基于BIM的双曲面铝板金属幕墙模块化技术.pdf

基于 的双曲面铝板金属幕墙模块化技术于 杰李卫永唐跃欣(中国建筑第二工程局有限公司北京)收稿日期:作者简介:于杰()男北京人本科工程师主要从事建筑工程、技术方面的工作摘 要:传统铝板金属幕墙结构为由下往上外悬挑的双曲面造型施工操作中存在设计与实际场地不吻合、工程材料运输不便、高空焊接存在误差、焊接质量不易控制等难题 基于此主要研究分析基于 技术的双曲面金属幕墙模块化钢骨架的加工制作技术以及基于 技术的双曲面金属幕墙模块化施工技术 实际工程运用结果表明基于 技术的相关工艺运用确保了实际施工效果和设计图的一致性建造了符合需求的幕墙结构 应用相关软件结合实际施工数据建立三维模型及时调整设计图和模型差异保障了后续工程的顺利推进为类似工程施工提供参考价值关键词:金属幕墙双曲面造型外悬挑模块化施工中图分类号:文献标志码:文章编号:():/引 言铝板板块多呈不规则四边形因此其板块、钢骨架尺寸及支撑角度设计亦有差异 其中钢骨架作为基础支撑体需联用连接件保证面层穿孔铝板安置准确 本工程主要材用施工难度系数较高的外悬挑双曲面造型作为幕墙结构以 技术为基准需要聚焦于 技术在双曲面金属幕墙模块化钢骨架的制造和施工作业的应用 在实际工程应用中依据设计图和测量数据构建模型后期根据施工数据检测三维模型和设计图纸的差异及时调整施工操作为顺利推进工程打下基础为后期 技术的运用提供参考价值 工程概况新国展二期项目位于北京市顺义区临空经济区北至安华街东临京密路 总建筑面积 万 地上建筑面积 万 地下建筑面积 万 幕墙面积约 万 要求对标国际专业展馆进行建造建成后为北京市规模最大、功能最完善的展览中心要求建筑设计新颖、建筑性能优秀、空间分配适宜 工程主要难点)基层作业影响因素 整体幕墙结构为弧面构型且存在外倾斜和悬挑外圈基础设计采用钢龙骨且对钢管有具体尺寸要求(垂直尺寸:横向尺寸:)后续焊接过程均为高空作业无法精确控制接合处高度差、接口紧密度等施工因素复检极易出现返工且焊接过程产生的有害气体会污染环境)高空作业安全性要求 高空作业难点之一在机器设备无法给予配合施工材料需由作业人员精准定位后徒手放置中途的细微调整依靠人工进行 且幕墙有高度要求板块材料需贴合钢骨架存在形状、曲率变化无法批量生产)脚手架耗资较大 脚手架作业环节工期较长经济成本较高 前期基层龙骨施工需构建约 的脚手架下一环节作业则需对脚手架进行结构调整计划拆除架体约 重搭架体约 全部施工结束后拆除所有脚手架 此环节多次重构脚手架增加了工程投入)点位标记及质检问题 传统测量放线技术要求较多而新工程设计富有创造性内部结构多变施工时无法多方面考量 脚手架占位和放线点位部分重合无法进行标记且脚手架和龙骨施工点冲突延缓作业进度)施工管理难度高 技术人员要有充分的知识和经验积累基层钢骨架与主体外围环形梁联合时三维定位及操作顺序均需经验丰富的技术员进行操作 在施工组中要合理分配全站仪及技术员确保每组施工能力的均衡 在管理方面因施工点、交接点均需进行坐标定位对技术人员的分配及施工检查要求更严格 相关应用 和 软件(又称“犀牛”)是一款包括所有 功能的 建模软件其可快速将复杂模型分解为点、线、面等元素对建筑物进行优化分析 是 