雙層雙曲面鏤空烤瓷鋁板的施工技術(shù)研究

包軍良

（浙江省建筑設(shè)計(jì)研究院 310000）

1 項(xiàng)目概況

某項(xiàng)目建筑面積69871m2，地上建筑面積19000 m2，地上四層，為螺旋上升結(jié)構(gòu)。幕墻分為玻璃幕墻、雙層雙曲面鏤空烤瓷鋁板裝飾幕墻、UHPC超高性能混凝土幕墻三個(gè)系統(tǒng)。其中鏤空烤瓷鋁板裝飾幕墻內(nèi)部采用金屬構(gòu)架，通過牛腿與外墻結(jié)構(gòu)或玻璃幕墻龍骨相連，裝飾構(gòu)架龍骨與金屬構(gòu)架分隔保持一致，并通過鋁合金型材連接，裝飾面由4mm烤瓷鋁板（外側(cè)）+4mm單層氟碳鋁板（內(nèi)側(cè)）組合而成, 兩者采用鋁合金型材組成一個(gè)整體單元板塊，單元板塊寬度尺寸基本控制在1500mm左右，局部板塊寬度加寬到2000mm左右，整個(gè)幕墻系統(tǒng)3200多個(gè)孔洞，大小及尺寸無(wú)一相同，且為雙層雙曲面，設(shè)計(jì)與施工難度大。

2 施工工藝流程及施工過程

常規(guī)的幕墻施工主要有圖紙深化、現(xiàn)場(chǎng)預(yù)埋、測(cè)量放樣、技術(shù)復(fù)核、材料下單、工廠制作、現(xiàn)場(chǎng)安裝、打膠、清洗等幾個(gè)過程。本項(xiàng)目的雙層雙曲面鏤空烤瓷鋁板裝飾幕墻，由于與玻璃幕墻相結(jié)合，幕墻結(jié)構(gòu)復(fù)雜。設(shè)計(jì)以BIM模型整體框架為準(zhǔn)，采用CAD圖紙以及Rhinoceros軟件配合出圖，主龍骨為鋼龍骨，面層為雙面鋁板，鋁合金配件連接，采取分段分節(jié)的施工方法。

2.1 主要施工工藝流程如下：

圖紙數(shù)字化翻樣—→出具主龍骨布置圖—→現(xiàn)場(chǎng)定位，埋件、管桁架立柱、牛腿等制作安裝—→焊接三道橫向大鋼梁龍骨—→鋼網(wǎng)片制作安裝（玻璃幕墻位置待玻璃幕墻施工完成后安裝）—→三維掃描復(fù)核—→油漆施工—→面板制作、進(jìn)場(chǎng)安裝—→打膠、清潔

2.2 施工過程

2.2.1 測(cè)量放線

根據(jù)基準(zhǔn)軸線和水準(zhǔn)點(diǎn)重新測(cè)量，并校正復(fù)核。按照設(shè)計(jì)，在底層確定幕墻定位線和分格線位，用經(jīng)緯儀或激光垂直儀將幕墻的陽(yáng)角和陰角引上，并用固定在鋼支架上的鋼絲線作標(biāo)志控制線，確定好每個(gè)立面的中線，測(cè)量時(shí)控制分配測(cè)量誤差，不能使誤差積累。放線定位后對(duì)控制線定時(shí)校核，確保幕墻垂直度和金屬豎框位置的正確。所有外立面裝飾工程統(tǒng)一放基準(zhǔn)線，并注意施工配合。

2.2.2 管桁架立柱及牛腿安裝

用BIM提供點(diǎn)位數(shù)據(jù)，用全站儀空中定位，復(fù)核。工人操作平臺(tái)選用現(xiàn)有腳手架或云梯施工，焊接位置油漆待焊接完成后再補(bǔ)漆。

