基于单元模块化及逆作法的异形天花大吊顶施工技术

詹进生 石鹏 陈波林

【摘要】随着施工技术的飞速发展，越来越多建筑呈现出造型多元化、复杂化，装饰表皮多维化，曲面造型普遍化的特点。文章结合成都天府国际机场 T1航站楼项目，介绍了双曲面竹叶造型天花施工方法，对异形天花吊顶的下料及安装方法进行优化，通过结构复测，逆向建模，参数化空间表皮自分割，快速、精准下料，高空逆作施工平台搭设，单元模块化的组拼，逆作法依次完成吊顶转换层、单元龙骨及铝板的吊装，缩短工期、节约成本、降低风险、提升质量。

【关键词】异形天花大吊顶;逆向建模;参数化;单元模块化;逆作法

【中图分类号】 TU758.15          【文献标志码】 B

1工程概况

成都天府国际机场T1航站楼项目建筑面积38.74万m2，基底面积12.48万 m2，地上4层，由中央大厅（D区）和3个指廊（A、B、C区）构成。D区大厅顶部设计为竹叶造型，如图1所示。整个吊顶形态为双曲面，面积约3万 m2，长408 m，宽67 m，拱最高点与最低点高差13 m， 吊顶高度为24 m 渐变至37 m。

整个吊顶附着于钢网架底部，工程体量大、高度变化大，地面穿插施工工序较多，难以搭设满堂脚手架。为满足建筑独特的竹叶造型需求，对吊顶的平整度、曲面部位顺滑度、板块的缝隙线及每个竹叶单元在空间的视觉效果提出了更高的要求。在施工过程中不仅需要考虑空间尺寸和大跨度网架受荷后的挠度影响，还要考虑材料下料、加工、安装误差等因素，所以吊顶施工是一项复杂的系统工程。

2工程重难点分析

中央大厅大吊顶由蜂窝铝板组装拼接而成，本工程总共140个整单元、120个半单元竹叶造型天花，竹叶天花在一个月牙形的双曲面上分部，整个吊顶固定在钢结构网架下方支托上，安装施工难度大，主要表现在4个方面：

（1）钢结构网架不仅弧度变化大、跨度大，而且受下料、安装、施加荷载后的变形等因素累计影响，网架下支托与计算机三维放样偏差较大，网架的偏差一定程度上对大吊顶定位产生影響。

（2）由于大吊顶造型为空间曲面，每个竹叶单元长轴方向，短轴方向都在渐变。最大的单元长轴达到31 m多，短轴接近12 m，一个单元约180 m2，每个单元都不一样，每个单元内的铝板都具有唯一性。导致大吊顶的三维建模任务相当复杂，每个板块下料单均需按部位独立深化设计，分区域单独编号，以免混淆。

（3）现场安装定位要求非常高，每一块板材必须安装在指定点位上，否则型材会互相影响，甚至可能导致安装无法继续进行，造成费料费工。

（4）吊顶工程量大，且净空24～37 m，地面穿插施工工序较多，若采用传统满堂架操作平台安装，需要的架体材料量巨大，架体材料资源有限，仅进出场及搭拆就需4个月，且大吊顶下方其他部位装修将无法进行，总体工期压力巨大。

为解决上述难题，经过技术攻关和创新，遂采取基于单元模块化及逆作法的异形天花大吊顶施工技术用于本工程大吊顶施工。

3技术创新点

（1）采用三维扫描仪复测钢网架球节点结构，生成点云数据，逆向建立施工 BIM模型，消化钢结构偏差，确保模型与实体的一致性，有利于控制后期安装质量和精度。

（2）采用空间表皮自分割技术，利用参数化将复杂造型空间表皮分割为若干细小单元，通过布尔运算确定4个特征点，形成单个竹叶菱形单元模块，便于快速、精准下料，保证铝板安装的准确性，避免材料下单或加工误差影响天花整体安装进度和效果的情况。