软件中嵌入的参数建模插件该软件使用程序算法生成模型 相较于传统建模方法 类比于计算机程序可以根据算法进行复杂的逻辑建模及批量逻辑分析 和 的应用 和 能够充分分析模型精确绘制模型坐标点为施工放线提供数据参考 还能够参考表皮模型联合施工现场环境制作优化建筑物构件、指导施工材料的加购和加工、调整施工设计 其他技术创新 基于 技术的钢骨架加工制作 软件可在不改变设计效果的原则下微调原双曲面铝单板对其进行分离、调整转换为简洁、易作业的多平面结构 根据 定位坐标、全站仪辅助安置铝单板龙骨 然后以 的曲面设计为基础划分双曲面幕墙钢骨并制造幕墙模块 基于 技术的幕墙模块化施工根据双曲面铝板幕墙模块化施工吊装方案进行外幕墙装饰作业 参考 设计龙骨体系模型以导出的坐标数据为基准进行分割、加工 幕墙模块化施工可结合全站仪等定位三维坐标运用起重仪器将模块运送至左边定位点 为免除结构变形、标位不准等其余因素导致的质检问题整体作业环节需采用“由低到高区域施工”思路依循按区域、施工段划分检验批的原则推进 操作要点 工艺流程双曲面铝板金属幕墙的作业环节步骤如下:复核设计图构建 模型获取三维坐标点复检主体结构偏差参数整合模块化施工拆图制造模块化钢骨架钢骨架吊装、焊接安置伸缩钢横梁对整体建筑复检面层铝板加工铝板安放 技术深化参数化数据提取连接件固定双曲面铝板幕墙龙骨时要充分考虑后期铝板幕墙的安装效果及施工效果是否能达到前期设计要求还需考虑骨架单元板块较大是否会导致龙骨变形 在前期图纸设计阶段仅表现为二维图纸效果的建筑外造型表皮模型对实际的三维建成效果没有参考价值坐标定位等仅依靠传统放线操作不能完全精准 所以利用 软件建立一个三维模型提前排查设计图纸存在的不足如图纸中与土建结构或钢结构之间的碰撞等问题降低了后续可能出现的返工概率 深化设计、建立 模型 软件在曲面幕墙建模方面优势如下:与其他工程软件兼容良好可最大限度减小幕墙曲面分割后存在的误差精确标注曲面展开边为后续施工提供参考可对导入的建筑各专业实体模型进行数据分析施工人员能够直观了解与图纸存在的差异点及时解决设计阶段的问题节约时间消耗提高效率在后期施工环节可以结合实际施用场景随时对模型进行数据调节完善施工图纸为对模型进行龙骨深化制作提前排查现场施工会出现的问题可以结合 软件选定参考坐标系原点导入已建成的土建模型、钢结构模型、设计院提供的外表皮模型对各类数据进行分析审查积极联系设计单位和承接单位解决减少工程推进环节的耗时工期内结束建造 提取三维坐标点)为提取数据指导现场作业可选择 软件已有的 插件进行参数化分析分析经过审查的无碰撞幕墙骨架参数确定转接件、钢龙骨的坐标点)特征控制点亦称突变曲面的交汇点主要位于三维建筑空间腰线位置突变曲面的交汇处 建立特征控制点后由整体到部分细化分割各轴线之后标记点位)转接件及单元模块龙骨坐标录入将录入数据作为三维坐标定位应用于后续的吊装工作 放线定位理论模型构造结束后对主体结构进行复测可降低主结构建造误差对幕墙安装的影响 复测工作包含:层高、主体钢结构边梁水平部位偏差、球形网架施工偏差数据等)放线工具如全站仪、水平仪、钢卷尺等在放线作业开始前应全部送检矫正精度确保项目正常推进)对施工现场进行二次审查复测已测量的原始坐标和标高检测现场是否有下沉、平整度变化的因素)根据已有坐标数据用水平仪进行水平放线定位检查后弹线后标记水平坐标点 