2.2.3 三道橫向大鋼梁吊裝

橫向大鋼梁利用BIM提供數(shù)據(jù)及BIM模擬，采用1.5m長(zhǎng)度折線彎，C-D/2-3軸因懸挑原因故采用通長(zhǎng)。1.5m長(zhǎng)度折線彎,在地面焊接成折線弧，總長(zhǎng)4.5m或6m吊裝至已安裝的牛腿位置，與牛腿采用螺栓連接，與原有已安裝的折線弧大鋼梁采用焊接，每隔50m留置伸縮縫。大鋼梁與鋼網(wǎng)片連接小角碼在吊裝前先用BIM定位數(shù)據(jù)定位后滿焊，油漆完成后再吊裝。

2.2.4 鋼網(wǎng)片制作及吊裝

現(xiàn)場(chǎng)鋼平臺(tái)制作：根據(jù)本幕墻特點(diǎn)，選擇在加工區(qū)先搭建一個(gè)20*20米的鋼平臺(tái)，鋼平臺(tái)下方用80*40*4鋼管做地龍骨，地龍骨要求平整水平。地龍骨間距小于等于0.6米，上滿鋪10mm厚無(wú)變形鋼板。

制作刻度尺：在已搭建好的鋼平臺(tái)四邊制作刻度尺，利用不銹鋼直尺釘制到鋼平臺(tái)上，然后用30米鋼卷尺復(fù)核、調(diào)整，使其精度達(dá)到1mm以內(nèi)。

鋼網(wǎng)片制作：在制作鋼網(wǎng)片前，整個(gè)鋼網(wǎng)片的鋼構(gòu)件根據(jù)BIM數(shù)據(jù)切割，編號(hào)，然后根據(jù)BIM的鋼網(wǎng)片制作數(shù)據(jù)，在每一個(gè)交點(diǎn)處設(shè)置直徑63mm的圓鋼管作為鉸接管，該管用雙紅外線定位XY軸及垂直度，管長(zhǎng)大于等于Z軸高度，然后再在每一個(gè)鋼圓管上找Z軸數(shù)據(jù)，作標(biāo)記，再將有編號(hào)的鋼構(gòu)件對(duì)號(hào)連接，全部安裝完成后進(jìn)行數(shù)據(jù)校核，然后滿焊，油漆。

鋼網(wǎng)片吊裝：根據(jù)網(wǎng)片的重量，選擇塔吊或者汽車吊進(jìn)行吊裝。先試吊，看鋼網(wǎng)片變形情況，確定是否需要加固后吊裝，如果需要加固，在鋼網(wǎng)片四周加一200*150*10的鋼構(gòu)，用螺栓連接固定在網(wǎng)片上，不平整之處選用木頭墊平。吊裝根據(jù)作業(yè)區(qū)、吊裝位置及吊裝方式進(jìn)行，工人選用云梯車，局部無(wú)法用云梯車的（如鋼網(wǎng)片與玻璃之間有作業(yè)），選用汽車吊作業(yè)。

2.2.5 鏤空烤瓷鋁板安裝

鋁板結(jié)構(gòu)裝配組合件提前在工廠車間內(nèi)進(jìn)行組裝完畢，安裝時(shí)首先按設(shè)計(jì)位置調(diào)整間隙、水平度及垂直度，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)將鋁板裝配組合件通過不銹鋼螺栓和壓塊固定在主副龍骨上。具體要求：金屬板安裝時(shí)應(yīng)保持左右、上下的偏差±1.5mm；幕墻平面度±2.0mm；豎縫直線度±2.0mm；橫縫直線度±2.0mm；橫縫水平度±2.0mm；縫寬度±1.5mm；相鄰兩板塊高低差1mm。檢測(cè)手段：分別用激光經(jīng)緯儀、激光水準(zhǔn)儀、鉛垂儀、3m靠尺、卡尺、深度尺檢驗(yàn)。安裝完成、校核無(wú)誤后，填塞泡沫條并用耐候密封膠打膠處理。

2.2.6 清潔收尾

清潔收尾是工程竣工驗(yàn)收的最后一道工序，雖然安裝已完工，但為求完美的飾面質(zhì)量，此工序不能馬虎。

基本操作：鋁板飾面在最后工序時(shí)揭開保護(hù)膜紙，若已產(chǎn)生污染，應(yīng)用中性溶劑清洗后，用清水沖洗干凈，若洗不干凈則應(yīng)通知供應(yīng)商尋求其它辦法解決。鋁板板面的膠絲跡或其它污物，可用刀片刮凈并用中性溶劑洗滌和清水沖洗干凈，在全過程中注意成品保護(hù)。

