基于BIM软件辅助的曲屋面蜂窝铝板幕墙施工技术分析

章 扬

（中交水利水电建设有限公司，浙江 宁波 315200）

0 引言

随着建筑科技的不断发展和城镇化建设的持续推进，建筑设计过程中对建筑造型的艺术性要求也越来越高[1]。各种复杂的异型结构开始出现在人们的视野当中，尤其是大面积曲屋面在现代建筑物中出现的频率越来越高[2]。大面积曲屋面幕墙多采用钢结构和新型复合材料结合使用，急需能够解决安全施工、装配准确、方便快捷等施工要求的新型施工理念和方案。在苕溪清水入湖河道整治后续工程（湖州开发区段二期）房屋建筑工程中，运用BIM技术将曲屋面幕墙分解成网格体系，有利于快速、高效完成了幕墙施工。本文总结该项目施工经验，为其他工程提供参考。

1 工程概况

苕溪清水入湖河道整治后续工程（湖州开发区段二期）房屋建筑项目是长兜港沿岸整治及生态修复工程中地块内配套的公共建筑项目。A区建筑结构形式为钢结构，主要钢板及型钢材质均为Q355B，地下一层，地上两层，建筑总面积为10282.4㎡；幕墙形式主要包括：玻璃幕墙、石材幕墙、铝板幕墙、铝合金百叶、雨篷、采光顶，其中典型玻璃尺寸为A=B×H=1.88×4=7.52㎡，自重8.008499kN，全部采用全面单曲三层超白玻璃（10mm超白+10mm超白+12A+12mm超白夹胶中空），石材尺寸为A=B×H=0.65×1.1=0.715㎡，面板自重为0.7kN/㎡。该建筑工程的平面图和立面图分别见图1和图2所示。

图1 工程平面图

图2 工程立面图

2 基于BIM软件的施工辅助技术

2.1 曲屋面网格分格划分

苕溪清水入湖河道整治后续工程（湖州开发区段二期）项目A区建筑物造型独特新颖，为异型空间曲面结构，这给屋面幕墙的设计、材料加工、施工增加了巨大的难度。项目部技术人员经过充分讨论，决定采取分割的思路进行施工，具体而言：按照幕墙检验批划分规定，结合现场实际情况，以中心屋脊线作为主线，分别向两侧制定均为三角形的分割块，向两侧延伸直至幕墙边缘，形成三角形曲面网格，再通过设置诸多夹角60度的平行线将整个屋面分割为若干小三角形和近三角形，如图3所示。

图3 屋面分割示意图

2.2 龙骨体系模型建立

为了有效应对新颖的异性建筑造型、复杂的幕墙系统施工建造技术难题，减小建筑结构偏差。通过BIM软件计算出准确的参数，可有效保证幕墙系统单元模块材料的制作精度，从而确保单元板尺寸、构件加工精度和尺寸材料制作过程的准确度。具体而言，将曲屋面幕墙的空间几何尺寸放入Revit软件中，按照分割思路对幕墙以中心屋脊和两侧主钢梁为控制线进行计算，主梁按照结构和材料的力学性质进行计算论证后划定，最后将分割后的大三角曲面划分为若干小三角形单元[3]。分割后的单元的各项参数都能在系统中一一显示，并且一键导出，为施工提供了极大的参考。如图3所示，黄色细线为屋脊中心线和主钢梁。

实践证明，通过BIM 技术可有效处理传统幕墙图纸中零件小、几何尺寸误差大的技术难题。BIM软件中详细、准确的参数信息能有效确保幕墙系统单元模块材料制作精度，进而对单元板块的大小、组件加工精度及尺寸材料制作过程精度和精准性进行指引[4]。此外，建立的TEKLA模型（如图4所示），深化、细化了构件图纸，用于指导工厂加工、辅助现场施工并以此为基础建立了Rhino7模型。通过运用BIM软件辅助设计、施工，有效提高了工程设计水平、加工精度，极大增强了生产、安装质量，并且大幅缩短了项目整体施工周期。

图4 TEKLA模型图

3 曲屋面蜂窝铝板幕墙施工技术

3.1 施工工艺流程

异形曲面蜂窝铝板屋面装配施工技术的工艺流程为：方向定位→固定铝合金夹具→固定铝合金连接件→安装定位钢板→安装蜂窝铝板→安装胶条→检验。

3.2 安装顺序

根据幕墙检验批划分规定，结合项目实际情况，先把支撑夹具固定在事先设置好的控制点上，然后整个屋面的铝板安装顺序按照从南往北两侧对称施工，定制好的蜂窝铝板通过汽车吊垂直运输到对应的安装位置[5]。

