某大型主題樂園異形多曲仿真茅草屋面施工技術

徐 敏

上海建工七建集團有限公司 上海 200050

1 工程概況

上海迪士尼樂園“夢幻世界”主題園區由奇幻童話城堡、游樂區等16個單體組成，占地面積為112 312 m2，總建筑面積為34 335 m2，其中地上建筑面積為25 573 m2，地下建筑面積為8 762 m2。“七個小矮人礦山飛車”位于夢幻世界片區的東北側，為大型游樂設施工程。游客主要由南側的排隊等候區進入游樂區域，通過過山車全程游玩后由南側下客區離開。茅草屋面是排隊等候區的屋面，其平面呈粗大的“十”字形，茅草屋面長度約12.3 m，寬度約11.6 m，高度約5 m，面積約120 m2（圖1、圖2）。

圖1 茅草屋面剖面(原設計)

2 工程的特點、難點分析

2.1 屋面造型復雜、施工難度大

圖2 茅草屋面平面輪廓示意

整個屋面由多個異形的曲面拼裝而成，造型復雜，設計師用二維的設計圖紙很難反映整個建筑全貌，并且項目技術人員也普遍反映設計圖紙很難理解透徹，往往為看清某個節點的具體構造需連續翻閱大量的圖紙。

2.2 屋面施工質量要求高

屋面仿真人造茅草直接固定在混凝土屋面的表面，對多曲異形的混凝土屋面的模板安裝質量、混凝土配合比的選用及混凝土施工質量提出了很高的要求。

多曲異形的混凝土組合屋面直接采用鋼結構加工成造型，在鋼結構上鋪壓型鋼板并澆搗混凝土，對鋼結構加工質量和安裝質量提出了很高的要求。

3 屋面結構噴漿方案的確定

3.1 屋面結構方案的比選

1）屋面結構方案一（設計方案）。壓型鋼板組合混凝土屋面板是鋼結構設計中常用的設計方案，其具有耐久性好、屋面設計荷載大且與鋼梁之間能很好地連接等優點，但由于屋面造型復雜，常規混凝土澆搗施工可能存在大量的冷縫、混凝土振搗不密實等問題，且后期為達到建筑造型需花費大量人工進行修整。同時，我們通過BIM技術模擬壓型鋼板鋪設的施工全過程，發現整個屋面無法用壓型鋼板鋪設完整。

2）屋面結構方案二（建議方案）。采用塑石假山的材料和噴漿的施工工藝來完成整個復雜異形屋面的結構造型，該方案的優點是園區中有大批施工經驗豐富的工人，灰漿容易定型、可塑性強，易于雕刻和噴涂，容易完成建筑造型；缺點是對原設計院設計的結構方案需重新進行設計，通過設計計算，可能需增加部分鋼構件和鋼筋來達到設計荷載及建筑效果要求。

3.2 屋面結構方案的確定

經過不同形式的方案比選，項目部決定采用噴漿工藝的方式來實現復雜多曲屋面的造型。

針對噴漿屋面的受力情況，根椐噴射砂漿材料檢測報告并按照C20混凝土的強度進行計算，最終采用厚80 mm的噴射砂漿內配雙向不銹鋼鋼筋φ10 mm@200 mm的方案，并在既有的鋼結構內按計算要求增設型鋼體系，保證其板的跨度不大于1.0 m×1.0 m（圖3、圖4）。

圖3 調整后屋面做法

圖4 調整后屋面鋼結構模型

4 主要施工技術及措施

4.1 前期深化設計

本工程屋面造型復雜，常規施工方法很難完成設計師的造型要求，為此，運用BIM的三維可視化能力，直接三維建模，從而更準確地反映出屋面的幾何形狀以及相應的工程構造。以BIM三維建模技術精確地確定設計需要的建筑完成面后，再進行建筑完成面后的結構深化。

建模初期，BIM工程師僅能利用建筑平面圖、立面圖、剖面圖作為建模依椐，但很多復雜屋面僅僅通過這幾張圖紙不能準確反映出設計師所需要表達的設計意圖，因此BIM工程師向美方建筑師提出相應圖紙表達不清楚等問題，最終也得到了建筑師的及時回復。

在初版模型創建完成后，BIM工程師和設計師就三維可視的數字化模型進行溝通討論，提出修改意見，并直接在三維環境里完成修改。通過多次協調溝通，BIM模型越來越趨于設計師的意圖，在設計師最終簽字確認以后，以此屋面模型作為后續其他專業的深化基礎和依據。整個屋面通過BIM技術的三維建模，解決了只運用二維圖紙很難理解和深化復雜屋面的問題，并牽引后續團隊圍繞確認的屋面BIM模型開展相應的工作[1]。

