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摘要:為了實(shí)現(xiàn)建筑師對(duì)日新月異的復(fù)雜表皮結(jié)構(gòu)需要,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜新穎的幕墻手段也層出不窮。從設(shè)計(jì)人員傳統(tǒng)的1:1的機(jī)械式制圖、校對(duì)及下單到各類(lèi)建模軟件的靈活運(yùn)用,從幕墻的構(gòu)件式安裝到單元式安裝,從最初的腳手架安裝到吊籃施工。幕墻的技術(shù)隨著建筑業(yè)的發(fā)展一直在不停的演變和更新,精致建造技術(shù)在成都天府國(guó)際機(jī)場(chǎng)T1航站樓幕墻工程得到了很好的運(yùn)用。
關(guān)鍵詞: BIM技術(shù);Grasshopper技術(shù);大截面(詞條“截面”由行業(yè)大百科提供)鋁材;施工技術(shù);

1、工程概況
成都天府國(guó)際機(jī)場(chǎng)位于四川省成都市高新東區(qū)簡(jiǎn)陽(yáng)蘆葭鎮(zhèn),該機(jī)場(chǎng)竣工投用后,成都將是我國(guó)繼上海、北京后全國(guó)第三個(gè)擁有兩座4F等級(jí)機(jī)場(chǎng)的城市,成為面向歐洲、中東和東南亞的主要空中門(mén)戶。成都天府國(guó)際機(jī)場(chǎng)分為T(mén)1和T2兩個(gè)航站樓,總建筑面積61.8萬(wàn)平米,其中T1航站樓幕墻面積約27 萬(wàn)平米。建筑地上主體4層,各樓層主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu), 屋面支撐柱為鋼結(jié)構(gòu),屋面采用鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。陸側(cè)高架橋檐口最高點(diǎn)34.15m,屋面最高點(diǎn)45m。T1 航站樓外主立面為橫明豎隱外傾斜式玻璃幕墻,傾斜角度分為8°、10°和14°三種。檐口采用25mm蜂窩鋁板(詞條“蜂窩鋁板”由行業(yè)大百科提供)框架式幕墻,空側(cè)檐口高度19.35~23.75米,外挑最大距離為9.6米;陸側(cè)檐口高度23.75~31.6米,外挑最大距離為65米。幕墻施工采用精致建造技術(shù)將為這座舉世矚目的國(guó)際機(jī)場(chǎng)錦上添花(見(jiàn)圖1、2)。

圖1 項(xiàng)目整體效果圖(左側(cè)為T(mén)1航站樓)

圖2 T1航站樓外立面幕墻效果圖
1.1橫明豎隱外傾斜式玻璃幕墻系統(tǒng)介紹
外傾斜玻璃幕墻,玻璃面板采用鋼化夾膠三銀Low-e中空玻璃(全超白),整體幕墻節(jié)能效果要求達(dá)到“綠色三星”節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn),節(jié)能效果達(dá)到國(guó)內(nèi)大型基建項(xiàng)目的最高水準(zhǔn)。本系統(tǒng)采用拉桿、拉索和遮陽(yáng)板設(shè)計(jì),水平向間距約12m左右設(shè)置抗風(fēng)柱,用于支撐水平大型遮陽(yáng)板(懸挑約650mm),玻璃縫之間通過(guò)設(shè)置豎向拉桿將遮陽(yáng)板吊掛起來(lái),把玻璃面板和遮陽(yáng)板的自重傳遞到上方鋼結(jié)構(gòu)橫梁上;在幕墻水平向分格位置,遮陽(yáng)板前端距邊緣150mm處設(shè)置豎向拉索,用于承受遮陽(yáng)板懸挑部分的自重,并將遮陽(yáng)板的部分重力傳遞到上方鋼結(jié)構(gòu)牛腿上,以免遮陽(yáng)板彎曲變形(見(jiàn)圖3)。

