异形空间混合幕墙建造创新技术

刘爱东 杜重安

摘要：本文通过介绍桂林市文化旅游中心漓江歌剧院项目异形空间混合幕墙的创新技术，包括无人机扫描及逆向建模技术、全过程BIM技术、空间多杆件汇聚的自由曲面玻璃幕墙及其连接系统创新技术、大跨度异形拉锁幕墙制造创新技术。

有效的解决了异形空间混合幕墙及大跨度异形拉锁幕墙的建造难题，取得显著成果，进一步推进了智能设计、智能制造、智能测量在幕墙行业中的运用，为类似工程提供借鉴与参考。

关键词：异形空间;混合幕墙;创新技术

1 工程概况

桂林市文化旅游中心漓江歌剧院项目，位于广西省桂林市，是一个以其市花-桂花为主题设计的具有新时代元素的地标建筑。项目由音乐厅和歌剧院组成，歌剧院建筑高度42.004米，音乐厅建筑高度20.428米，基座幕墙呈不规则波浪状。歌剧院入口处玻璃框架幕墙呈拱形，大面拉索幕墙呈双曲面马鞍形;音乐厅立面幕墙高度沿屋檐变化而变化。歌剧院屋顶由盛开桂花花瓣状直立锁边铝板幕墙和飞翼状玻璃采光顶组成，造型曲面复杂，弧度变化大，音乐厅屋面全部由直立锁边铝板幕墙组成，形状类似于含苞待放的桂花花瓣造型。整个项目幕墙全部为框架式幕墙，幕墙面积约3万平米。

2 工程难点分析

本项目超过95%以上幕墙形体都是自由曲面变化的幕墙造型，其中大跨度异形空间屋面铝板幕墙;四角自由曲面飞翼状玻璃幕墙系统由内向外延伸，顶边部弧度变化接近90度;大跨度异形拉锁幕墙，双曲面弯曲，横向最短4.4米，最长18.0米;竖向最短11.6米，最长29.5米。整个幕墙的设计、加工制作、安装均已超出现有规范要求。

3 创新技术应用

3.1 无人机扫描及逆向建模技术：

为避免土建结构偏差对幕墙设计造成影响，提高设计精度，采用无人机扫描及逆向建模技术方法，建立项目现场结构实体3D模型，并利用BIM技术，对照电脑设计模型进行对比分析，提前找出土建结构的偏差，消化吸收。

3.2 全过程BIM技术应用：

桂林市文化旅游中心漓江歌劇院这种异形空间混合幕墙项目，如果采用传统的CAD软件进行二维出图方式来组织设计及加工的话，不但耗费人工非常高，出图效率低下，而且图纸精度低，图纸容易出错，导致返工，浪费材料和时间，受制于构建的加工精度不高，现场的安装精度也难以达到，幕墙安装会出现粗制滥造，甚至出现无法安装需要返工重做的事情发生。

为规避上述问题，提高幕墙设计精度，我们在本项目中全程应用了新型的BIM-CAM一体化设计及生产加工技术。在设计及生产加工上，我们全程利用BIM技术对项目进行了形体分析及数据输出，通过Rhino软件，建立了Rhino 400+ 幕墙的3D模型，并通过CAM转换，将数据导入到加工中心进行生产加工，实现一体化设计及生产加工，既提高了设计的出图精度（设计精度达到了1mm以内），降低了人效，同时也保障了构件生产加工的精度。缩短了工期，提高了人效，取得了良好的经济效益。

在BIM系统中，还可以通过对架子、车辆、堆场等物流要素全部进行ID编码，通过该编码可以对每天发车时间、装车及现场安装等信息进行统计排布。有利于合理安排物流运输、现场材料组织等各项工作。

通过对BIM模型中，幕墙各特征点的提取，可以作为现场测量放线的依据，用于指导项目现场的测量放线工作，同时，借助BIM技术三维可视化功能，展现幕墙的安装顺序、施工方案及完成后的最终效果。并采用可视化模型指导现场施工，通过模型进行施工技术交底。

