超大尺寸异形玻璃幕墙安装技术

超大尺寸异型玻璃幕墙安装普遍存在跨度较大、尺寸超长超宽，幕墙结构倾斜角度较大等问题，利用传统施工工艺定位、放线以及安装施工比较困难。采用3D扫描测量技术，将扫描数据结果逆向建模进行深化设计，将设计、加工、制作、安装融合成一个联动的信息化平台，消化了钢结构施工误差，将现场实际数据与幕墙表皮整体深化设计、整体加工控制、整体定位放线和整体施工，最终形成基于3D扫描数据为基础的BIM深度应用.该工艺的成功应用，为同类型工程提供参考。

超大尺寸; 异型玻璃; 幕墙安装技术

TU767.5B

[定稿日期]2021-02-03

[作者简介]谭刚（1979～），男，本科，高级工程师，从事市政工程施工技术与质量管理工作。

曲面玻璃幕墙作为一种新型建筑外墙装饰形式，因其良好的通透性和美观越来越多的应用在建筑中。由于异形建筑物测量定位、龙骨加工及安装、面板安装，远比一般的矩形、圆形等简单几何图形要复杂得多，且与一般的框架结构不同的是，该建筑的异形主体结构先完成，而后做外面的异形玻璃幕墙，这给测量定位、龙骨加工安装、面板安装等施工带来了很大的难度。放线的精准度、龙骨加工和安装的偏差、面板安装的偏差，在施工中都是控制的要点，是保证幕墙外观效果的必要措施。通过超大尺寸异型螺旋式玻璃幕墙的安装施工，总结出新的安装工艺。为超大尺寸异形螺旋式玻璃幕墙安装提供了新的解决办法。

1 工程概况

龙泉山城市森林公园丹景台片区综合提升项目——东进展览馆工程设计外形上大下小圆形、螺旋扭曲，内部中空无柱、钢梁跨度约44～46 m。地下三层为全封闭地下室（其中两层为夹层），基础深度9 m，基础结构为钢管混凝土复合结构体系，钢筋与钢结构梁柱结合，工序繁多，工艺复杂;地上三层，总高约24 m，主体为钢结构，总重近4 000 t，钢构件数量多且每件的尺寸各不相同，外部由钢网结构与主体拉结，外网竖向外倾角度54～75 °不等，因此幕墙为连续不规则双曲双扭异形幕墙。每块幕墙玻璃为不规则四边型双曲12+2.28pvb +10+12Ar+12夹胶中空双银钢化超白玻璃，均为非标异形玻璃。每区幕墙采用3D三维扫描测量结合BIM技术比对，每一块玻璃均需独立测量尺寸及绘制1∶1的材料加工图，玻璃板块数量为1 100块，单块最大尺寸6 m×2.4 m、重达1.5 t。每块玻璃定制生产玻璃附框，用M8×40 mm不锈钢螺栓与钢横梁连接固定（图1）。

2 工艺原理

幕墙系统分布于整个建筑的外立面，直接在主体钢结构上铺设横、竖龙骨骨架。横向为隐框，玻璃通过双组分结构胶与不锈钢附框相连，附框通过M8×40 mm不锈钢螺栓与钢结构横梁相连，横向玻璃与玻璃之间的缝隙用耐候密封胶封闭;竖向玻璃通过压块使玻璃与钢龙骨贴合，达到受力要求。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 施工工艺流程

前期准备—测量放线、主体钢结构3D扫描—逆向建模—安装钢结构横梁、竖向角钢垫框—安装玻璃、打胶。

3.2 操作要点

3.2.1 前期准备

3.2.1.1 玻璃及幕墙钢横梁加工

根据3D激光扫描仪测量数据，采用三维设计软件调用BIM模型参数，直接生成三维实体零件及二维加工图如图2～图5。在工厂定型化生产玻璃及横梁。

3.2.1.2 材料运输

型材及钢材等龙骨材料包装采用先贴保护胶带，然后外包带塑料膜的牛皮纸的方法，并盡量将同种规格的包装在一起。根据道路情况，玻璃的运输根据玻璃长度定制专用倒“T”字运输架，车辆选用车厢长度6～8 m的货车，车厢内部焊制反扣锁件以保障“T”字架在车厢内不滑动。

对于五金件、胶及其他小型附件等均需装箱包装，装车后码齐，可以受压的放在下部，不能受压的放在上部。运输中应尽量保持车辆行驶平稳，注意慢行。

3.2.1.3 材料堆放

材料、构件要求按设计分类、按使用地点存放。面板应倾斜立放，倾斜角10～15 °，应垫厚度大于150 mm的木枋，搬运时要两人抬起，防止碰边碰角。安装前要检查框架质量，要求平直、规整，不得有明显的变形、刮痕和污垢;搬运时，不得硬性推拉以免损坏表面氧化膜或涂层。