圖3典型豎剖節(jié)點(diǎn)
1.2 蜂窩鋁板框架式幕墻系統(tǒng)介紹
檐口采用蜂窩鋁板框架式幕墻,其面板表面氟碳預(yù)輥涂處理。檐口吊頂金屬板幕墻系統(tǒng)通過(guò)兩邊固定另外兩邊插接的形式;金屬板采用鋁合金轉(zhuǎn)接件(詞條“轉(zhuǎn)接件”由行業(yè)大百科提供)與主次龍骨連接,鋁合金底座與鋼制龍骨之間設(shè)置2mm厚絕緣墊片防止雙金屬電化學(xué)腐蝕的發(fā)生。龍骨材料選用Q235B矩形管材,主龍骨體系隨屋面球網(wǎng)架分格布置,次龍骨隨金屬板塊橫向長(zhǎng)邊布置。幕墻橫、豎龍骨表面均采用氟碳噴涂處理。龍骨體系采用鋼板轉(zhuǎn)接件(Q235B材質(zhì))與主體鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系通過(guò)焊接加肋方式連接。

圖4 檐口實(shí)景拍攝圖
鑒于本工程平面為弧形,立面為傾斜,玻璃幕墻實(shí)際上是一個(gè)空間曲面(詞條“曲面”由行業(yè)大百科提供),存在大量的不規(guī)則異形玻璃。包括大尺度鋁合金橫梁以及大面積檐口高空吊頂鋁板,根據(jù)這些特點(diǎn),為了準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)建筑師意圖,精致建造過(guò)程中主要運(yùn)用了以下五個(gè)方面的新技術(shù):BIM技術(shù);Grasshopper技術(shù);大截面鋁型材生產(chǎn)、加工技術(shù);傾斜式幕墻吊籃施工技術(shù);框架式金屬幕墻現(xiàn)場(chǎng)裝配式施工技術(shù)。下面會(huì)圍繞這五個(gè)方面進(jìn)行一一闡述。
2、BIM技術(shù)運(yùn)用
本工程組建了專門(mén)的BIM 團(tuán)隊(duì),負(fù)責(zé)制定BIM 總體實(shí)施方針,為本項(xiàng)目BIM 實(shí)施工作奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ),以保證本工程BIM 技術(shù)的有效實(shí)施,本工程主要?jiǎng)?chuàng)建了航站樓模型(詳圖5)。
本工程面積大,工期緊,專業(yè)多,幕墻室內(nèi)側(cè)空間小且各種管線星羅密布,各個(gè)專業(yè)相互穿插施工。通過(guò)BIM模型的建立,不同專業(yè)BIM合模分析,能在施工前發(fā)現(xiàn)不同專業(yè)間存在的干涉、碰撞問(wèn)題。通過(guò)模型搭建發(fā)現(xiàn)存在一些干涉問(wèn)題,其中通過(guò)金屬幕墻龍骨模型與管線綜合碰撞最為常見(jiàn),因空間較小管線較多,涉及平面避位,高度避位,也是在二維圖紙中很難發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。

圖5 BIM模型圖
我司基于幕墻BIM模型,對(duì)復(fù)雜施工技術(shù)方案、幕墻節(jié)點(diǎn)、施工工序進(jìn)行了模擬展示(詳圖6)及技術(shù)交底,所有現(xiàn)場(chǎng)管理人員和勞務(wù)人員更加直觀、深刻的理解方案設(shè)計(jì)從而提高現(xiàn)場(chǎng)施工效率。

