某大型主題樂園異形多曲仿真茅草屋面施工技術(shù)

徐 敏

上海建工七建集團(tuán)有限公司 上海 200050

1 工程概況

上海迪士尼樂園“夢(mèng)幻世界”主題園區(qū)由奇幻童話城堡、游樂區(qū)等16個(gè)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(gè)小矮人礦山飛車”位于夢(mèng)幻世界片區(qū)的東北側(cè)，為大型游樂設(shè)施工程。游客主要由南側(cè)的排隊(duì)等候區(qū)進(jìn)入游樂區(qū)域，通過過山車全程游玩后由南側(cè)下客區(qū)離開。茅草屋面是排隊(duì)等候區(qū)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(shè)計(jì))

2 工程的特點(diǎn)、難點(diǎn)分析

2.1 屋面造型復(fù)雜、施工難度大

圖2 茅草屋面平面輪廓示意

整個(gè)屋面由多個(gè)異形的曲面拼裝而成，造型復(fù)雜，設(shè)計(jì)師用二維的設(shè)計(jì)圖紙很難反映整個(gè)建筑全貌，并且項(xiàng)目技術(shù)人員也普遍反映設(shè)計(jì)圖紙很難理解透徹，往往為看清某個(gè)節(jié)點(diǎn)的具體構(gòu)造需連續(xù)翻閱大量的圖紙。

2.2 屋面施工質(zhì)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(duì)多曲異形的混凝土屋面的模板安裝質(zhì)量、混凝土配合比的選用及混凝土施工質(zhì)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(jié)構(gòu)加工成造型，在鋼結(jié)構(gòu)上鋪壓型鋼板并澆搗混凝土，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)加工質(zhì)量和安裝質(zhì)量提出了很高的要求。

3 屋面結(jié)構(gòu)噴漿方案的確定

3.1 屋面結(jié)構(gòu)方案的比選

1）屋面結(jié)構(gòu)方案一（設(shè)計(jì)方案）。壓型鋼板組合混凝土屋面板是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常用的設(shè)計(jì)方案，其具有耐久性好、屋面設(shè)計(jì)荷載大且與鋼梁之間能很好地連接等優(yōu)點(diǎn)，但由于屋面造型復(fù)雜，常規(guī)混凝土澆搗施工可能存在大量的冷縫、混凝土振搗不密實(shí)等問題，且后期為達(dá)到建筑造型需花費(fèi)大量人工進(jìn)行修整。同時(shí)，我們通過BIM技術(shù)模擬壓型鋼板鋪設(shè)的施工全過程，發(fā)現(xiàn)整個(gè)屋面無法用壓型鋼板鋪設(shè)完整。

2）屋面結(jié)構(gòu)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(gè)復(fù)雜異形屋面的結(jié)構(gòu)造型，該方案的優(yōu)點(diǎn)是園區(qū)中有大批施工經(jīng)驗(yàn)豐富的工人，灰漿容易定型、可塑性強(qiáng)，易于雕刻和噴涂，容易完成建筑造型；缺點(diǎn)是對(duì)原設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)方案需重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過設(shè)計(jì)計(jì)算，可能需增加部分鋼構(gòu)件和鋼筋來達(dá)到設(shè)計(jì)荷載及建筑效果要求。

3.2 屋面結(jié)構(gòu)方案的確定

經(jīng)過不同形式的方案比選，項(xiàng)目部決定采用噴漿工藝的方式來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜多曲屋面的造型。

針對(duì)噴漿屋面的受力情況，根椐噴射砂漿材料檢測(cè)報(bào)告并按照C20混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，最終采用厚80 mm的噴射砂漿內(nèi)配雙向不銹鋼鋼筋φ10 mm@200 mm的方案，并在既有的鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)按計(jì)算要求增設(shè)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(diào)整后屋面做法

圖4 調(diào)整后屋面鋼結(jié)構(gòu)模型

4 主要施工技術(shù)及措施

4.1 前期深化設(shè)計(jì)

本工程屋面造型復(fù)雜，常規(guī)施工方法很難完成設(shè)計(jì)師的造型要求，為此，運(yùn)用BIM的三維可視化能力，直接三維建模，從而更準(zhǔn)確地反映出屋面的幾何形狀以及相應(yīng)的工程構(gòu)造。以BIM三維建模技術(shù)精確地確定設(shè)計(jì)需要的建筑完成面后，再進(jìn)行建筑完成面后的結(jié)構(gòu)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(fù)雜屋面僅僅通過這幾張圖紙不能準(zhǔn)確反映出設(shè)計(jì)師所需要表達(dá)的設(shè)計(jì)意圖，因此BIM工程師向美方建筑師提出相應(yīng)圖紙表達(dá)不清楚等問題，最終也得到了建筑師的及時(shí)回復(fù)。

