國家會展中心（上海）能源中心外立面改造施工技術

閔溯洋

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

隨著城市發展，大規模新建開發項目逐漸減少，對城市既有建筑物的改造升級項目逐漸成為趨勢。與此同時，針對該類項目施工技術的研究尚不如新建類施工技術研究普遍[1-4]。本文基于國家會展中心（上海）能源中心外立面改造，對既有建筑外立面改造技術進行一些探討。本文內容涉及原有結構三維掃描技術、既有建筑逆向設計以及外立面改造的具體施工實施，覆蓋整個外立面改造工程的設計與施工全過程。

1 工程概況

為配合中國國際進口博覽會舉辦，國家會展中心（上海）東南角的能源中心需進行外立面改造。能源中心既有建筑包括主站房（最高28.1 m）、變電站（最高16.28 m）和蓄水罐（最高30.39 m），主站房、變電站為鋼筋混凝土框架結構，蓄水罐包括2個特制的鋼制罐體。外立面改造方式為：在既有建筑周邊安裝鋼結構受力體系，在鋼結構上安裝外裝飾龍骨，最后安裝外裝飾鋁板。施工期間，能源中心需保障國家會展中心的正常開展運營，包括4臺大型天然氣發電機組、變電站、2個蓄水塔及周邊天然氣、電氣、冷卻管線在內的能源供應設施均需正常運轉。圖1為能源中心外裝飾設計效果，圖2為能源中心原有結構實景。

圖1 能源中心外裝飾設計效果

圖2 能源中心原有結構

2 研究難點

2.1 新舊結構連接

需要為既有建筑物新增外立面，必然需要解決新舊結構連接問題。采用何種形式，連接節點如何滿足耐久要求是一個難題。此外，既有建筑物為獨立沉降的3個單體，而新增外立面需聯系為一個整體，是否會造成既有建筑物的新一輪沉降開裂，在施工前均需要解決。

2.2 既有建筑物測量

經測量，能源中心既有建筑物與舊有設計圖紙基本符合。但同時地下、地上均密布天然氣、電氣、冷卻管線，經現場實際勘察，實際管線與舊有設計圖紙偏差較大，舊有圖紙基本沒有參考價值。現場管線錯綜復雜，如何測繪、判斷與新增外立面結構之間的關系，亟需解決。

2.3 施工環境復雜

該項目位于國家會展中心的能源中心，且施工期間必須保障國家會展中心的正常開展和運營。能源中心內部包括4臺大型天然氣發電機組、變電站、2個大型蓄水塔、2個天然氣調壓站，周邊地上及地下天然氣、電氣、冷卻管線密布，場內空間狹小，如何做好既有建筑物及設備、管線保護，防火、防觸電等安全防護措施，值得研究探討。

3 解決方案

3.1 新舊結構連接難點的解決措施

主站房原為鋼筋混凝土結構，新增外裝飾鋼結構通過后植埋件連接至原結構的混凝土柱和圈梁上。由于所處能源中心地面以下管線錯綜復雜，故將鋼結構外附于原有結構且不落地，避免對管線造成損傷。圖3為主站房外立面鋼結構與原結構的連接形式。

配電站原為鋼筋混凝土結構，新增外裝飾鋼結構通過后植埋件連接至原結構的混凝土柱和圈梁上。由于地面以下管線錯綜復雜，故也將鋼結構外附于原有結構且不落地。圖4為配電站外立面鋼結構與原結構的連接形式。

圖3 主站房外立面鋼結構與 原結構連接形式

圖4 配電站外立面鋼結構與原結構連接形式

蓄水罐原為專業廠家生產，結構最薄處鋼板僅6 mm。為防對蓄水罐產生不利影響，新增外裝飾鋼結構不與蓄水罐罐體接觸。2個蓄水罐各裝有10 000 m3蓄能水，有可靠的下臥樁基礎。施工前，緊貼原有混凝土基礎外圈，施工新的混凝土基礎。新增鋼結構的豎向桁架，通過埋件作用到本次新施工的基礎上。圖5為蓄水罐鋼結構基礎形式。

圖5 蓄水罐鋼結構基礎形式

主站房與變電站之間的外立面鋼結構，采用滑動支座連接，避免新增結構將2個獨立沉降的單體連為一體。主站房與蓄水罐相連的兩處，鋼結構實際為懸挑在主站房上，避免將荷載傳遞到蓄水罐上，由此，主站房與蓄水罐也保持獨立沉降，圖6為采用的滑動支座3D示意。

圖6 采用滑動支座使各單體保持獨立

上述節點中提到的新增牛腿、埋件等，均需后植施工，考慮到耐久性、安全性，經過研究比選，后植施工中采用了喜利得HDA重型機械錨栓的連接形式，在達到所需強度的同時，避免了常規化學錨栓經過日曬雨淋后，可靠性下降的問題。圖7為采用重型機械錨栓的埋板實景，圖8為鋼桁架通過重型機械錨栓埋板與原有混凝土框架柱相連實景。