圖6 施工方案模擬
本工程面積大,系統(tǒng)多,相互穿插施工專業(yè)多,傳統(tǒng)的二維圖紙照?qǐng)D施工,有很多碰撞問(wèn)題無(wú)法發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致兩家以上(含兩家)單位總有無(wú)法施工進(jìn)行拆改的情況,增長(zhǎng)工期且增加無(wú)謂投資。采用BIM就技術(shù)各單位之間整合模型進(jìn)行碰撞能有效的避免此類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生。通過(guò)BIM模型能有效的對(duì)現(xiàn)場(chǎng)外觀進(jìn)行核查,避免在施工過(guò)程中因?qū)D紙理解不一致,導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)做出的實(shí)物與理論上有偏差,同時(shí)異性板塊可采用模型進(jìn)行計(jì)量計(jì)價(jià)算出工程量,極大的提高統(tǒng)計(jì)效率。
3、Grasshopper技術(shù)運(yùn)用
Grasshopper是基于Rhino(犀牛)平臺(tái)運(yùn)行的一款參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件,Grasshopper主要有三個(gè)特點(diǎn):
1)、根據(jù)軟件自身設(shè)定好的算法,通過(guò)連接電池程序自動(dòng)生成結(jié)果;
2)、可以自行編寫(xiě)程序,對(duì)于一些機(jī)械性和循環(huán)性的工作,可以極大的提高完成效率;3)、若方案有調(diào)整,在Grasshopper中修改起來(lái)非常方便快捷,有效的保證了結(jié)果的準(zhǔn)確性,極大提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率。
本項(xiàng)目幕墻在平面上為曲線造型,立面玻璃外傾,玻璃幕墻實(shí)際上是一個(gè)空間曲面,存在大量的不規(guī)則異形玻璃。在傳統(tǒng)CAD下單流程中,需要大量進(jìn)行三維坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換然后再提取加工尺寸。但借助Grasshopper的強(qiáng)大功能,每個(gè)構(gòu)件均可設(shè)置獨(dú)立的工作平面,在各自的工作平面種可批量進(jìn)行數(shù)據(jù)提取,極大的加快了設(shè)計(jì)流程。同時(shí),由于Grasshopper的這項(xiàng)靈活的工作流程,控制最終尺寸的各項(xiàng)參數(shù)均可實(shí)時(shí)調(diào)整,為工作中可能存在的圖紙修改和糾正現(xiàn)場(chǎng)尺寸偏差留下簡(jiǎn)單易行的調(diào)整手段。這是Grasshopper建模的最大優(yōu)勢(shì)。

圖7 Grasshopper展示
3.1 利用Grasshopper下單玻璃
Grasshopper可以自動(dòng)給玻璃編號(hào),標(biāo)注尺寸,批量提取玻璃加工尺寸數(shù)據(jù),快速的完成玻璃下單任務(wù)。在提取數(shù)據(jù)前,再次核查模型的正確性尤為重要。以本工程中大量的不規(guī)則四邊形玻璃為例。根據(jù)生產(chǎn)需要,提取的數(shù)據(jù)為四條邊長(zhǎng)及兩條對(duì)角線長(zhǎng)度,同時(shí)為了便于生產(chǎn)和客觀存在的生產(chǎn)尺寸誤差,需要對(duì)尺寸接近的玻璃進(jìn)行合并,大大減少了玻璃種類(lèi),提高了現(xiàn)場(chǎng)安裝效率。
異形玻璃的生產(chǎn)中,原板的利用率也是重要的指標(biāo)。這將直接影響玻璃生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。借助Grasshopper的可編程特性,可以通過(guò)遺傳算法進(jìn)行板材切割套裁,尋找板材的最優(yōu)切割組合。提高原材料的利用率。

圖8 Grasshopper展示
3.2利用Grasshopper加工鋁橫梁
本工程的鋁橫梁需要在平面上進(jìn)行“以折代曲”擬合圓弧,同時(shí)由于幕墻的外傾,同一位置不同高度的橫梁尺寸均有變化。根據(jù)圖紙需求,橫梁前端需要開(kāi)設(shè)拉索過(guò)孔,以便拉索穿過(guò)。拉索孔的定位也是逐漸變化。采用線框來(lái)替代橫梁外輪廓,采用點(diǎn)來(lái)替代相應(yīng)的孔位。借助Grasshopper的編程,批量生成各個(gè)標(biāo)高(詞條“標(biāo)高”由行業(yè)大百科提供)上的橫梁輪廓,并進(jìn)行左右橫梁交接的角度切割,確保左右橫梁能夠相互匹配,保持需要的間隙。同時(shí)根據(jù)拉索的定位,可求解各孔的實(shí)際位置。并通過(guò)橫梁的高度和平面定位信息,可編制對(duì)應(yīng)的編號(hào)。借助與提取玻璃加工數(shù)據(jù)類(lèi)似的技術(shù)手段,可以提取實(shí)際的橫梁加工數(shù)據(jù)。為加工單的制作提供準(zhǔn)確的加工參數(shù)。