（3）提出一种标准化、机械化、程序化施工方法，在地面组拼、焊接转换层结构和单元龙骨，并完成单元龙骨与铝板的组拼，大大减少高空作业的工作量，实现高空零焊接，降低施工作业人员的安全风险，提高安装效率。

（4）提出一种吊顶逆作施工方法，利用钢网架结构的下弦杆作为支撑，于吊顶上方搭设施工平台，拉设生命线，满铺安全网，依次完成吊顶转换层、单元龙骨及铝板的吊装。相比于传统的满堂脚手架施工平台，能缩短施工平台的搭设工期，降低安全风险，节约施工成本，同时满足地面同步施工的需求。

4施工工艺方法

4.1结构复测、逆向建模

4.1.1控制网布设

根据主体结构施工阶段已知的坐标控制点，采用 Leica TS11全站仪及 Ni007水准仪对水平控制网和高程控制网进行加密，满足平面位置精度10.0 mm、高程精度3.0 mm的要求（图2）。

4.1.2结构复测

根据建立的天花统一控制网，采用扫描仪及全站仪对钢网架球节点进行全面的复测，测量的数据经过处理后形成点云，为吊顶施工 BIM模型建立提供依据[1，4]（图3）。

由于加工生产、安装定位、沉降变形等因素影响，不可避免产生结构偏差，直接影响模型的排版、收边材料的尺寸，对于超出转化层骨架调节范围的结构偏差，还需要对吊顶曲面进行优化调整，进而消化偏差，所以施工前必须要进行结构检测。本工程采用基于红外激光的非接触式无棱镜型全站仪完成结构的复测，通过激光测距原理（包括脉冲激光和相位激光）瞬时测得空间结构的三维坐标值，测量结果能自动显示、计算和存储，并能与外围设备自动交换信息[3]。

球节点为钢制全封闭空心球，球节点中心属于隐藏点，无法直接进行测量，故采用基于球面六点的钢结构网架中心定位方法，通过六点测量配合最小二乘法计算出钢结构球节点中心位置，此种处理方式可以随意在球表面采集点位，能有效减少计算误差，具有定位精度高、测量方便，操作简单的特点[2-3]。

首先，现场测量时利用控制点对全站仪完成定向，再将仪器测距模式调整为无棱镜测量模式，并瞄准球面上任意一点，既可测得球面的一个坐标，最后依次在球面上测得剩余不共面的5个点坐标。依据最小二乘法公式：

组成法方程，其中。

4.1.3建立施工 BIM模型

整个大吊顶由多个不同造型曲面组成，根据复测数值形成的点云数据，结合原设计模型，通过修正形成施工 BIM模型（图5）。

4.2参数化空间表皮自分割

（1）在既有曲面上利用参数化重建曲面。在既有的基本曲面模型上，结合边界约束条件，采用网格曲线构造曲面，再根据曲面的特征方向确定曲面的 u/，方向构造四边形曲面，通过控制曲面U、V阶数，以及与测量数据的偏差来重新生成曲面。

（2）结合竹叶造型单元变化规律（提取曲面的 u/p方向的结构线。利用重新优化生成的曲面（参数化提取u/p方向的结构线作为辅助线（对大曲面进行网格化细分（将大的曲面分为若干个细分单元。

（3）以 u/p方向的结构线布尔运算交集点作为顶点生成竹叶菱形单元。根据 u/p方向的奇数排列的结构线（布尔运算交集点作为竹叶单元长轴的顶点（根据 u/p方向的偶数排列的结构线（布尔运算交集点作为竹叶单元短轴的顶点（4点形成一个完整的菱形竹叶单元。

（4）参数化细分竹叶前翼、后翼。以菱形竹叶单元的长轴（结合竹叶单元的变化规律（参数化细分竹叶前翼、后翼。

（5）单元内细分板块。根据竹叶单元前翼曲面长边边缘线在曲面上参数化分割板块;以前翼板块分割线与后翼曲面长边边缘线的布尔运算交集点为基准参数化分割板块;最后进行竹叶单元细部优化处理（图6）。

