参数化双曲铝板幕墙的施工

谢廷赏 王 杰

1. 南宁工程咨询集团有限公司 广西 南宁 530022；2. 广西大业建设集团有限公司 广西 南宁 530001

建筑业的飞速发展，人们对建筑文化的需求从开始的物质需求发展为如今的精神需求。为此，出现了许多造型奇特的建筑。随着BIM行业和计算机行业的发展，异形幕墙工程也随之增多。

目前，国内已有许多学者开展了关于双曲铝板幕墙施工安装的研究。苏杭等[1]对双曲面三角形凹凸面铝板幕墙现场幕墙安装进行了研究；杨英豪[2]基于BIM技术对大浪花造型铝板幕墙系统进行了参数化方案的设计及研究，并对铝板连接系统的结构进行了力学分析和优化；陈军[3]对双曲面三角形凹凸面铝板幕墙施工技术要点进行了分析；赵立国[4]以某会展中心施工项目为例，对外装饰铝板的材料、设计、施工与安装技术、质量控制要点进行了分析；赵倩等[5]发明了一种L形双翼式双曲铝板幕墙的施工方法，大大减少了双曲铝板制作的返工量和矫正量，减少了铝板报废率，提高了效率，节约了工期；王启兵等[6]结合某地建筑项目案例，对双曲面开放式铝板幕墙施工中的难点以及施工过程进行分析，并且提出了相关的解决方案；伍俊锋[7]利用BIM模型完成了双曲铝单板幕墙木胎模的加工及定位安装；刘凡民[8]对双曲线弧形铝板内幕墙施工技术与施工过程中的难点项目提出切实可行的解决方法；吕义伟等[9]介绍了红岛站浪花双曲铝板幕墙测量放线的施工工艺流程。

国内目前的研究主要集中在铝板幕墙施工安装技术方面，尤其是异形结构的放样及安装方面，而基于BIM技术参数化建模技术与双曲铝板幕墙施工方面的研究很少，通过总结参数化双曲铝板幕墙关键技术，提供一个双曲幕墙安装的解决思路，在BIM应用下，能提高幕墙行业的平均水平。特别是对异形板块的下料加工，能够为建筑行业提供更加大胆的想象空间。同时针对幕墙工程使用BIM施工工法，能提高企业整体技术水平，增加企业在招投标方面的技术竞争力。

1 项目概况

东南大数据二期装饰装修工程位于福州市长乐区文武砂镇大数据产业园区内，是中国大数据产业集聚区及“数字中国”应用示范区的先行先试项目。工程建筑造型独特，结构形式新颖，设计理念表现先进、前卫，结构体系复杂，科技含量高。

2 工艺流程

施工准备→导出钢构交叉顶点标高→钢结构误差调整→铝板小骨架建模及尺寸导出→双曲铝板面板参数化建模→节点优化、方案对比、细节调整→模型完成导出数据→下料生产→面板安装检查

3 关键施工技术

3.1 施工准备

工程施工前应熟悉图纸，做好轴线、标高交接记录，核心是做好测量基准点坐标移交，这一步关系到后期钢构复测准确度，是核心控制步骤。

工程施工前，分析钢结构误差允许范围，确定钢构调整方案。结合工程现场实际情况与幕墙施工要点编制专项方案，并建立钢结构3D模型（图1）。

图1 钢结构模型建立

3.2 导出钢构交叉顶点标高

参照导出标高，对点位进行编号，使用高精度莱卡全站仪进行现场实际标高比对复核。顶点误差在±20 mm以内可用铝板骨架调整，将超出偏差限值的顶点按调整方案进行整改。钢结构安装过程中节点位置对称进行焊接，焊接节点位置做好热处理，结合钢结构模型，利用Simufact.welding进行箱形截面焊接节点残余应力热力耦合分析，模拟节点最合理焊接顺序及焊接工艺参数的选择，减少内在残余应力，减少结构变形。

3.3 钢构误差调整

将超出偏差限值的主体钢构调整至允许范围内，保证骨架曲面顺畅。将在误差范围以内的点位进行记录，并反映至原骨架模型，进行微调，保证模型与现场实际尺寸高度接近，为铝板小骨架的建模提供准确基础。误差调整过程中要考虑荷载对柱的压缩变形值和接头焊缝的收缩变形值，重点复核钢结构节点的位置、标高，误差超出范围时应及时调整，减少累积误差。

3.4 铝板小骨架建模及尺寸导出

由于异形曲面铝板每块尺寸、弧度均不相同，并且每个空格由8块曲面板拼接而成，所以铝板小骨架需消除钢构骨架的误差，还需保证铝板骨架的倾斜方向、高度、每空之间的对角线及方管长度的准确性，安装进度要求比较高。

利用BIM软件在原有钢构模型基础上建立铝板骨架三维模型，并对小骨架交点进行编号，利用BIM软件对节点交汇位置进行自动删减，生成节点的相贯线，指导小骨架下料，减少材料的浪费，小骨架材料按节点要求可以在加工厂预制好，现场进行焊接拼接，提高施工效率，减少工期及高空施工的安全隐患。

