大面积超高大跨度弧形双曲面GRG装饰墙数字化施工技术

李云锋，吴奕君

（广东省第一建筑工程有限公司 广州 510010）

1 工程概况

广州某广场工程位于广州市白云新城，工程占地总面积4.5万m2，总建筑计容面积11.3万m2，地下面积约6.8万m2。本项目建筑总高约35 m，地上8层，地下2层。该项目中庭采用GRG仿木纹装饰墙造型特殊，本项目中庭共有7块造型板（6块造型板及1块LED屏）及拦河下方的GRG挂板区，造型板均为弧形双曲面，结构形式为单层网壳结构体系钢龙骨+GRG仿木纹装饰面板，最大安装高度约13 m，跨越3个楼层，跨度达30 m，如图1所示。

图1 中庭装修效果Fig.1 Atrium Decoration Renderings

2 施工难点分析

⑴因中庭整体空间高、跨度大，多为弧形曲面构造，若人工采集数据，测量放线难度较大、耗时较多；为了提高整体效果，本项目采用三维放线技术，并通过合理调整脚手架的搭设设计适应现场施工，并模拟施工过程，提高安装精度和效率［1］。

⑵弧形双曲面GRG板在这个项目中是一大亮点，GRG的钢骨架施工显得尤为重要，如何保证钢骨架的精确加工、安装、消除自重引起的变形等是本项目一大难点。

⑶本项目中庭共有7块造型板（6块造型板及1块LED屏）及拦河下方的GRG挂板区，含大量圆弧、曲面造型，为保证所有区域GRG造型板的弧度、对接等曲滑顺畅，每块GRG都需定制及整体下单，并进行合理的分区安装。

⑷本项目的GRG造型板均为木色拼接，如何保证GRG表面的木纹颜色自然对接、木纹漆表面平整、不起皮也是本项目的一大难点。

3 解决措施及操作要点

3.1 中庭GRG造型钢架施工难点解决方案

3.1.1 主要施工工艺流程

现场放线、3D扫描➝点云建模➝装饰模型调整➝钢结构模型建立➝模型碰撞分析、调整➝施工图深化➝杆件制作➝预拼装➝防锈处理➝成品检验、编号➝钢结构吊装安装➝钢结构涂装

3.1.2 操作要点

⑴BIM碰撞检测

对主钢结构、机电、外幕墙进行三维扫描，生成点云，创建现场三维模型，将装饰模型与主钢结构、机电、外幕墙模型碰撞比对，对碰撞冲突部分进行模型调整，确定装饰完成面模型位置［2］。

⑵钢架结构建模

运用BIM技术，对调整完成的装饰模型偏移，生成钢架结构三维模型，进行钢架结构荷载计算，计算完成后，根据三维模型生成钢架结构Tekla模型，如图2所示。

图2 GRG装饰墙受力模型Fig.2 GRG Decorative Wall Force Model

⑶钢结构杆件加工及钢架制作

①钢架结构采用空间桁架结构实现空间曲面，钢结构杆件需相贯线切割，与连接球焊接，高精度、高质量、高标准完成焊接及安装。

②骨架制作流程：制作钢骨架➝主钢架焊接完成➝安装及定位模板组装。

③因为考虑到钢架是双弧双曲三维曲面，设计师把每根方通两面测出弧长及拱高分别编号提供给弯管厂家。又因为方通弯曲后有回弹系数及焊接时的热胀冷缩，无法保证钢构精度。所以通过模型雕刻出每根钢构的定位模板，这样既能检测弯管角度是否达标及矫正，又能控制焊接过程中的变形［3］。

⑷钢结构吊装

钢结构杆件后场分单元制作，进行整体吊装；吊装需根据空间桁架受力计算，制定吊装方案和选择吊装点，确保安全可靠。

⑸钢结构安装定位

钢结构Tekla模型划分安装单元，在各安装单元模型中标注三维坐标控制点，现场用全站仪进行测量定位，指导自由曲面桁架安装。曲面桁架龙骨安装如图3所示。

图3 曲面桁架龙骨安装Fig.3 Curved Truss Installation

⑹三维扫描仪检测

钢架结安装完成后，分阶段运用三维扫描仪进行三维扫描，生成点云，创建三维模型，与钢架结构Tek⁃la模型比对，对误差较大位置的构件进行调整，钢架三维扫描分析如图4所示。

图4 钢架三维扫描分析Fig.4 Three-dimensional Scanning Analysis of Steel Frame

从上到下分析横向钢架，先以俯视图方式分析横杆两端和中间区域与模型的偏差情况，主要观察弧度是否与模型贴合。分析结果显示整个钢架两端均向过道方向均匀变形，最大变形仅30 mm，满足设计要求。

3.2 中庭GRG施工难点解决措施

⑴每块GRG的样式和安装位置都是唯一的，在保证横向顺滑效果的同时，竖向也要求垂直对齐，施工时需要很高的安装精度，才能在保证质量效果的同时减少损耗和节约时间。

⑵为有效解决上述难题，在中庭施工时采用如下数字化施工技术：

①对中庭部位进行三维扫描，采集现场真实、精确、全面的三维数据；得到现场1∶1立体点云模型，在模型中真实还原现场情况。

②利用平面图纸建立模型，将设计图纸所要求的尺寸、造型等全部体现在设计模型中；

③将设计模型匹配到现场点云模型中，进行模拟安装、碰撞试验。真实展现安装效果，找出设计与现场不符的区域及偏差情况，为深化修改提供全面直观的数据［4］；

④根据碰撞结果调整后的模型即为完全匹配现场实况的施工模型，在施工模型中进行排版分块，直接提取所需要的数据即可实现材料的精确下单，对每块材料进行编号，对规格、安装位置等信息进行标注；排版分块如图5所示。