3 設(shè)計(jì)與施工難點(diǎn)分析

1、各專業(yè)設(shè)計(jì)與施工的協(xié)調(diào)。烤瓷鋁板幕墻根據(jù)建筑造型螺旋上升，由大段圓弧拼接而成，在空間上是三維立體，呈現(xiàn)雙層雙曲面模式，每一個(gè)埋件、每一個(gè)桿件、每一塊鋁板都不一樣，均需精準(zhǔn)定位并深化，平立剖面圖很難體現(xiàn)幕墻各構(gòu)件之間的位置關(guān)系。烤瓷鋁板幕墻與主體結(jié)構(gòu)、屋面樓梯間、出風(fēng)井、送風(fēng)井、屋面綠化、空調(diào)設(shè)備、風(fēng)機(jī)等存在沖突問題，既要保證建筑效果，又要解決各專業(yè)施工沖突問題，避免施工時(shí)的扯皮與返工，協(xié)調(diào)難度大。

2、金屬構(gòu)件及鋁板安裝的定位。每一個(gè)點(diǎn)位都是獨(dú)一無(wú)二的，沒有固定的參考點(diǎn)可以校核，所以在牛腿安裝、金屬網(wǎng)架加工、網(wǎng)架安裝、烤瓷鋁板安裝時(shí)，如何保證定位精準(zhǔn)，構(gòu)件、鋁板加工準(zhǔn)確，安裝可靠無(wú)誤，縫寬基本一致，保證整體效果，是施工的最大難點(diǎn)。

3、烤瓷鋁板的加工。選用烤瓷鋁板的主要因素是其自潔性較好，但是本項(xiàng)目鋁板造型復(fù)雜，形狀大小不一，孔洞的深化及材料加工難度很大，沒有成熟的技術(shù)，根本沒法制作，同時(shí)，鏤空的尺寸較大，導(dǎo)致鋁板損耗大，成本高。烤瓷鋁板的加工及成本是項(xiàng)目質(zhì)量和造價(jià)控制的難點(diǎn)。

4 設(shè)計(jì)與施工控制要點(diǎn)及方法

針對(duì)上述難點(diǎn)，本項(xiàng)目緊抓施工控制要點(diǎn)，采取設(shè)計(jì)與施工相結(jié)合的方法，提高施工的質(zhì)量，降低施工的成本。

1、綜合協(xié)調(diào)避免專業(yè)沖突，技術(shù)集成提高質(zhì)量及效果。各專業(yè)設(shè)計(jì)及各分包單位容易僅從自身角度考慮問題，忽視與其他專業(yè)或單位的協(xié)同合作，兩者之間的綜合協(xié)調(diào)，是設(shè)計(jì)與施工技術(shù)集成的關(guān)鍵。項(xiàng)目充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)和管理經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)時(shí)利用犀牛、BIM等專業(yè)軟件三維合成技術(shù)進(jìn)行各專業(yè)設(shè)計(jì)與施工的技術(shù)集成，模擬施工，事先處理烤瓷鋁板幕墻與屋面機(jī)房、通風(fēng)井、排煙井、空調(diào)安裝機(jī)組、風(fēng)機(jī)、屋頂景觀綠化的沖突問題，比如，根據(jù)幕墻魚腹柱和網(wǎng)架的位置，對(duì)屋面的安裝機(jī)組、設(shè)備安裝位置進(jìn)行優(yōu)化，避免幕墻的調(diào)整，對(duì)于幕墻與屋面機(jī)房、樓梯間的沖突問題，采用留洞的方式處理，對(duì)于幕墻與通風(fēng)井等沖突問題，采取改變風(fēng)井位置、幕墻留洞或幕墻適當(dāng)移位的方式，對(duì)于幕墻下口與屋頂綠化完成面的協(xié)調(diào)問題，事先根據(jù)做法及標(biāo)高，確定幕墻下口及綠化完成面的標(biāo)高。同時(shí)，對(duì)幕墻的烤瓷鋁板網(wǎng)架進(jìn)行合理優(yōu)化，減少規(guī)格，減少各專業(yè)施工過程中的錯(cuò)、漏、碰、缺與設(shè)計(jì)修改問題，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，提升施工效率，降低施工成本，增加屋面的美觀性。

