異形空間混合幕墻建造創新技術

劉愛東 杜重安

摘要：本文通過介紹桂林市文化旅游中心漓江歌劇院項目異形空間混合幕墻的創新技術，包括無人機掃描及逆向建模技術、全過程BIM技術、空間多桿件匯聚的自由曲面玻璃幕墻及其連接系統創新技術、大跨度異形拉鎖幕墻制造創新技術。

有效的解決了異形空間混合幕墻及大跨度異形拉鎖幕墻的建造難題，取得顯著成果，進一步推進了智能設計、智能制造、智能測量在幕墻行業中的運用，為類似工程提供借鑒與參考。

關鍵詞：異形空間;混合幕墻;創新技術

1 工程概況

桂林市文化旅游中心漓江歌劇院項目，位于廣西省桂林市，是一個以其市花-桂花為主題設計的具有新時代元素的地標建筑。項目由音樂廳和歌劇院組成，歌劇院建筑高度42.004米，音樂廳建筑高度20.428米，基座幕墻呈不規則波浪狀。歌劇院入口處玻璃框架幕墻呈拱形，大面拉索幕墻呈雙曲面馬鞍形;音樂廳立面幕墻高度沿屋檐變化而變化。歌劇院屋頂由盛開桂花花瓣狀直立鎖邊鋁板幕墻和飛翼狀玻璃采光頂組成，造型曲面復雜，弧度變化大，音樂廳屋面全部由直立鎖邊鋁板幕墻組成，形狀類似于含苞待放的桂花花瓣造型。整個項目幕墻全部為框架式幕墻，幕墻面積約3萬平米。

2 工程難點分析

本項目超過95%以上幕墻形體都是自由曲面變化的幕墻造型，其中大跨度異形空間屋面鋁板幕墻;四角自由曲面飛翼狀玻璃幕墻系統由內向外延伸，頂邊部弧度變化接近90度;大跨度異形拉鎖幕墻，雙曲面彎曲，橫向最短4.4米，最長18.0米;豎向最短11.6米，最長29.5米。整個幕墻的設計、加工制作、安裝均已超出現有規范要求。

3 創新技術應用

3.1 無人機掃描及逆向建模技術：

為避免土建結構偏差對幕墻設計造成影響，提高設計精度，采用無人機掃描及逆向建模技術方法，建立項目現場結構實體3D模型，并利用BIM技術，對照電腦設計模型進行對比分析，提前找出土建結構的偏差，消化吸收。

3.2 全過程BIM技術應用：

桂林市文化旅游中心漓江歌劇院這種異形空間混合幕墻項目，如果采用傳統的CAD軟件進行二維出圖方式來組織設計及加工的話，不但耗費人工非常高，出圖效率低下，而且圖紙精度低，圖紙容易出錯，導致返工，浪費材料和時間，受制于構建的加工精度不高，現場的安裝精度也難以達到，幕墻安裝會出現粗制濫造，甚至出現無法安裝需要返工重做的事情發生。

為規避上述問題，提高幕墻設計精度，我們在本項目中全程應用了新型的BIM-CAM一體化設計及生產加工技術。在設計及生產加工上，我們全程利用BIM技術對項目進行了形體分析及數據輸出，通過Rhino軟件，建立了Rhino 400+ 幕墻的3D模型，并通過CAM轉換，將數據導入到加工中心進行生產加工，實現一體化設計及生產加工，既提高了設計的出圖精度（設計精度達到了1mm以內），降低了人效，同時也保障了構件生產加工的精度。縮短了工期，提高了人效，取得了良好的經濟效益。

在BIM系統中，還可以通過對架子、車輛、堆場等物流要素全部進行ID編碼，通過該編碼可以對每天發車時間、裝車及現場安裝等信息進行統計排布。有利于合理安排物流運輸、現場材料組織等各項工作。

通過對BIM模型中，幕墻各特征點的提取，可以作為現場測量放線的依據，用于指導項目現場的測量放線工作，同時，借助BIM技術三維可視化功能，展現幕墻的安裝順序、施工方案及完成后的最終效果。并采用可視化模型指導現場施工，通過模型進行施工技術交底。