3.3 空间多杆件汇聚的自由曲面玻璃幕墙及其连接系统创新技术

本项目采光顶四周如飞翼状造型设计，且顶边部呈90度弧度变化，采光顶的玻璃全部是异形三角形玻璃，数量超过4000块，对应的杆件数量超过12000件。如果采用传统做法，对每个杆件进行放样、编号、加工;其编号数量将超过10000件，不但设计的出图数量成几何倍数增加，而且加工过程中，要不断调整刀具、模具，加工效率极其低下，加工精度也将严重受影响，材料到达现场后，现场的材料管理难度也非常巨大，工人很容易装错，无法达到预期效果。

为解决上述问题，我们研发了一种新型空间多杆件汇聚的自由曲面玻璃幕墙系统，其利用一个标准件可以解决复杂空间结构的连接问题，可以提高曲面幕墙的安装效率及安装精度，实现建筑效果的简洁美观。

这种新型空间多杆件汇聚的自由曲面玻璃幕墙连接系统，不但实现了龙骨三维可调连接，而且实现了玻璃夹角可变连接。

3.4 大跨度异形拉锁幕墙制造创新技术

本项目拉索幕墙位于大剧院钢结构立面8.3米—42米东面、西面、南面、北面四个立面区域，总面积约1500㎡。皆为双曲面拉锁幕墙;其中，每幅拉锁幕墙，竖向拉索15根，直径∅32，最短处11.60m，最长处29.50m;横向拉索24根，直径∅24，最短处4.40m，最长处18.00m;拉锁扰度要控制在1/200以内。

根据荷载计算，拉锁的最大支座反力达到了369KN，而且这种异形拉锁幕墙会在拉锁端部固定点部位产生一定的变形，形成“软边界”，而且拉锁的可调节范围很小，如何控制好拉锁幕墙的变形，达到张拉效果，是整个拉锁幕墙设计、施工要考虑的核心关键所在。

为了解决这个问题，我们通过SAP2000 大型通用有限元分析软件，利用有限元技术中的非线性分析方法，对整个拉锁幕墙进行全过程施工仿真计算分析，在电脑上全程模拟张拉过程中的受力变化及拉锁变形情况，并通过软件分析，找出解决方案。然后结合每根拉锁的张拉受力变化，在拉锁生产时就标定拉锁张拉前和张拉后的位置变化点，为现场实际张拉提供依据;同时，在拉锁两端设置可调节装置，消化吸收拉锁张拉过程中的尺寸变形偏差;为确保拉锁张拉的精度，我们在施工过程中全程采用了全站仪进行监控定位。

为确保拉锁张拉及玻璃安装施工安全，结合本项目拉锁幕墙形式及主体结构特点，我们选择搭设阶梯型脚手架。

实际张拉施工中，我们应用了新型“索网幕墙超长竖锁精确张拉工艺”技术，采取分段循环张拉的方式，先张拉竖锁，再张拉横锁，竖锁张拉先从工字钢中间进行第一根拉索的张拉，然后在工字钢两端进行拉索张拉，再接着对中间拉索的左右两侧的拉索进行张拉，如此交替逐根将所有拉索张拉完毕。

4 结束语

本项目异形空间混合幕墙的创新技术， 极大的简化了幕墙设计出图及生产加工的难度，提高了设计出图的准确率，有效保障了生产加工的精度，极大的降低了现场测量放线的难度，降低了现场安装施工及材料组织的难度，有效的解决了异形空间混合幕墙及大跨度异形拉锁幕墙的建造难题，为类似的异型空间混合幕墙建造提供解决方案。

参考文献：

[ 1 ] 建筑幕墙.GB＼T21086-2007.

[ 2 ] 玻璃幕墙工程技术规范.JGJ102-200