圖9 橫梁加工示意圖
4、大截面鋁型材生產(chǎn)、加工技術(shù)運(yùn)用
水平遮陽(yáng)系統(tǒng)既可以實(shí)現(xiàn)建筑大跨度、大視野空間的效果,又可以較好實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能,深受建筑師喜愛(ài)。本項(xiàng)目的外傾斜式玻璃幕墻系為了達(dá)到“綠色三星”節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn),橫向采用了大型的水平遮陽(yáng)鋁合金橫梁,以滿足項(xiàng)目的節(jié)能需求。
4.1大截面鋁材開(kāi)模
根據(jù)建筑效果及幕墻構(gòu)造要求,本項(xiàng)目水平大遮陽(yáng)鋁合金橫梁設(shè)計(jì)成713*60mm扁長(zhǎng)形狀鋁型材(以下簡(jiǎn)稱“730橫梁”,型材擠壓長(zhǎng)度12m左右),采用6063-T6材質(zhì),表面氟碳噴涂(詞條“噴涂”由行業(yè)大百科提供)處理。“730橫梁”外接圓直徑730mm,需要萬(wàn)噸級(jí)以上的擠壓機(jī)方能擠壓成型(國(guó)內(nèi)只有少數(shù)幾家鋁材廠擁有此級(jí)別的擠壓機(jī),大部分用于生產(chǎn)工業(yè)鋁材,幾乎沒(méi)有用于建筑鋁材擠壓)。該型材不僅是一個(gè)水平遮陽(yáng)構(gòu)件,同時(shí)需承受風(fēng)荷載及幕墻自重。根據(jù)幕墻的精度(詞條“精度”由行業(yè)大百科提供)要求,此型材需按高精級(jí)來(lái)控制壁厚尺寸偏差,角度、平面度、彎曲度、扭擰度、外觀質(zhì)量、長(zhǎng)度等都需滿足設(shè)計(jì)要求。

圖10 型材截面圖

圖11 型材模具照片
4.2“730橫梁”加工
“730橫梁”型材(加工長(zhǎng)度12m左右,每支料重量約600公斤)加工工藝如下:切料→鉆連接件過(guò)孔→銑拉索孔→銑連接件避位→清理→標(biāo)構(gòu)件編號(hào)→噴涂→包裝。
用行吊將鋁材原料吊至特制鋸切加長(zhǎng)滾筒上。把鋸床上的顯示器刻度調(diào)整為90°,原材料端面不平整,必須切掉2-3mm,以此切面為基準(zhǔn)面;再次使用行吊將料調(diào)換方向放在滾筒上,根據(jù)圖紙調(diào)整鋸床上角度顯示器(比如圖紙要求89.3°),然后將料縱向移動(dòng),將料側(cè)面與鋸床上基準(zhǔn)面靠為一致,升起鋸片(鋸片處于停止旋轉(zhuǎn)狀態(tài)),將鋸片與劃線基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)好后,氣動(dòng)壓緊加工料,再開(kāi)啟電源開(kāi)關(guān),按照劃線作為參考線鋸切,鋸切后對(duì)料再次核對(duì)長(zhǎng)度及角度是否在圖紙要求公差范圍內(nèi),確認(rèn)無(wú)誤后,將料吊至打碼平臺(tái),進(jìn)行激光打碼。