3.2.2 测量放线、主体钢结构3D扫描

3.2.2.1 测量控制

本工程为弧形结构，玻璃幕墙呈倒锥形。测量的重点是：幕墙外控制轴线的确定、转接件、幕墙板块的测量定位、安装过程中的控制检测、安装后的复核检测。采用分级布网、逐级控制的方式进行，对观测结果进行严密平差。

3.2.2.2 测量内容

结构施工结束后，进行测量定位，测出土建结构偏差，确定钢结构玻璃幕墙安装基准线，包括龙骨排布基准及各部分玻璃幕墙的水平标高线，为各个不同部位的幕墙确定三个方向的基准。根据测量数据进行逆向建模下单。

3.2.2.3 测量方案

（1）Trimble RTS放样机器人结合BIM模型提供连续的测量信息，实现设计数据的精确放样。RTS放样机器人可直接放样从设计图纸创建的点文件，也可以现场创建放样点，计算角度和距离及收集竣工数据，生成放样报告、现场报告、偏差报告。在BIM模型中直接提取空间（X、Y、Z）坐标，所需测量数据直接导入手持PAD中，放线时通过准确的控制点快速建站，通过PAD中三维视图模式更直观的放置控制点。

仪器建站准确后，选中需放样点位，点击放样，根据PAD上位移指示移动至对应点位。（X、Y、Z）均提示正确，既所在点为放样点，如图6所示。

（2）采用Trimble FARO X130扫描仪进行定位测量和钢结构尺寸复核。利用激光测距的原理，通过高速激光扫描测量的方法，大面积、高分辨率地快速获取物体表面各个点的（x、y、z）坐标、反射率、（R、G、B）颜色等信息，由这些大量、密集的点信息可快速复建出1∶1的真彩色三维点云模型，为后续的内业处理、数据分析等工作提供准确依据，3D扫描仪如图7所示。

（3）3D扫描技术、BIM模型在施工流程中的作用。①解决精细化安装前的测量问题，本工程土建结构、钢结构已完成，若采用人工现场不好测量，所要测量的数据量很大，而且效率低、误差太大、受周围环境影响大;②在理论和实际存在差异时，将实际施工与设计图纸进行对比，比较模型和扫描数据做碰撞检测;③直接根据扫描数据调整设计模型，解决构件精细化安装问题;④可以在无已知控制点位，进行测量与设计图纸结合;⑤可将构件尺寸在扫描模型中进行测量，直接下料加工;⑥三维建模，可帮助获得室内柱子、结构连接件、内外装修尺寸来进行装饰施工，根据模型尺寸预制材料;⑦在模型中作尺寸的测量，后将数据发到工厂进行预制制加工，再将加工产品现场拼装。

3.2.3 逆向建模

根据Trimble FARO X130扫描仪现场扫描通过软件生成点云数据点云数据导入到REVIT软件中进行数据索引成RCP格式。将RCP格式的点云数据重新插入到REVIT软件中。点云数据在计算机中进行图像显示，使施工现场的真实情况在计算机中呈现出模糊图形。在REVIT软件中识别施工现场中构件的三维定位坐标信息，此时，可以识别出来的三维定位坐标信息即为需要后期勾勒的有用信息。

根据构件的三维坐标信息，从REVIT软件的工具栏中选取相应构建的画笔，勾勒出其中的构件：即将对应的可识别的三维定位坐标信息连系勾勒出来。全部构件勾勒完成后，去掉点云数据。形成BIM模型，使施工現场中的建筑物构件在计算机中形成一一映射，完成逆向建模，如图8所示。

3.2.4 安装钢结构横梁、竖向角钢

安装钢结构横梁、竖向角钢采用汽车吊篮安装方式，将钢结构横梁、竖向角钢安装焊接至主体钢结构上，钢结构表面氟碳喷涂处理。

将连接件预就位时，应将连接件的水平方向和垂直方向的中心十字交叉线对准上一工序在钢结构位置弹出的十字交叉线，如原钢结构有偏斜时，应将连接件在水平垂直方向用垫铁垫平，并将垫铁焊接牢固。

