基于BIM技術的高空間大跨度多曲面弧形穹頂施工技術

韋年達 羅楊詔

中國建筑第八工程局有限公司廣西分公司

正文：

1、工程概況

廣西國際壯醫醫院門診樓中庭的吊頂高24m，半徑16.8m，呈球形布置，材質采用3.0厚鋁單板，鋁單板成多曲面造型，吊頂施工難度大。

2、施工工藝流程及操作要點

2.1 施工工藝流程

施工圖深化→BIM模型建立→飾面板加工→操作腳手架搭設→鋼骨架定位放線→鋼骨架定位放線→鋼骨架安裝→穹頂飾面板安裝→穹頂燈具安裝以及調試

2.2 操作要點

2.2.1 施工圖深化

在設計階段，根據設計方案以及效果圖完成施工圖紙的深化，明確各個施工節點，明確材料的規格，確定穹頂具體的規則形狀。

2.2.2 BIM模型建立

（1）弧形飾面板單元建模

通過對跨度較大的飾面板弧形曲面單元建模，模型要求精確度高，存在偏差小，模型可根據穹頂完成的高度，從而確定各個大跨度飾面板的弧度要求，以及高程控制點，繼而指導現場加工、下料。

（2）多曲面飾面板單元拼接模型建模

根據多曲面弧形飾面板的模型建立以及各個高程點確定交界處飾面板的高程點，從而確定，相鄰的飾面的弧度、形狀、尺寸。飾面板可單獨作為獨立單元，導出加工圖紙。

根據三維模型計算，相鄰飾面板為金屬飾面板，自重較大，若以整塊飾面板進行施工，模型顯示因飾面板自重產生的撓度過大，無法滿足裝飾效果，最終將一塊大型鋁單板分界成三塊較小的鋁單板飾面，從而減小整個飾面板因自重產生的撓度。

（3）VR效果體驗

根據深化設計完成的施工圖，建立三維模型。通過三維模型，完成各個龍骨的定位，確定龍骨長度、安裝角度。同時通過三維模型確定金屬穹頂的空間弧度，確定裝飾面燈槽的位置以及鋁單板的尺寸，保證材料的精確性。同時采用并使用手持720°環視技術，結合手機VR實現穹頂的精裝效果體驗，見圖1。

圖1 空間大跨度弧形金屬穹頂三維仰視圖

2.2.3 飾面板加工

飾面板加工要求廠家加工弧度精確、順直，以保證整個穹頂裝飾的效果。雙曲面飾面板加工難度大，工廠根據設計的二維圖紙，確定穹頂的弧度的直徑，采用數控折彎機進行鋁板加工，由支架、工作臺和夾緊板對金屬飾面板直接壓彎，折彎機加工形成的金屬飾面板直接折彎，不需拼接，不需開槽，不需用焊條，效果較好。

2.2.4 操作腳手架搭設

采用Φ48×3.0mm鋼管搭設落地式腳手架作為操作平臺，立桿橫距b=1. 4m，主桿縱距l=1.4m，腳手架步距h=1.8m，頂層水平桿隔一加一，間距0.70米，上滿鋪800x1000鋼筋網片，鋼筋網片下部4.5米處設置水平的安全平網，水平方向設四層水平支撐，豎直方向縱橫均設四道垂直支撐。

2.2.5 鋼骨架定位放線

1、三維模型定位

根據建筑標高以及設計圖紙的標注，考慮吊頂施工是因金屬穹頂整體荷載造成的下沉距離，設計人員逐點復核各個支撐角鋼位置，計算出吊頂完成面距離角鋼與結構固定點的距離，標注于三維圖紙中，作為現場吊頂施工的高程控制點。

2、現場定位

（1）圓心定位

穹頂結構的圓心是整個穹頂結構施工的參照點，根據圖紙坐標，結合測量儀器，確定穹頂圓心的位置，作為整個穹頂施工的參照點，確保穹頂施工無偏差。

（2）圓弧軸線定位

采用放線機器人進行放線以及將圓弧分成多段線的方式，確定圓弧軸線，對于分層的角鋼標高的確定，測量人員根據三維模型確定的支撐角鋼三維坐標，確定現場支撐角鋼焊接位置，同時按照三維模型所確定的尺寸數據進行下料，保證支撐角鋼長度控制在設計范圍以內。

