多曲面多叠级超长铝板安装施工关键技术

夏庭俊

（中铁城建集团第一工程有限公司，山西 太原 030024）

1 研究背景及意义

随着我国高速铁路建设的高速发展，铁路客站作为城市与外部客流交换的载体，在满足使用功能的前提下，还需围绕“一站一景、站城融合”的建设目标，践行“畅通融合、绿色温馨、经济艺术、智能便捷”的建设理念，形成含有当地文化特色，具有独特地域色彩，且外观新颖、造型复杂多变的铁路客站[1]。站房外立面铝板装饰造型复杂多样，属于超长铝板拼装，施工过程中龙骨精确控制、铝板精准下料、铝板变形控制、色差控制及超长铝板拼装等技术重难点都对质量控制带来了挑战。本施工技术采用建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）指导高精度控制测量、建模、下料、加工、安装，质量超前预控，优化施工组织，同时保证了进度可控及工程优质，很好地解决了复杂造型施工中各种重难点技术问题，具有广阔的推广应用空间。

2 施工工艺原理

本施工技术是根据设计图进行BIM 建模，分析初步建模、优化局部构造及连接方式，然后根据优化成果指导现场龙骨安装，复测基层安装精准度及整体曲面顺滑流畅度并进行对应微调，根据最终数据形成铝板下料单复核加工生产，生产过程中超前预控变形及色差质量，材料到位后采用双开交叉循环施工方法进行安装，施工过程实时进行过程安装监测复核，确保每块铝板安装精度、整体平整度及大曲面顺滑度[2]。关键技术为以下5 个方面。

1）BIM 建模指导精确放样下料技术。建立龙骨及铝板模型，作为设计的理论模型，为了与后期的现场实测龙骨模型进行对比，将各模型合模，碰撞，解决冲突部位，优化细部节点，通过精准定位放样进行龙骨的精确安装、调整。施工龙骨进行3D 激光三维扫描数据与理论模型复核，高精度下料加工异形铝板。

2）以直代曲放样及3D 激光点云扫描复核技术。龙骨及铝板施工放样采用以直代曲技术，应用了微积分原理，把曲线等分成若干段，每段长度为单块铝板长度，这样曲线的总长=每段长度×段数。3D 激光点云扫描复核技术采用实用新型专利“一种工程中位移观测的目标定位靶”方便对现场施工龙骨进行3D 激光点云扫描处理后与BIM 理论模型进行复核对比，指导铝板下料加工。

3）超大铝板背楞加强技术。单块铝板最大尺寸达3 050 mm×2 650 mm，属于超大铝板，为保证每块铝板安装精度及平整度，从优化背楞的方向布置及合理使用背楞材料两方面控制背楞的弹性模量，确保单块铝板平整度满足国家标准。

4）铝板光反射色差淡化技术。铝板造型属于曲面叠级的造型，阳光照射下造成反射光多角度而形成“色差”错觉。为了淡化这种色差，通过增加功能填料及调整烤漆温度改变铝板氟碳漆的性状，使照射光反射成为近似粗糙面的漫反射，各个角度的反射光的强度差值小，淡化了光不同角度反射光强度不同而造成的“色差”。

5）铝板双开交叉循环施工方法。由两组作业人员分别从两边同时向中间展开施工，施工过程单板与单板之间的折边连接采取“临一固一”的方式固定，即一条临时固定，一条完全固定，不断交替循环进行，可形成流水施工。效率和施工成果明显优于传统的单向逐步递推式施工。

3 施工工艺流程

图1 为施工工艺流程图。

图1 施工工艺流程图

4 主要施工方法及操作要点

4.1 结构复核

结构复核主要是复核龙骨是否与主体结构位置冲突，或主体结构及钢结构施工误差是否会导致整体外立面造型与原设计不一致。采用三维激光扫描方法对原结构进行精确取点，扫描点与BIM 进行碰撞分析。若有不一致，则需要进行微调。