2、數(shù)字化建模人員是設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的保障，專業(yè)的測(cè)繪人員是施工的保障。本項(xiàng)目螺旋上升的雙曲面幕墻結(jié)構(gòu)，如果采用常規(guī)的設(shè)計(jì)手段以及平立剖面圖，根本不可能完成如此復(fù)雜的設(shè)計(jì)任務(wù)，施工人員也無(wú)法取得準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)信息，要完成施工任務(wù)，必須使用專業(yè)的設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)字化建模，這就需要專業(yè)的建模人員，在軟件中準(zhǔn)備表達(dá)設(shè)計(jì)意圖，完成設(shè)計(jì)任務(wù)，并提供施工所需的相關(guān)加工數(shù)據(jù)。有了相關(guān)施工數(shù)據(jù)，需要專業(yè)的測(cè)繪人員對(duì)各個(gè)桿件的位置進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，在加工金屬網(wǎng)片時(shí)，需要對(duì)網(wǎng)片各個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)、高程進(jìn)行精確定位，才能保證加工完成的網(wǎng)片與數(shù)字化模型相匹配，才能保證金屬網(wǎng)片構(gòu)架與外部包裹的裝飾鋁板的龍骨三維軸線保持一致，才能保證裝飾鋁板在金屬網(wǎng)片上能準(zhǔn)確安裝，將誤差控制在允許范圍內(nèi)。如果沒有可靠的測(cè)繪技術(shù)、專業(yè)的測(cè)繪人員，網(wǎng)片的加工、各個(gè)構(gòu)件的安裝都難以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。

3、設(shè)計(jì)優(yōu)化控制烤瓷鋁板成本，先進(jìn)技術(shù)提高加工質(zhì)量及效率。為保證烤瓷鋁板幕墻的完成效果，方便施工、控制成本，項(xiàng)目部多次組織設(shè)計(jì)與施工技術(shù)人員交流探討，同時(shí)赴廠家考察烤瓷鋁板生產(chǎn)工藝。由于烤瓷鋁板形狀、大小無(wú)一相同，原設(shè)計(jì)要求利用整塊鋁板切割成型，面對(duì)烤瓷鋁板加工損耗大、成本高的問題，設(shè)計(jì)與施工針對(duì)鋁板進(jìn)行了合理優(yōu)化，允許鋁板根據(jù)孔洞大小進(jìn)行合理的分割，然后焊接成型，焊縫經(jīng)過打磨，要求與鋁板整塊切割效果相同，既方便施工，又降低成本。為確保材料加工的準(zhǔn)確性，運(yùn)用三維軟件進(jìn)行圖紙深化，現(xiàn)場(chǎng)的鋼網(wǎng)架利用激光三維掃描儀進(jìn)行掃描，然后導(dǎo)入軟件進(jìn)行位置、尺寸復(fù)核，模擬施工，復(fù)核無(wú)誤后，將整個(gè)幕墻分為A、B、C、D四個(gè)區(qū)，每一個(gè)區(qū)每塊鋁板按順序進(jìn)行編號(hào)，由軟件自動(dòng)生成加工圖，利用數(shù)控設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化加工，成型的鋁板進(jìn)入烤瓷流水線進(jìn)行鋁板的烤瓷，確保烤瓷鋁板加工的精度和質(zhì)量滿足要求。經(jīng)過各道工序的嚴(yán)格把控，圓滿完成施工任務(wù)。

5 結(jié)語(yǔ)

復(fù)雜幕墻的設(shè)計(jì)與施工是一個(gè)系統(tǒng)性工程，需要設(shè)計(jì)人員與施工人員相互的協(xié)同配合，施工團(tuán)隊(duì)需要掌握核心的施工技術(shù)，做好各個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)與質(zhì)量控制，才能高質(zhì)量的完成施工任務(wù)。