圖12 鋁橫梁鋸切料

圖13 激光打碼
鋁材需要銑條形孔、銑沉孔,鉆孔、側(cè)面切槽、銑通孔等,為保證加工精度,我們采用CNC加工。鋁材長(zhǎng)度嚴(yán)重超出設(shè)備(詞條“設(shè)備”由行業(yè)大百科提供)加工行程,加工及運(yùn)轉(zhuǎn)很不方便,為了提高生產(chǎn)效率,我們將兩臺(tái)CNC設(shè)備放置在一條線上同時(shí)加工。先將料吊放在工作臺(tái)面上,根據(jù)料上打碼編號(hào)對(duì)應(yīng)找到對(duì)應(yīng)的圖紙。為確定所有加工料孔位一致,我們采用3D軟件編程序,將編制好程序傳輸?shù)皆O(shè)備。材料自身存在拱、敲的情況,為保證孔位精確,每加工一個(gè)孔位都必須靠點(diǎn)找基準(zhǔn)坐標(biāo)。

圖14 CNC銑孔

圖15 連接件避位孔
該款鋁型材噴涂周長(zhǎng)有1500mm,型材最長(zhǎng)達(dá)到12.7m,單支重量約600Kg,鋁材廠原有普通噴涂生產(chǎn)線無(wú)法正常噴涂。經(jīng)與廠家協(xié)商,對(duì)鋁材廠原有噴涂線(臥式噴涂)的軌道進(jìn)行了改進(jìn)、噴涂工藝進(jìn)行了多次試驗(yàn),最終解決了噴涂難題。
5、傾斜式幕墻吊籃施工技術(shù)運(yùn)用
在成都天府國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站區(qū)T1航站樓外傾斜幕墻安裝過(guò)程中,針對(duì)施工工期緊, 建筑造型獨(dú)特,施工條件特殊(因面積大,且施工現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法搭設(shè)腳手架),玻璃幕墻的安裝條件極其困難。若采用落地腳手架,一是腳手架搭設(shè)工程量巨大、費(fèi)時(shí)費(fèi)工;二是玻璃幕墻施工時(shí)屋面、設(shè)備、土建二次砌體、地下管道等多工種交叉作業(yè)面受限,且腳手架搭設(shè)較高,難以實(shí)現(xiàn)。項(xiàng)目部根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn),經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察及多方討論,最終采用特制吊籃施工方案。
特制吊籃的設(shè)計(jì)原則為安全、簡(jiǎn)便、實(shí)用、輕質(zhì)并具有較高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性, 因兩根抗風(fēng)柱之間間距為12m,而吊籃做不到那么長(zhǎng),故采用5x0.7x1.1m作為操作平臺(tái)以滿足施工要求。對(duì)于該系統(tǒng),難點(diǎn)在于玻璃面為外傾,如何實(shí)現(xiàn)吊籃能平行于玻璃面上下移動(dòng)。首先牽引繩上端連接在網(wǎng)架上,下方通過(guò)定滑輪及手動(dòng)葫蘆使兩根Φ16牽引繩繃直與玻璃幕墻斜度平行,再通過(guò)起吊繩及工裝設(shè)備,牽引繩實(shí)現(xiàn)與斜玻璃幕墻平行移動(dòng),實(shí)現(xiàn)安裝的操作,安裝6m范圍內(nèi)所有面板連接件后放下吊籃,移動(dòng)到另一個(gè)區(qū)域后再次提升安裝。

