复杂曲面风帆幕墙智能装配化施工技术

刘爱东 王修钢 闫水锋 饶家浩

摘要：通过对“一带一路”文化交流中心项目，位于西安市国际港务区核心地块，西临灞河、东望骊山，是第十四届全运会重点配套项目。采用风帆幕墙设计，呈现古代乐器“埙”的建筑造型，型新颖别致、复杂多变，扭转、无规律分布。本项目全过程使用BIM深化设计，采用“三维激光扫描与逆向建模技术”、“曲面异形大板块地面拼装、现场吊装施工技术”、“在有限安装空间采用投送-转接再固定工艺”提高了施工效率、缩短了施工周期、提高了工程质量，实现了幕墙的绿色建造，为类似工程提供了解决方案。

关键词：幕墙;复杂曲面;风帆幕墙;智能装配;施工技术

1 工程概况

“一带一路”文化交流中心项目，幕墙面积95000㎡，包含传媒中心（高度24m）、歌剧院（高度37.5m）、音乐厅（高度24m）、多功能剧场（高度18m）。其中歌剧院幕墙高度23.5-46.7m。外围幕墙采用风帆幕墙形式，风帆幕墙主龙骨为为180*8mm无缝钢管，次龙骨为89*6mm无缝钢管，呈丝带扭曲布置。面材为铝合金型材构件，单块面积0.5㎡，有两种类型，一为乐符形构件，主要分布在歌剧院、音乐厅、多功能厅、电影院;二为梭形构件，主要分布在传媒中心。乐符和梭形构件67777个，不锈钢爪件135554个。

2 施工难点分析

幕墙安装如果采用传统分段高空散拼方法，高空焊接要求精准度、焊接量大，質量和工期无法控制。再加上主体支撑结构为钢结构，在幕墙施工过程中，主体钢结构安装并未完全结束，其焊接变形、卸载后不均匀沉降等因素，对幕墙安装影响较大。幕墙需要提前穿插施工，如待钢结构安装结束，结构复测后再进行幕墙材料下单，无法满足工期要求。

3 解决方案

3.1 全BIM深化+三维扫描精准测量技术

根据建筑模型，通过设计初步方案分析，进行幕墙系统模型的建立，采用电子模拟技术，对幕墙支撑主体钢桁架结构设计和施工变形进行模拟分析。将风帆幕墙划分成若干装配化单元。

3.2 三维扫描逆向建模

为保证幕墙的观感效果，提高安装精度，采用对环梁及钢单元三维扫描建模重生立柱牛腿支座，提供现场单元拼装胎架定位坐标及拼装单元杆件定位坐标，达到尺寸准确。

3.3 采用可调胎架进行双曲单元现场快速装配

采用装配式思路在工程现场制作胎架，胎架上组装帆幕墙单元，组成大单元板块，以满足工期要求。现场设置20多个胎架，30多个班组进行作业，配置20台全站仪进行组装精度校核，保证了进度和质量。

3.4 幕墙单元板块吊装+绳索系统辅助就位装配化安装

根据BIM进行单元板块分析，将32000㎡风帆幕墙划分为26个批次，277个单元板块，其中最大风帆幕墙单元板块尺寸：高度21m，宽7m，重15吨，面积140㎡。通过Midas Gen有限元力学模型分析，确定模块龙骨内力大小，对复杂曲面风帆幕墙钢龙骨支撑体系进行受力变形分析，计算其荷载及内力位移等，验算幕墙钢龙骨体系的变形，调整优化钢龙骨与钢环梁及牛腿支座的连接节点，确保大单元板块转接部分精确定位，解决幕墙结构的安全稳定及外立面美观平整问题。单元组装完成后，用汽车吊进行吊装，吊点处设置吊装桁架，方便起吊减少变形，安装就位后采用10吨电动葫芦或手动葫芦辅助微调，实现现场装配化施工，配合两台登高车人工操作。安装时，以首层二级观测点为基，以全站仪放样法，进行牛腿定位，空中人员根据测量人员指挥，旋转、移动、微调单元，最终完成定位安装。

3.5 风帆幕墙装配式安装技术控制措施

（1） 采用三维激光扫描技术，精准测量牛腿安装位置结构三维坐标数据，逆向建模，制定牛腿支座加工图，保证牛腿支座精度，实现现场实际工程测量并加工和安装。

（2）采用汽车吊吊装就位时，单元下端左右两处支座部位，采用2个10吨电动葫芦进行临时拉结固定。单元上端牛腿支座由3个，其中 ？180×8mm圆管支座，待中间一个支座围焊满焊完成，两侧2个圆管支座每个焊接完成焊缝长度1/2时，可以将吊装汽车吊摘钩。其中？273×10mm圆管支座，待3个支座每个完成焊缝长度3/4时，可以将吊装汽车吊摘钩。

4 结束语

本项目复杂曲面风帆幕墙智能装配化施工技术，采用全装配化建造、BIM技术、三维扫描技术、装配化吊装加绳索辅助系统安装的综合方法，实施效果良好，解决了工期短、体量大，造型复杂、超大单元组装及运输等难题，提高了全过程质量控制，达到了精品工程质量目标。实现了风帆建筑幕墙工地现场装配化建造，为类似的异型造型工程提供可靠的智能化、现场装配化建造解决方案。

参考文献：

[1]钢结构施工规范：GB50755-2012.

[2]工程测量规范.GB50026-2007.

[3]钢结构焊接规范.GB50611-2011.