3.2 既有建筑物測量難點的解決措施

由于能源中心為既有建筑物，且經過數年的沉降變形，現有建筑的定位、尺寸均與原有設計圖存在一定出入，同時，地下、地上均密布天然氣、電氣、冷卻管線，經現場實際勘察，實際管線與舊有設計圖紙偏差較大，舊有管線圖紙基本沒有參考價值。新增結構很難按原設計圖紙進行設計，而傳統的測量手段也很難為后續外裝飾鋼結構的設計提供有力的數據支撐。經過研究，采用了三維掃描逆向設計技術，為后續的鋼結構、幕墻設計提供了有力的技術手段。

圖7 重型機械錨栓埋板實景

圖8 鋼桁架與原有混凝土框架柱相連實景

通過三維掃描技術，將現場建筑、管線、道路等識別為點云模型，導入計算機后，可以在BIM軟件中進行測量，并與基于原設計圖建立的原結構理論模型進行疊加比對。比對過程中，進行了碰撞檢查，與常規碰撞檢查不同的是，常規新建工程中的碰撞檢查，是為了對諸如管線與管線間的碰撞、管線與結構間的碰撞進行報錯，而該工程的碰撞檢查，是將實測模型與理論模型進行疊加，碰撞程度越高的區域，說明理論模型越符合實際情況，而碰撞程度低的地方，表示理論模型與實際情況相差較大，需根據對實測模型的測量進行調整。基于以上逆向設計方法，在對理論模型進行多次調整后，最終得到了較為符合實際情況的既有結構及管線的理論模型，在此基礎上，進行新增外立面結構的設計，從而確保了新舊建筑物、管線不發生碰撞。圖9為三維掃描點云模型，圖10為根據點云模型逆向設計的理論模型。

圖9 三維掃描點云模型

圖10 根據點云模型逆向設計的理論模型

3.3 施工環境復雜難點的解決措施

能源中心周邊施工環境狹小，危險源眾多。經研究，采用汽車吊與塔吊配合施工。在危險源相對較少的區域，汽車吊開行及停機在既有建筑物周圍道路上進行施工；在危險源集中的區域，即蓄水罐周邊區域，為避免汽車吊施工對道路下埋設的管線造成破壞，特意在能源中心圍墻外、東側市政道路上，安裝1臺70 m工作半徑的平臂塔吊，在滿足對危險區域全覆蓋的同時，盡可能減小吊裝荷載對能源中心的影響。

此外，該塔吊采用堆載式后置基礎形式，利用作用在塔吊下方的堆載配重提供反力，不在市政道路上設置任何埋件或永久基礎，從而在改造施工結束后，拆除塔吊及其底部配重，市政道路當即恢復原貌，未遭受任何破壞。圖11為市政道路上設置的塔吊后置基礎。

圖11 在市政道路上設置塔吊堆載式后置基礎

針對蓄水罐周邊危險源眾多的情況，設置了諸多安全措施。在天然氣調壓站上方及側面，搭設雙層防護棚。涉及焊接作業下方的所有管線，均使用防火布層層包裹。同時，在有焊接作業時，均將焊接作業點下方淋濕，防止火星引起火情。由于2個蓄水罐外層均包裹著易燃的保溫棉，故在施工前，使用防火布將蓄水罐完全包裹，確保萬無 一失。

4 結語

本文對既有建筑的改造升級施工技術進行了研究，通過合理的節點設計及后植機械錨栓的應用，解決了新舊結構連接問題；通過三維掃描逆向設計，建立了準確的既有建筑及管線的理論模型，成為新增結構設計的基礎；在既有建筑及周邊環境保護方面，針對既有結構特點、施工環境實際情況，確定了施工及保護方法，保證了施工過程的安全性、合理性、可行性、經濟性。

本次研究使國家會展中心（上海）能源中心外立面升級工程在短短3個月內得以順利實施，同時也為類似工程提供了經驗借鑒。

[1] 連珍.數字化建造技術在既有建筑改造過程中的應用[J].建筑施工, 2019,41(11):2048-2050.

[2] 王華陽.BIM技術在既有建筑項目改造中的應用分析[J].鄭州鐵路 職業技術學院學報,2017,29(4):20-22.

[3] 李亞東,郎灝川,吳天華.現場掃描結合BIM技術在工程實施中的應 用[J].施工技術,2012,41(18):19-22.

[4] 蔣璐,鄭昊.BIM技術在既有建筑檢測加固中的應用探索[J].土木建 筑工程信息技術,2016,8(5):26-29.