3.3 空間多桿件匯聚的自由曲面玻璃幕墻及其連接系統創新技術

本項目采光頂四周如飛翼狀造型設計，且頂邊部呈90度弧度變化，采光頂的玻璃全部是異形三角形玻璃，數量超過4000塊，對應的桿件數量超過12000件。如果采用傳統做法，對每個桿件進行放樣、編號、加工;其編號數量將超過10000件，不但設計的出圖數量成幾何倍數增加，而且加工過程中，要不斷調整刀具、模具，加工效率極其低下，加工精度也將嚴重受影響，材料到達現場后，現場的材料管理難度也非常巨大，工人很容易裝錯，無法達到預期效果。

為解決上述問題，我們研發了一種新型空間多桿件匯聚的自由曲面玻璃幕墻系統，其利用一個標準件可以解決復雜空間結構的連接問題，可以提高曲面幕墻的安裝效率及安裝精度，實現建筑效果的簡潔美觀。

這種新型空間多桿件匯聚的自由曲面玻璃幕墻連接系統，不但實現了龍骨三維可調連接，而且實現了玻璃夾角可變連接。

3.4 大跨度異形拉鎖幕墻制造創新技術

本項目拉索幕墻位于大劇院鋼結構立面8.3米—42米東面、西面、南面、北面四個立面區域，總面積約1500㎡。皆為雙曲面拉鎖幕墻;其中，每幅拉鎖幕墻，豎向拉索15根，直徑?32，最短處11.60m，最長處29.50m;橫向拉索24根，直徑?24，最短處4.40m，最長處18.00m;拉鎖擾度要控制在1/200以內。

根據荷載計算，拉鎖的最大支座反力達到了369KN，而且這種異形拉鎖幕墻會在拉鎖端部固定點部位產生一定的變形，形成“軟邊界”，而且拉鎖的可調節范圍很小，如何控制好拉鎖幕墻的變形，達到張拉效果，是整個拉鎖幕墻設計、施工要考慮的核心關鍵所在。

為了解決這個問題，我們通過SAP2000 大型通用有限元分析軟件，利用有限元技術中的非線性分析方法，對整個拉鎖幕墻進行全過程施工仿真計算分析，在電腦上全程模擬張拉過程中的受力變化及拉鎖變形情況，并通過軟件分析，找出解決方案。然后結合每根拉鎖的張拉受力變化，在拉鎖生產時就標定拉鎖張拉前和張拉后的位置變化點，為現場實際張拉提供依據;同時，在拉鎖兩端設置可調節裝置，消化吸收拉鎖張拉過程中的尺寸變形偏差;為確保拉鎖張拉的精度，我們在施工過程中全程采用了全站儀進行監控定位。

為確保拉鎖張拉及玻璃安裝施工安全，結合本項目拉鎖幕墻形式及主體結構特點，我們選擇搭設階梯型腳手架。

實際張拉施工中，我們應用了新型“索網幕墻超長豎鎖精確張拉工藝”技術，采取分段循環張拉的方式，先張拉豎鎖，再張拉橫鎖，豎鎖張拉先從工字鋼中間進行第一根拉索的張拉，然后在工字鋼兩端進行拉索張拉，再接著對中間拉索的左右兩側的拉索進行張拉，如此交替逐根將所有拉索張拉完畢。

4 結束語

本項目異形空間混合幕墻的創新技術， 極大的簡化了幕墻設計出圖及生產加工的難度，提高了設計出圖的準確率，有效保障了生產加工的精度，極大的降低了現場測量放線的難度，降低了現場安裝施工及材料組織的難度，有效的解決了異形空間混合幕墻及大跨度異形拉鎖幕墻的建造難題，為類似的異型空間混合幕墻建造提供解決方案。

參考文獻：

[ 1 ] 建筑幕墻.GB＼T21086-2007.

[ 2 ] 玻璃幕墻工程技術規范.JGJ102-200