整个面的连接件预就位后，拉水平线，吊垂线检查，连接件的水平、垂直方向的位置正确无误后进行加固。

加固连接件后，检查连接件质量，符合设计和规范规定后，对焊缝进行防腐处理，如图9所示。

3.2.5 安装玻璃、打胶

玻璃面板安装采用汽车加电动吸盘来吊装玻璃，外立面通过高空作业车固定玻璃、打胶密封。如图10所示。

（1）初安装：安装时4～5人组成一组，根据设计玻璃尺寸大小、结合安装位置尺寸检查寻找玻璃，将玻璃运至安装位置、调整玻璃面板方向、铺设垫块，安装对穿螺栓。

（2）调整：玻璃板块初装完成就对板块进行调整，调整的标准，即横平、竖直、面平。横平即横梁水平，面平即各玻璃在同一平面内或弧面上。室外调整完后还要检查室内玻璃是否平整，各处尺寸是否达到设计要求。安装顺序为从上往下依次安装。

（3）安装压块：板块调整完成后，及时安装压块，如图11所示。

（4）固定：玻璃板块调整完成后马上要进行固定，主要是用螺栓、扣盖固定。螺栓布置间距不大于600 mm，拧紧后逐一检查螺栓是否拧紧，杜绝松动现象。玻璃安装好后，开始安装扣盖。

（5）验收：每块玻璃安装时，从安装开始到结束，全过程质量控制，验收同时进行，验收的内容有：板块自身尺寸、外观是否有问题;胶缝大小是否符合设计要求;玻璃板块是否有错面现象;室内铝材间的接口是否符合设计要求。

（6）打胶密封。本工程造型为倒锥形，屋面面积较大，防水要求高，每块玻璃安装完应及时打胶密封。

板块安装固定完成后，在接缝两侧先贴好保护胶带，然后将胶缝部位用规定溶剂，进行净化处理，净化后进行注胶。注胶使用专用的刮胶板刮掉多余的胶，做适当的修整，同时拆掉保护胶带、清理胶缝四周。胶缝与基材粘结应牢固无孔隙，胶缝平整光滑、表面清洁无污染。

4 质量控制

4.1 幕墙安装质量控制

（1）连接节点安装质量。检查幕墙与建筑主体结构之间的连接方式是否满足规范规定及设计要求：要具有三维变形能力;连接是否牢固，螺栓等主要连接部件每处是否满足规范规定不少于2个的要求。

（2）幕墙框架周边与建筑主体之间连接质量。框架周边与墙体之间间隙要求采用能使幕墙框架适应温度变化、自由伸缩的材料填塞，其内外表面需用耐候密封胶密封，而不能采用水泥砂浆封闭。着重检查女儿墙顶部构造的防渗漏处理。

（3）防火隔断设置质量。检查所有的防火隔断都必须密封严密，各层间防火隔断间隙都要求用防潮材料将矿棉等不燃材料包裹进行填塞，严禁采用装饰可燃板作为防火封板，其防火隔断须能满足防火规范要求，从而达到既防火又防烟的作用。

（4）防雷装置质量。着重检查立柱与立柱、立柱与横梁之间有否可靠跨接，角码与主体结构之间的均压环有否可靠接地，幕墙框架是否形成一个自身完整的避雷体系，接地电阻测试是否满足设计要求。

4.2 立柱、横梁安装质量控制

（1）立柱安装质量。立柱安装的质量是幕墙安装质量的奠基石。一方面，要求立柱安装须控制在允许偏差范围后，方可将转接件正式焊在预埋件上;另一方面，应检查立柱接头质量，要求立柱接头必须具备能适应温差变形、施工偏差调整的能力。

（2）立柱与横梁之间质量。要求横梁与主柱两侧需设柔性垫片以减少两者间的摩擦变形。

4.3 面材安装质量的检查

（1）玻璃、铝板、蜂窝铝板等表面无残胶、无污迹。

（2）严格控制硅酮密封胶的打胶质量。

5 结束语

近几年，异型螺旋式玻璃幕墙项目随着我国经济的迅速发展而不断兴起。螺旋式超常规玻璃幕墙安装普遍存在跨度较大、尺寸超长超宽，幕墙结构倾斜角度较大等问题，利用传统施工工艺不易进行定位比较困难、放线以及安装施工。因为传统测量工具进行龙骨、面板测量定位偏差度大、质量精度难控制，针对传统施工技术的缺陷，优先采用3D扫描测量技术，将扫描数据结果逆向建模进行深化设计，将设计、加工、制作、安装融合成一个联动的信息化平台，消化了钢结构施工误差，将现场实际数据与幕墙表皮整体深化设计、整体加工控制、整体定位放线和整体施工，最终形成基于3D扫描数据为基础的BIM深度应用，使本项目顺利完成施工目标。在保证质量的前提下，缩短了项目施工工期，同时也减少了项目的施工成本。

采用本安装施工技术，施工方便，提高了劳动生产率，保证了超大尺寸异形玻璃幕墙安装的准确性，使得幕墙螺旋式造型达到设计效果。

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