在初版模型創(chuàng)建完成后，BIM工程師和設(shè)計(jì)師就三維可視的數(shù)字化模型進(jìn)行溝通討論，提出修改意見，并直接在三維環(huán)境里完成修改。通過多次協(xié)調(diào)溝通，BIM模型越來越趨于設(shè)計(jì)師的意圖，在設(shè)計(jì)師最終簽字確認(rèn)以后，以此屋面模型作為后續(xù)其他專業(yè)的深化基礎(chǔ)和依據(jù)。整個(gè)屋面通過BIM技術(shù)的三維建模，解決了只運(yùn)用二維圖紙很難理解和深化復(fù)雜屋面的問題，并牽引后續(xù)團(tuán)隊(duì)圍繞確認(rèn)的屋面BIM模型開展相應(yīng)的工作[1]。

4.2 鋼結(jié)構(gòu)工程

本工程屋面采用1臺(tái)50 t的汽車吊進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)安裝施工。

鋼結(jié)構(gòu)安裝流程：施工準(zhǔn)備→柱腳預(yù)埋件的復(fù)測(cè)→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(jié)構(gòu)安裝過程需配備專職測(cè)量人員利用三維坐標(biāo)進(jìn)行跟蹤測(cè)量，確保最后的安裝形狀達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

鋼構(gòu)件焊接完畢后應(yīng)及時(shí)對(duì)焊縫進(jìn)行清理打磨并噴鍍鋅自動(dòng)漆（圖5）。

4.3 噴漿屋面施工

4.3.1 網(wǎng)片施工

在鋼結(jié)構(gòu)表面搭設(shè)鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)片共分3層。首先采用不銹鋼密目網(wǎng)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)表面敷設(shè)，敷設(shè)時(shí)，使用不銹鋼片和自攻螺釘將不銹鋼密目網(wǎng)與屋面鋼結(jié)構(gòu)固定牢固（圖6）。

圖5 鋼結(jié)構(gòu)完成形狀

圖6 不銹鋼密目網(wǎng)安裝

其次在密目網(wǎng)上面設(shè)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(wǎng)設(shè)置在厚80 mm噴漿層的中上部。φ10 mm不銹鋼鋼筋根據(jù)茅草屋面形狀通過現(xiàn)場(chǎng)制作出鋼筋造型；φ10 mm不銹鋼鋼筋與設(shè)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(jìn)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(duì)屋面的全覆蓋。焊接完成后及時(shí)去除焊渣并噴鍍鋅自動(dòng)漆。

圖7 鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)

4.3.2 屋面噴漿施工

板厚達(dá)到80 mm時(shí)，噴漿需分2次進(jìn)行，噴漿時(shí)應(yīng)從下到上噴涂砂漿并覆蓋網(wǎng)片。屋面噴漿之前對(duì)屋面上8條排水天溝模板做好相應(yīng)的預(yù)埋工作。

噴漿工用噴漿機(jī)向已經(jīng)安裝完成的鋼筋網(wǎng)片上按照網(wǎng)片的形狀噴射第1層砂漿，必須確保砂漿穿過鋼筋，密實(shí)地掛到不銹鋼密目網(wǎng)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(shí)，抹灰工需要時(shí)刻參考模型，爭(zhēng)取在砂漿收光時(shí)將設(shè)計(jì)需要的外觀效果表現(xiàn)出來，施工時(shí)砂漿必須抹實(shí)，表面需抹光滑。屋面噴漿層完成之后即進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)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(yàn)收→基層處理→卷材細(xì)部附加層施工→大面卷材防水施工→檢查驗(yàn)收→下一道工序施工。

防水卷材鋪設(shè)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(shè)方向應(yīng)保證與屋面坡度方向垂直。

防水卷材鋪設(shè)時(shí)，點(diǎn)燃火焰噴槍對(duì)準(zhǔn)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(duì)準(zhǔn)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(fù)烘烤，當(dāng)烘烤到瀝青熔化、卷材底有光澤并發(fā)黑時(shí)，立即進(jìn)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(shí)排出空氣并使其黏結(jié)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(yīng)錯(cuò)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(diǎn)，仿真茅草永不褪色，壽命年限達(dá)30～50年，是代替天然茅草屋最理想的裝飾材料。

茅草鋪設(shè)前應(yīng)先設(shè)計(jì)好排版圖，施工人員根椐深化設(shè)計(jì)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(shí)應(yīng)順著下風(fēng)向開始，使屋瓦縫避開主風(fēng)向。仿真茅草每鋪完一層后，即用拉拔測(cè)設(shè)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(shè)完畢后，施工人員應(yīng)根據(jù)建筑師提供的效果圖在美方創(chuàng)意設(shè)計(jì)師的指導(dǎo)下對(duì)茅草進(jìn)行裁剪，從而達(dá)到最終的設(shè)計(jì)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(jié)語

異形多曲的屋面在采用二維圖紙無法準(zhǔn)確分析理解時(shí)，可采用BIM技術(shù)貫穿整個(gè)屋面前期的深化設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)與施工之間存在的問題，從而為后續(xù)施工創(chuàng)造條件。