背楞材料兩方面控制背楞的彈性模量，確保單塊鋁板平整度滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

4）鋁板光反射色差淡化技術(shù)。鋁板造型屬于曲面疊級(jí)的造型，陽(yáng)光照射下造成反射光多角度而形成“色差”錯(cuò)覺。為了淡化這種色差，通過增加功能填料及調(diào)整烤漆溫度改變鋁板氟碳漆的性狀，使照射光反射成為近似粗糙面的漫反射，各個(gè)角度的反射光的強(qiáng)度差值小，淡化了光不同角度反射光強(qiáng)度不同而造成的“色差”。

5）鋁板雙開交叉循環(huán)施工方法。由兩組作業(yè)人員分別從兩邊同時(shí)向中間展開施工，施工過程單板與單板之間的折邊連接采取“臨一固一”的方式固定，即一條臨時(shí)固定，一條完全固定，不斷交替循環(huán)進(jìn)行，可形成流水施工。效率和施工成果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的單向逐步遞推式施工。

3 施工工藝流程

圖1 為施工工藝流程圖。

圖1 施工工藝流程圖

4 主要施工方法及操作要點(diǎn)

4.1 結(jié)構(gòu)復(fù)核

結(jié)構(gòu)復(fù)核主要是復(fù)核龍骨是否與主體結(jié)構(gòu)位置沖突，或主體結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)施工誤差是否會(huì)導(dǎo)致整體外立面造型與原設(shè)計(jì)不一致。采用三維激光掃描方法對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確取點(diǎn)，掃描點(diǎn)與BIM 進(jìn)行碰撞分析。若有不一致，則需要進(jìn)行微調(diào)。

4.2 BIM 建模

根據(jù)現(xiàn)有計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，CAD）圖紙軸網(wǎng)及標(biāo)高，確定整體坐標(biāo)系，再與土建空間坐標(biāo)原點(diǎn)匹配，確?，F(xiàn)有圖紙的三維空間坐標(biāo)系與主體結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系一致。然后根據(jù)CAD平面圖、立面圖、節(jié)點(diǎn)圖等圖紙建模。為確保后期掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)與模型之間的對(duì)比分析，采用Rhino“犀?！?D 造型軟件進(jìn)行建模。

4.3 龍骨安裝

模型確認(rèn)之后，根據(jù)產(chǎn)品豎向分縫確定豎向龍骨模型，然后再根據(jù)橫向分縫確定橫向龍骨模型，最終形成龍骨坐標(biāo)數(shù)據(jù)。確定施工起始點(diǎn)位，從最終豎向龍骨開始定位，使用全站儀放樣指導(dǎo)龍骨定位安裝。施工現(xiàn)場(chǎng)可施行劃分流水段方法進(jìn)行施工，可加快施工進(jìn)度。

4.4 3D 激光點(diǎn)云掃描復(fù)核

1）設(shè)置靶標(biāo)點(diǎn)位。施工現(xiàn)場(chǎng)盡量大范圍設(shè)置靶標(biāo)點(diǎn)位，減小坐標(biāo)系導(dǎo)入偏差。為確保點(diǎn)云坐標(biāo)體系與圖紙坐標(biāo)體系一致，需要掃描前在現(xiàn)場(chǎng)貼數(shù)個(gè)靶標(biāo)用以定位。十字靶標(biāo)貼在三維掃描儀和全站儀都便于觀察定位的位置即可。

2）現(xiàn)場(chǎng)三維掃描。掃描區(qū)域內(nèi)需臨時(shí)清空設(shè)備及遮擋物。采用高速三維激光掃描儀進(jìn)行掃描，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境確定從北面落客平臺(tái)的東面開始架站掃描，待機(jī)器自動(dòng)調(diào)平初始之后，按照一站靠?jī)?nèi)，一站靠外的“之”字形順序依次架站掃描。掃描過程中注意錄入定位靶標(biāo)坐標(biāo)、龍骨等所需的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

3）掃描點(diǎn)云處理。將施工現(xiàn)場(chǎng)掃描的各站數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)擬合，各站之間重疊的點(diǎn)云自動(dòng)去重，各站按靶標(biāo)坐標(biāo)系位置調(diào)整定位，匯總整體點(diǎn)云后，刪除不必要的幕墻、球形網(wǎng)架、隱蔽基層等點(diǎn)云數(shù)據(jù)，僅保留最精簡(jiǎn)的挑檐點(diǎn)云數(shù)據(jù)。按需進(jìn)行點(diǎn)云稀釋處理，稀釋到電腦能帶動(dòng)的最大精度模型然后導(dǎo)出PTS 格式點(diǎn)云文件。