4.2 BIM 建模

根据现有计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）图纸轴网及标高，确定整体坐标系，再与土建空间坐标原点匹配，确保现有图纸的三维空间坐标系与主体结构坐标系一致。然后根据CAD平面图、立面图、节点图等图纸建模。为确保后期扫描点云数据与模型之间的对比分析，采用Rhino“犀牛”3D 造型软件进行建模。

4.3 龙骨安装

模型确认之后，根据产品竖向分缝确定竖向龙骨模型，然后再根据横向分缝确定横向龙骨模型，最终形成龙骨坐标数据。确定施工起始点位，从最终竖向龙骨开始定位，使用全站仪放样指导龙骨定位安装。施工现场可施行划分流水段方法进行施工，可加快施工进度。

4.4 3D 激光点云扫描复核

1）设置靶标点位。施工现场尽量大范围设置靶标点位，减小坐标系导入偏差。为确保点云坐标体系与图纸坐标体系一致，需要扫描前在现场贴数个靶标用以定位。十字靶标贴在三维扫描仪和全站仪都便于观察定位的位置即可。

2）现场三维扫描。扫描区域内需临时清空设备及遮挡物。采用高速三维激光扫描仪进行扫描，根据现场环境确定从北面落客平台的东面开始架站扫描，待机器自动调平初始之后，按照一站靠内，一站靠外的“之”字形顺序依次架站扫描。扫描过程中注意录入定位靶标坐标、龙骨等所需的三维坐标数据。

3）扫描点云处理。将施工现场扫描的各站数据进行自动拟合，各站之间重叠的点云自动去重，各站按靶标坐标系位置调整定位，汇总整体点云后，删除不必要的幕墙、球形网架、隐蔽基层等点云数据，仅保留最精简的挑檐点云数据。按需进行点云稀释处理，稀释到电脑能带动的最大精度模型然后导出PTS 格式点云文件。

4）数据对比。现场的点云数据按靶标的坐标系置入原始土建坐标系中，与理论模型进行匹配，通过各轴网处的纵向剖切面及立面对比，确认现场施工的误差。

4.5 龙骨调整

根据数据对比误差分析，定位每个误差点的调整方向，按照分析结果进行龙骨调整，调整后应再次进行扫描确认。若确认龙骨无法进行调整的，需与设计人员确认设计模型是否调整。

4.6 铝板下单

4.6.1 铝板下单

根据确认模型及现场调整龙骨进行铝板下单生产，铝板下料单需经过技术负责人确认无误后方可进行加工生产。

4.6.2 优化铝板加强措施

根据以往施工经验，铝板加强背楞往往是定制定型产品，其刚度超过铝板本身，铝板板材加工完成后安装背楞，放入烤炉进行烤漆施工，高温烤漆过程超大铝板本身已经变形。为确保每块超大铝板平整度及刚度满足设计及规范要求，单块铝板做以下优化措施。

1）沿铝板短方向设置加强背楞，间距不大于400 mm。

2）加强背楞采用与1）中相同材质的铝板进行加工，避免铝板高温烤漆过程中背楞和铝板两种材料受热膨胀系数不一致而不均匀膨胀导致铝板受热冷却后变形。

3）加强背楞应加工成U 型截面，增强抗弯强度。

4）为充分利用铝板四周的折边，让加强背楞与折边进行连接，形成统一整体，增强铝板的整体刚度。

4.6.3 光反射色差淡化措施

目前，建筑铝单板上漆方式主要为氟碳喷涂，为了减弱铝板表面的光的反射导致的色差，解决方法的原理是将铝板表面的镜面反射转化为均匀的漫反射。铝板光泽度20°以下为哑光，20°为半哑光，60°以上为高光，参考以上基本信息，结合现场实际情况综合考虑，取40°半哑光漆已到达设计效果，具体采取下列措施。