图5 根据对比现场实况施工模型进行排版分块Fig.5 Typesetting and Division According to the Comparison of the Live Construction Model on Site

⑤对进场材料进行扫描对比检查，及时剔除不符要求的分块材料，保证下单质量；

⑶为提高工效，保证安装精度，参照施工模型对施工区域进行精确的分区，并预先找定安装点位。安装时只需按照所定点位及材料编号信息将铝板安装到对应位置即可完成材料的精确安装，避免偏差，减少甚至杜绝返工返料现象；

⑷分区安装完毕后，再次进行三维扫描及点位坐标测量，将所的模型与施工模型进行对比，三次检核，保证施工质量和装饰效果。

⑸优化的施工工序。在施工策划结束后即可进行材料下单，整个下单过程不放线和基层施工同步甚至提前，为主材质量及成本的把控提供充足的时间。

⑹中庭GRG模具制作。根据模型样式输入电脑用大型五轴雕刻机雕刻出原始模具，人工修复光顺翻制玻璃钢模具制作产品，保证产品安装完成后的流畅度。安装前对钢结构排布深化细化，根据产品的预埋点位置出钢结构图纸，货到现场根据现场定位放样产品配件与钢结构焊接加固，背面接缝糊帮处理正面贴网格绷带补缝处理。设计根据模型分解出每个构件，输入雕刻机雕刻出构件剖面［5］。

按照深化图纸尺寸拼装出整个模型模具，用定位模板确定每个穿孔位置，制作穿孔硅胶模具模种、翻制硅胶，硅胶模具成型，按照定位模板组装硅胶模具，直至最终产品制作完成。模型样式如图6所示。

图6 模型样式Fig.6 Model Style

⑺中庭GRG面层安装

①开始安装：挂板采用分解制作——打钉安装；钢结构和穿孔区均可打钉。

因钢构打钉面在4 cm面（40 mm×80 mm方通），扣去两边圆角和1 cm补缝槽每片GRG打钉区域只有1 cm，会造成产品边缘崩裂现象，所以采用此打钉定位中间打钉加固方式，保证产品不会因打钉不牢造成开裂［6］。

考虑到安装打钉面只有3 cm，产品之间预留补缝口，实际单边打钉位只有1 cm，所以采用燕尾螺丝加垫片形式安装（垫片后期采用不锈钢材质）。

②补缝处理：前面压网格布背后采用捂帮防止开裂）。

③根据现场造型的特殊性需要减轻材料对楼板的负重，采用进口GRG粉（其性能为白度93%，2 h抗折强度最高可达到8.5～9.0 MPa，比国产粉高2～3 MPa）制作成10 mm厚产品，既保证产品的强度又可减轻重量。且将点直接定在每块中庭GRG的完成面分隔缝上，大大方便了后期安装工作。

3.3 中庭GRG造型表面木纹漆难点的解决措施

⑴表面平整，圆顺：表面接缝以玻璃纤维布及专用粘结粉进行补缝处理，以高强石膏整体初步找平，专用弹性腻子3遍，每层腻子喷清油1遍，增强腻子基层强度；喷清油增加GRG表面光泽，在灯光照射下易发现表面不平顺的位置，转角、圆弧处，造型交汇处，木工制作靠模辅助［7］。

⑵漆膜不起皮：漆膜起皮主要是因为GRG含水率高，表干里不干，GRG制作时GRG浆料需用水调制，所以，GRG油漆前必须有干燥期，并经过含水率检测，控制在12%以内。GRG生产安装进度需考虑GRG干燥时间，考虑气候的因素，尤其对于冬雨季施工期［8］。木纹漆制作过程如图7所示。

图7 木纹漆制作过程Fig.7 Wood Grain Paint Production Process

⑶冬雨季GRG制作，由于气温低、湿度大，GRG制作过程中的水分不易蒸发，对油漆施工影响很大，油漆施工前，GRG由表及里应充分干燥，否则，会造成油漆漆膜开裂脱落。所以，GRG制作期需要充分考虑季节、气候的因素，理想状态是在冬雨季来临前就加工好GRG部件，合理安排产能。如有逾期，则应有应急预案，提前安排室内烘干设备，保证GRG产品生产进度不受影响［9］。安装完成整体效果如图8所示。

图8 装饰墙整体完成效果Fig.8 The Overall Effect of the Decorative Wall

4 结语

曲面异形结构的施工一直是工程界的一大难题，曲面弧形变幻复杂，轴线定位控制难，构件加工制作安装精度要求高，一旦出现位移偏差，将造成弧形曲面段连接不流畅，影响到整体建筑外轮廓的美观性［10］。

本项目通过工程实践，将BIM数控测量［11］、3D激光扫描、五轴雕刻、三维放线、多源信息融合技术等多种数字化施工技术融合，用于弧形双曲面GRG装饰墙施工，相较于采用传统方式，大幅提高了测量定位的精度，使得GRG装饰墙曲面顺滑流畅，木纹搭接自然对纹，同时节约工期，降低项目部的施工成本受到建设各方的好评，已建成的实体建筑得到设计方的高度认可，工程质量符合规范和合同要求，确保了工程建设目标的实现。