基于BIM的空间异型GRC幕墙施工技术

周 文

(福建省建设工程质量安全监督总站 福建福州 350008)

0 引言

近年来，随着社会的发展和进步，国内大型场馆建筑设计的造型，具有体量感、现代感等特性，但其外观往往是设计成异形装饰幕墙形状、扭曲变形的造型，如利用GRC墙的倒三角斜面、三维空间的扭曲面等。现如今国内外GRC幕墙的广泛应用，不仅满足了特殊造型的要求，还满足了公共建筑在耐久性、环保等方面的强度、塑性要求。但对空间异形造型的GRC幕墙施工技术要求，提高到了一个全新的水平。

1 工程概况

某艺术场馆外幕墙工程，建设项目总建筑面积约9.6万m2，其中地上建筑面积约59 985m2，地下建筑面积约35 080 m2；建筑层数地下2层，地上3～6层，总高度约32.6m；项目主要分为美术馆和档案馆两栋相对独立的建筑，通过地下结构和屋面钢结构进行连接。

2 空间异型GRC幕墙施工特点分析

在该工程中，外幕墙的立面扭曲率较大，斜度达1∶3.8和1∶1.24。在传统施工安装工艺基础上，项目创新运用BIM模型辅助深化设计，解决了GRC面板的结构复测、幕墙骨架定位、板块加工制作以及安装质量控制等难题。采用BIM技术和3D扫描进行三维建模，直接将模型导出的面板排版图和材料清单交给生产厂家加工，既确保了加工上的精准可靠，又解决了各专业间的碰撞问题，为施工质量与工期提供了保障。

3 关键核心技术原理

采用3D扫描仪对建筑物的主体进行全方位测量，得到整体建筑物的高精度点云模型。通过信息整理、汇总，建立BIM模型，利用全站仪读取坐标信息，对主体结构进行复测[1]。提取BIM模型的坐标与幕墙龙骨施工精准定位，对比分析出与原设计主体的偏差，快速生成饰面板材料清单，并对每个GRC板的4个角进行了精确定位及安装调整，消除了累积误差，加快了安装进度，保证了施工质量。

4 空间异型GRC幕墙施工工艺及关键技术处理

4.1 施工工艺

施工工艺流程详见图1[2]。

4.2 关键技术处理

4.2.13D扫描仪对建筑物主体进行复测

图1 GRC幕墙施工流程

利用安装在站点上的3D扫描仪对主体结构进行全方位激光扫描测量(图2)，多个站点从不同的角度对建筑物完成扫描，将高精度三维点云数据与设计的BIM模型进行配准，得到点云模型的整体架构(图3)；使用点云模型建立完整的BIM模型，通过全站仪坐标信息建立3D扫描仪站点，并对调查的主体结构进行复测分析[3]。

图2 3D扫描仪外业测量

图3 点云与模型配准

通过扫描点云数据与BIM模型进行数据比对分析，使得碰撞检查更具有真实性及可操作性，有效避免因现场实测偏差造成下一道工序无法安装，能准确捕捉关键部位的质量控制，并有针对性地进行纠偏，为工程质量管理提供了新思路。

4.2.2基于点云的幕墙BIM模型调整及现场安装指导

因土建施工及钢结构施工安装会有精度偏差，为此可以利用3D扫描仪扫描幕墙承重结构，与BIM模型配准进行精度分析。以点云数据为基础逆向建立承重结构及幕墙的真实施工模型(图4)，形成最终可施工的模型成果，指导工厂精准生产及现场精准安装。

图4 依据点云进行逆向建模

通过全站仪的使用，辅助施工幕墙龙骨的精确定位，使强制定位过程比原始测量的更加精确，同时提高了定位精度，更好地解决了累积误差。龙骨定位模型完成的同时，饰面板材料的下料一并完成[4-5]。利用BIM模型确定单元板块分隔和定位，建立幕墙加工模型参数清单，直接一键导出的面板排版图、材料清单及施工节点详图[5]。幕墙BIM模型可以实现直接进入数控机床进行加工生产，就可将面板下料工作任务提前插入，保证幕墙异型曲面的加工精度，节省了大量的施工时间。

4.2.3空间异型GRC幕墙材料加工及安装精度检查

用3D扫描仪进行模具、成品的扫描，与设计BIM模型对比，检查生产精度(图5)。保证每块板材符合误差范围，提高后期半残的安装精度，减少返工，缩短工期。板块整体安装结束，在进行整体扫描，与设计装饰BIM配准，检查整体安装精度。

图5 点云与模型叠加精度分析

4.2.4主要施工流程

4.2.4.1整体施工安装顺序

整体安装顺序，由1～5号班组从下往上逐次施工(图6)，现场分别进行挑板、挪板就位、焊接挂件、涂刷防锈漆等准备工作。由两台起重机配备一名指挥人员配合GRC吊装板，两台全站仪用于辅助定位，其中一台全程对1号班组安装的GRC面板4角做精确定位，另外一台向其他班组提供定位协助。

图6 作业面总体施工部署

4.2.4.2板块安装

(1)板块的吊装就位

板块的吊装，需要由吊车、吊篮和手拉环链葫芦等设备。吊装GRC板，需要将两台手拉葫芦预先安装在幕墙龙骨的顶部，手拉葫芦安装在倾斜一边，将GRC板拉拽至倾斜角度，满足安装需要(图7)。

图7 手拉环链葫芦安装就位

(2)板块安装

①通过顶部安装的手拉葫芦协同提吊的导链，将GRC板拉拽倾斜至合适角度，板块就位至合适位置；GRC板微高于下部的转接角码，并缓慢下降，将GRC下部的挂件插入转接角码中临时固定。待GRC板角度和位置满足要求后，拧紧转接角码和转接钢板的螺栓(图8)。

图8 板块倾斜调整

②固定上部挂件

通过手拉葫芦缓慢抬起板块，将上部挂件卡紧转接角码中，并将拧紧转接角码与钢板之间的螺栓螺丝固定，从而完成板块的安装。

(3)安装精度调整

①通过全站仪坐标数据提取，对板块进行精确调整。转接挂件体系自身有三维的调整空间，以钢立柱与转接钢板的焊接中间位置为空间原点，转接钢板同转接角码调节孔之间的空间有Y方向的2cm调节，挂件同转接角码之间提供了X方向2cm～3cm 的调节空间，挂件上的顶丝螺栓提供了Z方向1cm 以内的调整空间(图9)。

图9 挂件示意图

②通过BIM大数据提取的三维控制坐标，借助全站仪进行空间瞄准，显示板块安装位置的调整方向(图10～图12)。

图10 rhino 软件提取的控制单位坐标

图11 全站仪显示调整的数据

图12 全站仪指挥板块精准调整

5 结语

该工程GRC幕墙施工，从骨架测量精度定位到饰面板安装，装饰效果不仅满足设计要求的同时，保证了工期和质量，更重要的是解决了空间异型面板下料和安装的施工难度大的问题。项目采用3D扫描技术、全站仪精准定位，采用BIM技术辅助定位，实现了强制定位在扭曲面的拓展应用，项目下料精准率达99%，安装偏差完全可控，无累加偏差的存在，与常规安装方式相比,大大降低材料的浪费，加快施工进度，节省工期20d，避免常规施工误差返工损失的人工及材料成本约合16万元。项目在施工过程中受到了参建各方的一致好评，也为今后同类工程的空间异型GRC幕墙施工提供了宝贵的参考依据，积累了丰富的施工经验，创造了良好的社会效益。