此排查检测环节可为后续纵坐标定位提供参考)在基础主体钢结构模型中选取部分特征点为腰线位置定位点用全站仪复测整合主体结构数据 复测结束后根据焊接角钢定位点在主体钢结构边梁上进行点位固定(见图)图 幕墙定位点 双曲金属幕墙 模块化钢框架的制造获取单个框架的三维坐标系后将分割好的模型为单独框架构造相关的单元骨架 模块化施工拆图采用 方法以建筑物的特征控制点为基础对 个框架竖向龙骨进行抽取 每 根竖龙骨为 个板块由整体到部分将分割整个框架(见图)每根竖龙骨的切角角度及横龙骨相对位置加工设计见图此操作可降低龙骨的制造存在的误差使龙骨安装精准性提高不影响面层幕墙的安装 为降低龙骨单元模块过大导致吊装后变形要求对单个板块的大小及质量进行管控即单元板高度最高为 运用登高车整理分割的单元板安装两个单元板之间的伸缩横龙骨利用 的曲面造型优势操作异形龙骨及铝板的材料计划编制图 单元板块分割图 龙骨相对位置及角度对单元板块进行编号整体工程进度、环节安装进程等问题可一目了然 建模技术可将幕墙分割为若干块模块化施工的模式解决了高空作业中的遮挡定位问题降低了人工定位和运输的难度减少了管理人员和技术员的投入量 模块化钢骨架的制作以单元模型为参照根据录入的横、竖龙骨坐标点的相对位置和角度切割制造龙骨并编号 之后参考标号拼装焊接骨并统一位置堆放便于后续转运应用 模块化钢骨架加工技术解决了高空焊接量大、质量难控等问题降低了作业难度、成本支出、火灾概率等事件的出现 双曲面金属幕墙 模块化施工 模块化钢骨架的安装与转接件的定位焊接利用模型中提取的转接件和单元模块绝对位置信息利用塔式起重机或汽车起重机对单元件进行运输校验数据准确后连接件固定框架逐步运送所有单元板块至正确位置吊装运送遵循先下后上、从左到右的原则外立面幕墙剖面形式包括内倾和外倾 外倾处的幕墙布控将装配好的钢骨架吊到安装点使用倒链把钢骨架底部扭转朝向室内侧平稳推进使幕墙钢立柱与下部钢立柱的顶部对齐用钢插芯固定(下转第 页)工期对于施工单位的经济效益有巨大的促进作用该项目中的爬架总高度设计为 总计设置 个机位细分为 片爬升结构爬架与塔楼外路面之间的距离为 铝合金模板施工过程中需要准备 套楼面支撑、套梁底支撑、套悬挑支撑 装配式建筑爬架体系根据装配式建筑施工特点来看爬架的附着构件只能够设置在剪力墙上所以该项目中的爬架附着形式可以细分为三种:剪力墙与梁体部位附着、现浇阳台部位附着、现浇楼板部位附着 爬架的爬升作业全部利用计算机远程进行控制为施工人员的安全提供保障 爬架爬升一层大概需要 爬架的优化设计需要对铝合金模板、预制构件、吊装设备以及空间布局等问题进行分析爬架的附着部位应该固定在现浇混凝土上起重机也应该附着在现浇混凝土上但是其应该避让爬架的轨道二者之间不得产生冲突 铝模施工装配式建筑 铝合金模板施工是高层建筑施工过程中使用最为频繁的一种施工方法 预制构件的成型质量、尺寸精准度非常高所以要求现浇混凝土的精准度也必须非常高避免二者之间因尺寸偏差无法协调配合 该种铝合金模板的应用可以说是为这种施工模式量身打造而出不但可以保证混凝土成型质量而且能够保证现浇部分的连接质量在吊装 预制构件完成以后局部区域的梁体、墙柱则可以开始绑扎钢筋然后开始安装铝合金模板并对模板进行校正、调平处理 