4.3单元模块地面组拼

为了有效地减少高空的作业量（吊顶转换层采用单元式整体吊装;在地面组拼160 mm×80 mm×4 mm转换层主龙骨框（中部布置3根120 mm×60 mm×4 mm次龙骨（主次龙骨采用 L形连接件与 M14螺栓连接（图7）。

由于竹叶单元面积过大（施工困难（因此根据铝板分缝（将铝板龙骨进行單元细分（加工厂根据划分组拼焊接单元龙骨（现场进行分单元吊装（再对吊装单元龙骨进行复测调整（最后安装铝板（图8）。

4.4高空逆作施工平台搭设

（1）绑扎生命绳：利用网架自身布置的马道可绑扎安全绳。安全绳具有2个锁扣（一个挂上弦杆上（一个挂在下弦杆上（上下弦杆间距大的位置则把2个钢筋钩钩挂在上弦杆上（再将安全带的挂钩分别钩在2个钢筋钩上（确保安全（图9）。

（2）铺设安全网：从安全网端头沿垂直马道方向开始绑扎（要求每个下弦球点必须绑扎（球点间应适当加密绑扎点。

（3）铺设脚手板：脚手板的铺设必须要做到铺稳（不得有空隙、空头板、探头板。脚手板两端与其可靠固定（严防倾翻。脚手板采用对接平铺或搭接铺设。在架子拐弯处脚手板应交叉搭接，垫平脚手板应用木块并要钉牢，脚手板的搭接方向要与脚手架的运输重行车的方向一致。

4.5单元转换层结构吊装

根据安装顺序，依次吊装拼装好的单元转换层结构，通过十字调节爪件、三维系统调节配件与钢网架球节点预留转接件连接。

4.6单元龙骨及铝板吊装

利用逆作施工平台，逐块吊装细分的单元模块，并与转换层结构连接固定[5-6]（图10、图11）。

单元模块80 mm×40 mm×4 mm单元龙骨，通过 M16的成平球头螺杆， C型抱箍件与转换层160 mm×80 mm×40 mm龙骨连接，所有操作均在上部完成。

4.7天花吊顶整体调整定位

竹叶造型天花吊顶的整体调整定位，是精度要求最高的一个环节，所有单元模块吊装完成后，对特征点进行复测，针对偏差进行调整定位。也可以利用扫描仪对完成面整体扫描，和 B1M模型进行比对，确定偏差值，指导现场精确调整（图12）。

5结束语

本工程采用基于单元模块化及逆作法的异形天花大吊顶施工技术，大吊顶施工完成后，经多次细致全面检查，双曲面造型天花表面各点偏差均在误差范围以内，有效确保吊顶安装的质量和精度;实践证明，该技术对天花吊顶进行参数化下料、单元模块化组织、逆作法施工能较好地满足施工要求，降低施工作业人员的安全风险，提高安装效率，且在保证上部天花吊顶安装的同时，下部地面装饰可分区错位施工，不受天花施工的影响和制约，有效地缩短了工期，为类似项目施工提供了借鉴。

参考文献

[1]刘汉朝，刘铸玮.大兴国际机场航站楼核心区自由曲面屋盖大吊顶施工技术[J].建筑技术开发，2021，48（14）：72-74.

[2]张扬，王维，吴兴涛.基于三维精准定位及反吊施工法的大吊顶施工技术[J].施工技术，2018，47（15）：63-65+91.

[3]王刚，梁肖栋，蒋佳磊，等.大型国际航站楼异形双曲大吊顶施工技术研究[J].城市建筑，2021，18（33）：33-35.

[4]薛广尉.基于 B1M技术的双曲面异形铝板吊顶施工技术研究[J].工程技术研究，2021，6（9）：14-16.

[5]余跃涛.高大空间逆作法吊顶施工工艺[J].上海建设科技，2015（1）：28-30.

[6]刘永涛，陈刚，韩光军.大空间双曲面室内铝板吊顶施工技术[J].建筑施工，2014，36（2）：148-149+153.