4）數(shù)據(jù)對(duì)比?，F(xiàn)場(chǎng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)按靶標(biāo)的坐標(biāo)系置入原始土建坐標(biāo)系中，與理論模型進(jìn)行匹配，通過各軸網(wǎng)處的縱向剖切面及立面對(duì)比，確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)施工的誤差。

4.5 龍骨調(diào)整

根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)比誤差分析，定位每個(gè)誤差點(diǎn)的調(diào)整方向，按照分析結(jié)果進(jìn)行龍骨調(diào)整，調(diào)整后應(yīng)再次進(jìn)行掃描確認(rèn)。若確認(rèn)龍骨無法進(jìn)行調(diào)整的，需與設(shè)計(jì)人員確認(rèn)設(shè)計(jì)模型是否調(diào)整。

4.6 鋁板下單

4.6.1 鋁板下單

根據(jù)確認(rèn)模型及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整龍骨進(jìn)行鋁板下單生產(chǎn)，鋁板下料單需經(jīng)過技術(shù)負(fù)責(zé)人確認(rèn)無誤后方可進(jìn)行加工生產(chǎn)。

4.6.2 優(yōu)化鋁板加強(qiáng)措施

根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，鋁板加強(qiáng)背楞往往是定制定型產(chǎn)品，其剛度超過鋁板本身，鋁板板材加工完成后安裝背楞，放入烤爐進(jìn)行烤漆施工，高溫烤漆過程超大鋁板本身已經(jīng)變形。為確保每塊超大鋁板平整度及剛度滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，單塊鋁板做以下優(yōu)化措施。

1）沿鋁板短方向設(shè)置加強(qiáng)背楞，間距不大于400 mm。

2）加強(qiáng)背楞采用與1）中相同材質(zhì)的鋁板進(jìn)行加工，避免鋁板高溫烤漆過程中背楞和鋁板兩種材料受熱膨脹系數(shù)不一致而不均勻膨脹導(dǎo)致鋁板受熱冷卻后變形。

3）加強(qiáng)背楞應(yīng)加工成U 型截面，增強(qiáng)抗彎強(qiáng)度。

4）為充分利用鋁板四周的折邊，讓加強(qiáng)背楞與折邊進(jìn)行連接，形成統(tǒng)一整體，增強(qiáng)鋁板的整體剛度。

4.6.3 光反射色差淡化措施

目前，建筑鋁單板上漆方式主要為氟碳噴涂，為了減弱鋁板表面的光的反射導(dǎo)致的色差，解決方法的原理是將鋁板表面的鏡面反射轉(zhuǎn)化為均勻的漫反射。鋁板光澤度20°以下為啞光，20°為半啞光，60°以上為高光，參考以上基本信息，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況綜合考慮，取40°半啞光漆已到達(dá)設(shè)計(jì)效果，具體采取下列措施。

1）氟碳漆增加功能填料。增加空心玻璃微珠等具有紅外線反射能力的球狀粉末作為填料，增加這種填料能夠讓涂料呈“半啞光”狀態(tài)，鋁板表面光照反射呈較為均勻的漫反射。

2）調(diào)整烤漆溫度?？酒釡囟扔傻蜏乜酒嵴{(diào)整為高溫烤漆。氟碳漆屬于水基金屬漆，由成膜材料、助劑、顏料和溶劑組成?？酒釡囟纫话銥閮煞N：低溫烤漆固化溫度為140～180 ℃，高溫烤漆固化溫度為280～400 ℃。相較于低溫烤漆，高溫烤漆溶劑揮發(fā)快，在前期烘烤中漆膜還未發(fā)生交聯(lián)時(shí)，溶劑揮發(fā)越快也越多，相當(dāng)于漆膜固體含量增加，因?yàn)椴牧系墓虘B(tài)比液態(tài)更為穩(wěn)定，所以漆膜固體含量越高漆膜分子就越均勻。同時(shí)，當(dāng)溶劑揮發(fā)大部分，且漆膜中還有溶劑時(shí)，加熱條件下溶劑分子之間相互作用的力會(huì)增大而產(chǎn)生再次流平現(xiàn)象。故高溫烤漆最終的漆膜平整度更好，漆膜分子光反射也更為均勻，視覺色差就會(huì)更小。