装配式建筑 铝合金模板施工模式与单纯地使用铝合金模板施工技术存在显著的差异性铝合金模板配模过程中需保证铝合金角模与预制墙面保持重合状态重合的宽度设计为 使用 的螺杆对垫片进行加固避免 板安装完成以后出现漏浆现象预制墙板应该在距离现浇结构边缘 部位安装 螺母竖向间距设置为 严格地把控螺杆洞口的预埋位置精准度避免因偏差过大而对连接杆的安装质量造成影响结合实际情况而言 构件与铝合金模板的接缝部位数量非常多为保证 构件与接缝部位不会出现漏浆现象同时保证构件安装以后的平整度、垂直度需要在预制构件与铝合金模板之间粘贴双面胶然后使用连接件进行加固待叠合板安装完成以后在叠合板的端部设置支撑叠合板的控制线可以设置在铝合金模板上剪力墙顶部的角模、梁体的侧向角模安装质量会对叠合板的安装精准度造成一定的影响 结 语本文主要是对装配式建筑 铝合金模板施工进行研究分析在实际施工过程中将预制构件、铝合金模板以及爬架施工技术进行结合形成一体化的施工技术对于我国建筑行业的进一步发展具有一定的促进作用但是这种一体化的施工技术尚处于摸索发展阶段在实践过程中尚存在诸多的问题需要处理此次研究主要是为相关研究人员提供一定的研究思路:参 考 文 献:李江彦陈伟.装配式建筑铝模爬架一体化施工技术研究.工程建设与设计():常自昌梁军巩利军等.基于 技术对铝模 模块化附着式脚手架的施工方法创新.土木建筑工程信息技术():周宁飞李林林.基于铝模爬架一体化施工的装配式建筑深化设计.江苏建筑():(上接第 页)检查每根立柱定位准确后将幕墙钢立柱顶端的、槽钢转接件与横向 的钢方管弧形梁焊接随后逐层向上安装此安装方式为构件式幕墙单元化安装这种安装方式在提升安装速度的同时还能够保障幕墙的定位精度 在安装完单元金属板龙骨后选取微型电动滑索来调整龙骨单元式板块减少接位点对齐等问题 模块化吊装的运用一定范围内降低了技术人员高空定位的难度提升了高空作业安全性 双曲面金属幕墙钢骨架伸缩钢横梁安装在单元板块吊装作业完工后选用全站仪对此环节施工质量进行检测 质检结果合格后整理板块之间伸缩横龙骨差量 结构复测与模型修正在钢龙骨结构完工后对全部框架实行质检将实际施工数据和搭建的模型进行匹配并对模型进行修正 双曲面金属幕墙面层铝板加工模型制作完成检验后参考提取数据对面层铝片进行加工 双曲面金属幕墙面层铝板安装采用高空车按单块铝板的坐标进行安装 要注意成品的防护在局部的龙骨变形部位要做好调节 结 语本文以实际工程为背景探讨了在实际工程中使用双曲面铝板金属幕墙时所遇到的一些问题 为了实现双曲面铝板幕墙模块化采用了双曲面幕墙钢骨架单元板块划分方法 采用地面焊接、吊运等方式解决了高空人工运输、定位难题降低前期运营成本减少了工期推迟的可能性确保施工人员安全性的前提下提升了工程质量 本工程的双曲面铝板金属幕墙模块化施工技术在现实工程中的成功施用积聚经验为后续相关工程的顺利推进提供了一定的技术参考:参 考 文 献:王辉邱吉宇丁延胜等.玻璃幕墙与金属幕墙设计控制要点.建筑科技():李运.多曲面金属幕墙施工应用研究.建材与装饰():姜坤韩明明王开远.曲面幕墙施工技术和管理措施分析.中国住宅设施():吴姝芳.空间四棱锥双曲面铝板幕墙设计与施工探析.江西建材():