4.2 鋼結構工程

本工程屋面采用1臺50 t的汽車吊進行鋼結構安裝施工。

鋼結構安裝流程：施工準備→柱腳預埋件的復測→鋼柱安裝→異形主梁安裝→次梁安裝→鋼梁面75 mm×75 mm×6 mm角鋼連接件的安裝。

鋼結構安裝過程需配備專職測量人員利用三維坐標進行跟蹤測量，確保最后的安裝形狀達到設計要求。

鋼構件焊接完畢后應及時對焊縫進行清理打磨并噴鍍鋅自動漆（圖5）。

4.3 噴漿屋面施工

4.3.1 網片施工

在鋼結構表面搭設鋼筋網片，鋼筋網片共分3層。首先采用不銹鋼密目網進行鋼結構表面敷設，敷設時，使用不銹鋼片和自攻螺釘將不銹鋼密目網與屋面鋼結構固定牢固（圖6）。

圖5 鋼結構完成形狀

圖6 不銹鋼密目網安裝

其次在密目網上面設置1層不銹鋼鋼筋φ10 mm@200 mm雙層雙向布置，φ10 mm@200 mm雙層雙向鋼筋網設置在厚80 mm噴漿層的中上部。φ10 mm不銹鋼鋼筋根據茅草屋面形狀通過現場制作出鋼筋造型；φ10 mm不銹鋼鋼筋與設置在屋面鋼梁表面高45 mm的鍍鋅角鋼（75 mm×75 mm×6 mm）連接件在頂部用電焊進行焊接（圖7），其間距為1 000 mm。φ10 mm鋼筋之間通過焊接相互連接，確保鋼筋造型對屋面的全覆蓋。焊接完成后及時去除焊渣并噴鍍鋅自動漆。

圖7 鋼筋與鋼結構連接節點

4.3.2 屋面噴漿施工

板厚達到80 mm時，噴漿需分2次進行，噴漿時應從下到上噴涂砂漿并覆蓋網片。屋面噴漿之前對屋面上8條排水天溝模板做好相應的預埋工作。

噴漿工用噴漿機向已經安裝完成的鋼筋網片上按照網片的形狀噴射第1層砂漿，必須確保砂漿穿過鋼筋，密實地掛到不銹鋼密目網上，第1層砂漿的厚度通常為40 mm。

在第1層砂漿稍干后即可以開始第2層的噴射。第2層砂漿厚度同樣為40 mm，需確保2層砂漿完全包裹鋼筋。第2層砂漿噴涂的同時，抹灰工需要時刻參考模型，爭取在砂漿收光時將設計需要的外觀效果表現出來，施工時砂漿必須抹實，表面需抹光滑。屋面噴漿層完成之后即進行養護，養護時間不少于2周（圖8）[2]。

圖8 噴漿完成的屋面效果

4.4 防水層施工

本工程的屋面防水采用2層厚3 mm的SOPRALENE（索普瑞瑪）聚酯胎APP改性瀝青防水卷材，采用熱熔滿貼法施工。其施工工藝流程為：基層驗收→基層處理→卷材細部附加層施工→大面卷材防水施工→檢查驗收→下一道工序施工。

防水卷材鋪設前先清理干凈基層上的垃圾及建筑廢棄物，并涂刷底漆，卷材鋪設方向應保證與屋面坡度方向垂直。

防水卷材鋪設時，點燃火焰噴槍對準卷材底面與基層（或下層卷材）的交界處，使卷材底面的瀝青熔化并把卷材固定在基層上，然后對準卷材與基層的夾角采用“回”字形工藝（基面—卷材邊—卷材本體—卷材邊—基面）重復烘烤，當烘烤到瀝青熔化、卷材底有光澤并發黑時，立即進行鋪貼，邊烘烤熔融涂蓋瀝青層，邊向前慢慢地滾鋪卷材，隨后壓實排出空氣并使其黏結緊密。卷材與卷材之間搭接寬度不小于100 mm，相鄰卷材之間接縫應錯開1 000 mm。

4.5 PVC仿真茅草施工

PVC仿真茅草是阻燃性的仿制真茅草的一種，它具有不生銹、不腐爛、不生蟲、耐用、防火及便于安裝等特點，仿真茅草永不褪色，壽命年限達30～50年，是代替天然茅草屋最理想的裝飾材料。

茅草鋪設前應先設計好排版圖，施工人員根椐深化設計排版圖先在屋面彈出茅草安裝的位置控制線，以便接下來的施工安裝。

仿真茅草安裝從屋檐開始，每塊厚8 cm的茅草一端自帶不銹鋼連接件并可用不銹鋼螺絲來固定。屋檐部位的茅草較厚。鋪放茅草按從下往上的順序，一層壓住一層直至最上層，每層交叉重疊20 cm左右，最后安裝脊瓦。屋面脊瓦安裝時應順著下風向開始，使屋瓦縫避開主風向。仿真茅草每鋪完一層后，即用拉拔測設合格的M5.5×65 mm不銹鋼自攻螺釘將茅草固定在屋面上（圖9）。

屋面茅草鋪設完畢后，施工人員應根據建筑師提供的效果圖在美方創意設計師的指導下對茅草進行裁剪，從而達到最終的設計效果（圖10）[3-5]。

圖9 人造茅草安裝

圖10 屋面茅草完成后的效果

5 結語

異形多曲的屋面在采用二維圖紙無法準確分析理解時，可采用BIM技術貫穿整個屋面前期的深化設計和施工的全過程，利用三維可視能力以一種新的手段來解決屋面前期的設計與施工之間存在的問題，從而為后續施工創造條件。