1）氟碳漆增加功能填料。增加空心玻璃微珠等具有红外线反射能力的球状粉末作为填料，增加这种填料能够让涂料呈“半哑光”状态，铝板表面光照反射呈较为均匀的漫反射。

2）调整烤漆温度。烤漆温度由低温烤漆调整为高温烤漆。氟碳漆属于水基金属漆，由成膜材料、助剂、颜料和溶剂组成。烤漆温度一般为两种：低温烤漆固化温度为140～180 ℃，高温烤漆固化温度为280～400 ℃。相较于低温烤漆，高温烤漆溶剂挥发快，在前期烘烤中漆膜还未发生交联时，溶剂挥发越快也越多，相当于漆膜固体含量增加，因为材料的固态比液态更为稳定，所以漆膜固体含量越高漆膜分子就越均匀。同时，当溶剂挥发大部分，且漆膜中还有溶剂时，加热条件下溶剂分子之间相互作用的力会增大而产生再次流平现象。故高温烤漆最终的漆膜平整度更好，漆膜分子光反射也更为均匀，视觉色差就会更小。

4.7 铝板安装

1）铝板到场后先对照铝板模型料单复核铝板尺寸、加固方式，检查平整度是否满足规范要求。

2）双开交叉循环施工方法。当铝单板仅有单排时，两组工人同时从两端的第一块单板开始施工，因端头铝板要定位准确，故第一块单板两端的折边均与龙骨进行完整固定，保证起步铝单板定位准确性与牢固性。接下来按照“临时固定→完整固定→临时固定→完整固定”的循环在安装铝单板过程中交替固定连接折边，同时施工的两组工人相遇后交换各自施工的区域，分别对对方临时加固的折边进行完整加固。

当铝板的排数为多排时，先按上述单排方法施工完成一排，施工完毕后再各自掉头从第二排端头朝中间施工，第三排、第四排、第N 排，以此类推相互交替循环。平行流水方向的铝板对接折边固定方式为全部完整固定，垂直流水方向的铝板对接折边固定方式为“临一固一”。

3）铝板安装前进行试装，对铝板的角码位置、铝板尺寸、分缝宽度等进行确认，确认无误后按照角码的位置打钉固定，弧形铝板角码分别安装与竖龙骨的横向部位和横龙骨连接，确保安装稳固。施工过程需实时进行铝板安装质量检查，确保质量一次达到验收标准，避免返工[3]。

5 施工质量控制

5.1 执行标准

GB 50300-2013《建筑工程施工质量验收统一标准》。

GB 50205-2020《钢结构工程施工质量验收标准》。

GB 50210-2018《建筑装饰装修工程质量验收标准》。

JGJ 133-2001《金属与石材幕墙工程技术规范》。

GB 50026-2007《工程测量规范》。

JGJ 46-2005《施工现场临时用电安全技术规范》。

JGJ 33-2012《建筑机械使用安全技术规程》。

5.2 质量控制项目

1）挑檐幕墙所用的镀锌方管、铝板、密封胶、五金配件的材料进场质量证明文件需齐全有效，质量满足相关标准要求。

2）金属板材的品种、规格及色泽应符合设计要求；铝合金板材表面氟碳树脂涂层厚度应符合设计要求。

3）单层铝板折弯加工时，折弯外圆弧半径不应小于板厚的1.5 倍；加劲肋的固定可采用电栓钉，但应确保铝板外表面不变形、褪色，固定应牢固；固定耳子应符合设计要求，固定耳子可采用焊接、铆接或在铝板上直接冲压而成，并应位置准确，调整方便，固定牢固；铝板构件四周边应采用铆接、螺栓或胶黏与机械连接相结合的形式固定，并应做到确保构件刚度满足规范要求，固定牢固。

4）挑檐幕墙与主体结构连接的预埋件，应在主体结构施工时按设计要求埋设。预埋件应牢固，位置准确。

5）挑檐幕墙钢构件施焊后，其表面应清除焊渣，按照设计要求做好防腐措施。

6）幕墙安装过程中宜进行接缝部位的雨水渗漏检验，施工完成后进行淋水试验。

6 结束语

现场应用表明，本施工技术通过BIM 建模及以直代曲放样技术，已经解决了施工过程中的铝板变形和成品色差的技术问题，通过改进施工工艺，保证了大面积铝板的平整不变形，外表美观、流畅的设计要求。在此工程中采用了本施工技术，切实地加快了工程进度，节约了成本，提高了施工质量和成品质量，为今后类似工程提供了可参考的依据。