对各个空格的对角线及边长进行测量，得出对角线长和各边长，提供骨架安装基础数据，辅助穿孔板小骨架加工、定位安装。穿孔板安装定位如图2所示。

图2 穿孔板安装定位

3.5 双曲铝板面板参数化建模及节点优化、方案对比

图3的参数化模型全部由Grasshopper程序链路控制，参数的调整将直接影响模型，通过全局程序的建立，可以快速调整如层高、幕墙横向/纵向分格，勺子平板方案、双曲板方案。参数调整后，模型一键重新生成，无需重新建模。参数化数据点位如图4所示，方案确定后对模型细节及节点进行分析优化，原图纸骨架，分段拼接段数较少，折断明显，不利于曲面板块安装。利用BIM软件模拟方管切除量及弯曲的弧度，现场将方管切口但不切断，安装现场拉弯方管贴合设计弧度，有效保证了曲面板的安装质量。檐口骨架优化前后对比如图5所示。

图3 参数化建模生成方案择优选择

图4 参数化数据点位

图5 檐口骨架优化前后对比

3.6 模型完成导出数据

施工段划分：根据现场施工作业要求，划分施工段，将导出的编号在骨架上进行区域编号，并对比复核，避免板块进场后板块与安装区域分放错乱。

面板料单提取：通过相应程序，对各个板块按顺序进行编号，对四边尺寸、内角进行标注，同时算出每块双曲板弦长与拱高，导出加工图，指导厂家加工，因板块尺寸与拱高差别不大，要求厂家对编号认真仔细地标注，避免因厂家编号错乱导致现场安装板块错位。

3.7 现场安装检查

因板块尺寸差别不大，为了避免施工人员及测量人员工作失误，板块安装时需严格控制安装顺序，横向或纵向排先排底，再进行推进安装，并分段取板块完成面的坐标点，并与模型对比。

若发现板块与骨架不对应，或板块与板块之间拼接缝存在较大高低差、大小缝，需从骨架到面板与模型进行比对，找出问题所在，如骨架安装过程中，最外檐骨架能够与边沿线重合，那么一般是面板加工误差，或者编号出错。

为消减板块安装过程中误差累积，调整面板安装顺序。面板从中心向四周安装。外沿板块在中间板块安装完成后以“人工测量弦长＋BIM导出穿孔板拱高”进行下料安装，以消除安装过程的误差累积。分批次安装极大地避免了一次性安装过程中产生的边缘板误差累积，避免因安装误差导致边缘板无法正常安装而浪费材料的现象。在板块安装过程中，需用鼓风机将自攻螺钉从骨架上钻起的铁屑吹干净，避免铁屑遗留在骨架上导致锈水污染骨架及面板，做好幕墙安装中找平工作，保证安装精度和质量。

3.8 质量保证措施

严格按照相关标准、施工要求及BIM建模精度要求进行控制。施工过程加强BIM精确度的检查和控制，具体检查项目包括钢结构顶点复核、表皮建模、模型精度、安装控制精度。

严格执行“三检制”，关注重点为标高复测精度、建模精度及面板安装精度，模型精度应由高级建模师进行检查，避免出现源头性问题。实行样板引路制度，样板建议做在实体结构上，以便同时用于校核模型精度问题。板面安装过程中，跟踪监督施工班组的施工，对板面安装超出标准范围的情况进行分析整改。

厚3.0 mm烤瓷穿孔铝板的烤瓷面漆具有良好的自洁性能、耐候性能，不易吸附灰尘，强度高，在施工过程中能够减少面层刮花损坏的情况。

4 结语

1）造型表面由双曲面板拼接而成，面板数量大，且每块面板尺寸、拱高均不同等的幕墙，参数化BIM模型的建立能够在策划阶段提供多种方案进行择优。

2）参数化BIM模型能够在施工阶段具体准确地反映出原有钢构骨架的误差，从而在现场进行准确的骨架调整、指导铝板小骨架的焊接安装。

3）通过模型效果进行多方案模拟比选、定位穿孔板点空间距离，对比现场钢构与理论模型偏差、穿孔板尺寸调整，指导施工下料及面板安装。

4）模型导出数据可直接指导面板下料生产，与传统施工工艺方法相比，大大节省了施工成本及工期，模型导出数据比传统测量数据准确得多，很好地提高了骨架、面板的下料以及安装质量。

5）在BIM模型深化的过程中，相当于通过模型完成了一次施工。通过BIM模型，从骨架到面板都能进行数据化分析，从而得出构件的加工尺寸、数量等。从模型导出的图纸及数据能够直接进行加工、编号安装，避免了人工下料的失误。从结构到面板的模型比对，能够提前发现和消除施工误差问题，从而减少材料浪费，提高工效，节约成本，在最大程度上保证了安装的精度，减少返工。BIM技术提供的模型，对异形板块的下料及面板骨架的安装定位是控制材料消耗的有力措施。利用BIM技术指导施工下料，平均1 200 m2异形铝板幕墙节省工期20 d，节省人工费用3万元。