圖16 操作平臺(tái)布置示意圖
本方案在施工前進(jìn)行了專項(xiàng)施工方案論證,方案通過(guò)論證后才得以現(xiàn)場(chǎng)使用。此施工方案操作簡(jiǎn)單、安全可靠,施工效率高,保證了現(xiàn)場(chǎng)的安裝進(jìn)度,同時(shí)又大大的節(jié)約了施工成本,為此類(lèi)外傾斜幕墻提供了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)。
6 大面積鋁板吊頂裝配式施工技術(shù)運(yùn)用
本項(xiàng)目檐口鋁板共計(jì)60000平方米。工程體量大,要求4個(gè)月時(shí)間內(nèi)完成大面施工,同時(shí)要求達(dá)到魯班獎(jiǎng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),在時(shí)間緊、任務(wù)重的情況下。為提高幕墻安裝效率、現(xiàn)場(chǎng)采用整體裝配式吊裝的方式(如圖17、18)。
現(xiàn)場(chǎng)制作鋁板單元步驟:1)、根據(jù)模型中的角度、尺寸制作與單元體對(duì)應(yīng)的胎架,現(xiàn)場(chǎng)拼裝均在胎架上進(jìn)行作業(yè);2)、 拼裝時(shí)先鋪面板,通過(guò)卷尺、量角器等測(cè)量工具把面板準(zhǔn)確定位,再把面板臨時(shí)固定;3)、根據(jù)面板分格焊接鋼骨架;4)、鋼骨架完成后再通過(guò)卷尺、量角器測(cè)量整個(gè)單元板(詞條“單元板”由行業(yè)大百科提供)塊的尺寸、角度,根據(jù)測(cè)量結(jié)果再螺栓微調(diào),然后清潔板塊,做好防銹(詞條“防銹”由行業(yè)大百科提供)防腐處理,經(jīng)監(jiān)理驗(yàn)收合格后,采用叉車(chē)把鋁板單元板塊按照施工順序現(xiàn)場(chǎng)堆碼好。
鋁板單元板塊在地面用綁帶綁扎牢固,采用吊車(chē)吊裝,過(guò)程中采用全站儀測(cè)量起吊角度,角度控制在5°以內(nèi);板塊吊達(dá)初步位置后,采用全站儀測(cè)量各個(gè)角點(diǎn)坐標(biāo)是否達(dá)到理論值,同時(shí)采用28m高空車(chē)裝載兩名高空作業(yè)人員在空中用手拉葫蘆連接微調(diào)單元板塊,調(diào)整到位后點(diǎn)焊臨時(shí)固定在網(wǎng)架上,測(cè)量無(wú)誤后滿焊工即可。

圖17 整體裝配式吊裝照片

圖18 安裝后整體效果
本施工方法在成都天府國(guó)際機(jī)場(chǎng)T1航站樓工程中成功應(yīng)用,大大減少了工人高空作業(yè)時(shí)間,節(jié)約了施工工期,并有效降低了施工成本;同時(shí)也得到了質(zhì)安站、業(yè)主、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位的一致好評(píng)。
7、總結(jié)
通過(guò)將BIM技術(shù)與項(xiàng)目建造、項(xiàng)目管理的結(jié)合,高效率的解決關(guān)鍵難點(diǎn),同時(shí)對(duì)重難點(diǎn)施工位置預(yù)先進(jìn)行三維模擬,對(duì)重點(diǎn)方案進(jìn)行三維可視化講解,加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)交底的準(zhǔn)確性,降低施工的成本和風(fēng)險(xiǎn),使項(xiàng)目更有效的科學(xué)的進(jìn)行管理建設(shè)。
通過(guò)Grasshopper建模和下單加工,能夠有效縮短設(shè)計(jì)工作時(shí)間,提高工作效率,降低人為因素的錯(cuò)誤率。并且可以很直觀的看出各種轉(zhuǎn)角、收口的情況,方便確定做法。Grasshopper作為一種設(shè)計(jì)工具,給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)極大的方便,同時(shí)設(shè)計(jì)人員也要注意正確使用,謹(jǐn)慎處理各種細(xì)節(jié)問(wèn)題。提高效率的同時(shí)也要注意核查,確保模型、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。
為了提高工程質(zhì)量、確保生產(chǎn)周期、降低人員和機(jī)械設(shè)備投入、提高生產(chǎn)效率,本項(xiàng)目采用了一系列幕墻工程精致建造新工藝、新技術(shù),為以后同類(lèi)情況的建筑幕墻(詞條“建筑幕墻”由行業(yè)大百科提供)工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)安裝、施工提供參考和指導(dǎo)。
參考文獻(xiàn)
[1]建筑幕墻 GB/T 21086-2007
[2]玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范 JGJ 102-2003
作者單位:深圳市三鑫科技發(fā)展有限公司