3.3 测量定位设备

苕溪清水入湖河道整治后续项目利用卫星定位测量异型屋面空间定位，确保了项目的进展和质量。卫星定位测量是利用卫星的测时和测距进行导航。

运用卫星定位技术，主要优势包括以下几点：（1）使用点灵活性更强，布设自如；（2）具有较高的定位精度；（3）根据所需要的观测精度不同：用快速静态的技术，测量时间每次可缩短几分钟；（4）可对测点的平面位置和高程同时进行测定，施工放样可采用实时动态测量；（5）自动化程度高，操作人员只需在观测中对仪器的工作状态和采集环境的气象资料进行安置和开闭、测量天线高度、监视等一系列测量工作，如捕获、跟踪观测卫星、记录观测资料等，就可以自动完成。

运用卫星定位技术应注意以下事项：（1）根据建设单位提供的测量控制点，施工图纸和有关规范；（2）用全站仪将轴线引测的到支架套管上，作为支架安装的纵向控制线，支架沿套管方向要保证在曲面法线上；（3）对屋面构造节点的控制线测量。

3.4 安装方法

3.4.1 连接件安装

（1）根据控制网点布置，把可调节的支撑夹具安放在对应的点位上，通过不锈钢螺栓将夹具底部与铝合金板紧密结合，再将夹具的另一侧稳定在屋面的第二道龙骨上，进行后续的调整。如图5所示，通过调节不锈钢伸缩套杆来调整曲面节点空间位置，施工简便，材料可大批量生产，节省工期，经济效益显著。

图5 可调节屋面支撑夹具组合件

（2）根据施工图给出的点位三维坐标（X、Y、Z值），将面板的坐标放线于铝檩条上，相关技术人员通过使用全站仪，指挥技术人员按照要求进行上下左右移动，达到指定的高度后，用紧固螺丝将不锈钢伸缩套杆进行固定，最后用不锈钢托架把铝合金方管用螺栓连接。

3.4.2 蜂窝板的定位安装

蜂窝板的定位和安装：将蜂窝板安装在檩条上，根据放置位置对齐切缝，完成蜂窝板的定位。安装过程中可借用梯子、绳索、钢管等辅助工具；正式安装前，先用工具擦去灰尘等污物，确保安装面清洁。此时严禁贴板缝保护膜，以保护蜂窝铝板表面。安装过程中，做好产品表面保护工作，防止因划伤、污染等原因造成的返工。由加强筋连接在一起的蜂窝铝板周围的角码铆接在框架梁上。

同一平台的蜂窝铝板平整度，嵌缝宽度的误差要控制在精度范围内。在施工过程中，幕墙的构件和面板应铺设并用薄膜包裹并采取其他相应的保护措施。密封胶固化并达到应有的强度后，应及时清除表面的粘附物。

4 施工质量控制措施

4.1 严格控制构件参数和质量

为保证后续工作的顺利开展，应加强对各项参数的控制，明确材料对应的施工标准，并严格控制主体结构的质量。通常，在进行构件检测时，需要对构件的设计尺寸、构件形状、螺栓孔位、是否贴有安全标志等不同指标进行数据比对，这些指标都会对最终的施工质量造成极大的影响。项目部技术人员还要注意：施工人员在施工准备阶段，应加强风险防范工作，尤其是在主体结构或梁结构施工中，更要加强误差控制，因为当它的偏差值超出规定值的范围的时候，很容易对后续的施工质量和进度造成影响，甚至对整个结构的稳定性造成影响，进而影响工程质量。

4.2 确保高强度螺栓的性能满足要求

结构连接时，高强度螺栓连接的好坏直接决定整个整个结构连接的质量。因此，技术人员在组装前必须对高强度螺栓进行检查，一定要保证螺栓有正规的出厂合格证，此外还要重点对螺栓表面抗滑移系数进行检测，对各批次螺栓的轴力进行定期检查。在完成高强度螺栓轴力检查后，对各螺栓的安装质量进行检查，确保不出现欠旋、超旋等现象，使高强度螺栓的作用得到最大程度的发挥[6]。

4.3 加强施工过程的管控

加强监控管理工作，全程监控安装蜂巢铝板的施工情况，实时记录。技术人员一旦发现偏差，要及时采取相应措施，要根据现场施工统计数据实时、快速地介入、控制，及时消除相关风险。柱面蜂窝状铝板材料进场后，要按照安全文明施工要求和项目部规定做好相关产品的分类、堆放等工作，并及时登记材料进出场台账。进场后，为了防止蜂巢铝板材料锈蚀、配件混杂和损坏情况的发生，要做好材料的保管工作。对拼装质量按照设计图的要求严格把关，验收时严格按照质量规范的相关标准执行。

5 结束语

综上所述，本文以苕溪清水入湖河道整治后续工程（湖州开发区段二期）房屋建筑项目为例，总结了曲屋面幕墙工程的施工经验。通过引入BIM技术、分割结构、测量定位等方法，极大地促进了工程施工进度并有效保障了施工质量，为后续承接各种异形幕墙结构施工积累了重要经验。该项目的实践证明，基于BIM软件辅助的曲屋面蜂窝铝板幕墙施工技术具有施工快速、操作简单、调整灵活，成本低的优势，值得推广应用。