2.2.6 鋼骨架安裝

吊頂支撐角鋼材料型號嚴格按照設計要求通過焊接方式與鋼結構構件進行連接，由于穹頂中間為巨型壯錦圖案位置，為穹頂的主要受力位置，焊接要求較高。中間采用75*75*6熱鍍鋅方通拉筋與上部鋼結構進行固定，周圈采用50x5熱鍍鋅角鋼龍骨焊接成環狀受力節點，作為吊桿連接的下弦桿，保證整體結構的穩定性，中間結構采用三角狀的設計方案，保證整個穹頂支撐結構的穩定性。

鋼骨架施工時需焊縫連接要求焊縫需滿焊，各個主要穹頂吊桿受力點達到一級焊縫標準，所有焊縫做防銹漆處理。然后進行可調掛件安裝，通過定制專用可調吊掛件與鋼骨架進行連接安裝。

2.2.7 穹頂飾面板安裝

1、吊頂龍骨安裝

龍骨安裝根據鋁單板規格、吊裝點確定安裝位置。通過可調掛件與鋼骨架有效連接并形成通過連接件組裝成井字形單元，井字形單元水平方向的安裝誤差通過該連接件的伸縮來消化。通過該連接件的伸縮來消化安裝誤差，龍骨安裝完后，必須調平，使龍骨表面平整度、接縫寬度和起拱符合設計要求，并進行隱蔽驗收。龍骨的平整度，將直接影響天花面板觀感效果。

2、飾面板安裝

（1）弧形穹頂飾面板均通過特制的專用龍骨固定在副龍骨上，由于弧形龍骨跨度較大，極易產生撓度，因此，根據受力方式，設置相應規格的龍骨，龍骨與弧形裝飾面板相一致，能更好的保證弧形穹頂由于下沉產生的撓度。

（2）考慮自身固定結構需保證要求外，對于部分平面鋁單板本身因板面過大造成板面產生撓度的問題，在跨度較大的鋁單板背后設置背筋，保證了鋁單板本身的剛性，在安裝時確定相鄰飾面板在同一高度后，進行固定，確保不會出現下撓，完成安裝。

3、飾面板調平

飾面板調平是整個天花吊頂最后一道關鍵工序，它的施工質量決定了整個天花外觀效果，需要并挑選技術水平比較高的班組進行板與板之間的調平工作，直至達到驗收要求。

2.2.8 穹頂燈具安裝與調試

裝飾面板安裝完成后，根據現場燈具實際排布情況通過吊頂內增設的維修馬道，所有燈具均從吊頂內部安裝。同時日后維修均可在吊頂內進行。燈具的規格型號需與圖紙相對應。燈具安裝完成后進行通電調試，調試完成后進行操作平臺的拆除。

4、施工質量控制

（1）目測龍骨大面積調平到位，連接平順，無下沉現象。（2）吊頂布排合理，吊件齊備，無漏吊現象。（3）對接、連接牢固，無虛接現象。（4）裝飾面層允許偏差：立面垂直度2mm，表面平整度1.5mm，拼縫寬度1.5mm。

5、施工安全措施

（1）施工人員必須佩帶安全帶，安全帶必須與已綁好的立、橫桿掛牢，不得掛在鉛絲扣或其他不牢固的地方，不得跳躍架子。（2）中小型機具必須經檢驗合格,履行驗收手續后方可使用。（3）裝飾面板及龍骨在腳手架同一跨內不允許放置重量超過腳手架計算時的施工荷載。（4）骨架不得上人踩踏。（5）穹頂飾面板安裝時，應注意保護穹頂內各種管線。

6、結束語

基于BIM技術的弧形金屬穹頂施工技術，采用龍骨與結構本身進行固定，通過龍骨的長短以及鋁單板專用可調吊掛件實現三維的調節功能，能適應適應空間曲面吊頂的變化以及變形需要；同時，通過弧形金屬穹頂三維模型指導施工的方法，精確定位結構龍骨的位置，保證龍骨與吊頂高度的關聯性，保證吊頂的平整度。同時通過三維設計的深化，確定燈槽位置以及鋁單板的尺寸，保證材料下料的精確性，保證弧形金屬穹頂的安裝質量與完成效果，在施工過程中，技能節省材料，又能保證整體穹頂的結構安全性能，穩定性強，施工完成效果得到極大的認可。