4.7 鋁板安裝

1）鋁板到場(chǎng)后先對(duì)照鋁板模型料單復(fù)核鋁板尺寸、加固方式，檢查平整度是否滿足規(guī)范要求。

2）雙開交叉循環(huán)施工方法。當(dāng)鋁單板僅有單排時(shí)，兩組工人同時(shí)從兩端的第一塊單板開始施工，因端頭鋁板要定位準(zhǔn)確，故第一塊單板兩端的折邊均與龍骨進(jìn)行完整固定，保證起步鋁單板定位準(zhǔn)確性與牢固性。接下來按照“臨時(shí)固定→完整固定→臨時(shí)固定→完整固定”的循環(huán)在安裝鋁單板過程中交替固定連接折邊，同時(shí)施工的兩組工人相遇后交換各自施工的區(qū)域，分別對(duì)對(duì)方臨時(shí)加固的折邊進(jìn)行完整加固。

當(dāng)鋁板的排數(shù)為多排時(shí)，先按上述單排方法施工完成一排，施工完畢后再各自掉頭從第二排端頭朝中間施工，第三排、第四排、第N 排，以此類推相互交替循環(huán)。平行流水方向的鋁板對(duì)接折邊固定方式為全部完整固定，垂直流水方向的鋁板對(duì)接折邊固定方式為“臨一固一”。

3）鋁板安裝前進(jìn)行試裝，對(duì)鋁板的角碼位置、鋁板尺寸、分縫寬度等進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)無誤后按照角碼的位置打釘固定，弧形鋁板角碼分別安裝與豎龍骨的橫向部位和橫龍骨連接，確保安裝穩(wěn)固。施工過程需實(shí)時(shí)進(jìn)行鋁板安裝質(zhì)量檢查，確保質(zhì)量一次達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，避免返工[3]。

5 施工質(zhì)量控制

5.1 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

GB 50300-2013《建筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》。

GB 50205-2020《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》。

GB 50210-2018《建筑裝飾裝修工程質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》。

JGJ 133-2001《金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》。

GB 50026-2007《工程測(cè)量規(guī)范》。

JGJ 46-2005《施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范》。

JGJ 33-2012《建筑機(jī)械使用安全技術(shù)規(guī)程》。

5.2 質(zhì)量控制項(xiàng)目

1）挑檐幕墻所用的鍍鋅方管、鋁板、密封膠、五金配件的材料進(jìn)場(chǎng)質(zhì)量證明文件需齊全有效，質(zhì)量滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2）金屬板材的品種、規(guī)格及色澤應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；鋁合金板材表面氟碳樹脂涂層厚度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

3）單層鋁板折彎加工時(shí)，折彎外圓弧半徑不應(yīng)小于板厚的1.5 倍；加勁肋的固定可采用電栓釘，但應(yīng)確保鋁板外表面不變形、褪色，固定應(yīng)牢固；固定耳子應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，固定耳子可采用焊接、鉚接或在鋁板上直接沖壓而成，并應(yīng)位置準(zhǔn)確，調(diào)整方便，固定牢固；鋁板構(gòu)件四周邊應(yīng)采用鉚接、螺栓或膠黏與機(jī)械連接相結(jié)合的形式固定，并應(yīng)做到確保構(gòu)件剛度滿足規(guī)范要求，固定牢固。

4）挑檐幕墻與主體結(jié)構(gòu)連接的預(yù)埋件，應(yīng)在主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)按設(shè)計(jì)要求埋設(shè)。預(yù)埋件應(yīng)牢固，位置準(zhǔn)確。

5）挑檐幕墻鋼構(gòu)件施焊后，其表面應(yīng)清除焊渣，按照設(shè)計(jì)要求做好防腐措施。

6）幕墻安裝過程中宜進(jìn)行接縫部位的雨水滲漏檢驗(yàn)，施工完成后進(jìn)行淋水試驗(yàn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，本施工技術(shù)通過BIM 建模及以直代曲放樣技術(shù)，已經(jīng)解決了施工過程中的鋁板變形和成品色差的技術(shù)問題，通過改進(jìn)施工工藝，保證了大面積鋁板的平整不變形，外表美觀、流暢的設(shè)計(jì)要求。在此工程中采用了本施工技術(shù)，切實(shí)地加快了工程進(jìn)度，節(jié)約了成本，提高了施工質(zhì)量和成品質(zhì)量，為今后類似工程提供了可參考的依據(jù)。