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摘要：為了實現建筑師對日新月異的復雜表皮結構需要，實現復雜新穎的幕墻手段也層出不窮。從設計人員傳統的1:1的機械式制圖、校對及下單到各類建模軟件的靈活運用，從幕墻的構件式安裝到單元式安裝，從最初的腳手架安裝到吊籃施工。幕墻的技術隨著建筑業的發展一直在不停的演變和更新，精致建造技術在成都天府國際機場T1航站樓幕墻工程得到了很好的運用。
關鍵詞： BIM技術;Grasshopper技術;大截面（詞條“截面”由行業大百科提供）鋁材;施工技術;
1、工程概況
成都天府國際機場位于四川省成都市高新東區簡陽蘆葭鎮，該機場竣工投用后，成都將是我國繼上海、北京后全國第三個擁有兩座4F等級機場的城市，成為面向歐洲、中東和東南亞的主要空中門戶。成都天府國際機場分為T1和T2兩個航站樓，總建筑面積61.8萬平米，其中T1航站樓幕墻面積約27 萬平米。建筑地上主體4層，各樓層主體結構采用鋼筋混凝土框架結構, 屋面支撐柱為鋼結構，屋面采用鋼網架結構。陸側高架橋檐口最高點34.15m，屋面最高點45m。T1 航站樓外主立面為橫明豎隱外傾斜式玻璃幕墻,傾斜角度分為8°、10°和14°三種。檐口采用25mm蜂窩鋁板（詞條“蜂窩鋁板”由行業大百科提供）框架式幕墻，空側檐口高度19.35~23.75米，外挑最大距離為9.6米;陸側檐口高度23.75~31.6米，外挑最大距離為65米。幕墻施工采用精致建造技術將為這座舉世矚目的國際機場錦上添花(見圖1、2)。
圖1 項目整體效果圖(左側為T1航站樓)
圖2 T1航站樓外立面幕墻效果圖
1.1橫明豎隱外傾斜式玻璃幕墻系統介紹
外傾斜玻璃幕墻，玻璃面板采用鋼化夾膠三銀Low-e中空玻璃(全超白)，整體幕墻節能效果要求達到“綠色三星”節能的標準，節能效果達到國內大型基建項目的最高水準。本系統采用拉桿、拉索和遮陽板設計，水平向間距約12m左右設置抗風柱，用于支撐水平大型遮陽板(懸挑約650mm)，玻璃縫之間通過設置豎向拉桿將遮陽板吊掛起來，把玻璃面板和遮陽板的自重傳遞到上方鋼結構橫梁上;在幕墻水平向分格位置，遮陽板前端距邊緣150mm處設置豎向拉索，用于承受遮陽板懸挑部分的自重，并將遮陽板的部分重力傳遞到上方鋼結構牛腿上，以免遮陽板彎曲變形(見圖3)。
圖3典型豎剖節點
1.2 蜂窩鋁板框架式幕墻系統介紹
檐口采用蜂窩鋁板框架式幕墻，其面板表面氟碳預輥涂處理。檐口吊頂金屬板幕墻系統通過兩邊固定另外兩邊插接的形式;金屬板采用鋁合金轉接件（詞條“轉接件”由行業大百科提供）與主次龍骨連接，鋁合金底座與鋼制龍骨之間設置2mm厚絕緣墊片防止雙金屬電化學腐蝕的發生。龍骨材料選用Q235B矩形管材，主龍骨體系隨屋面球網架分格布置，次龍骨隨金屬板塊橫向長邊布置。幕墻橫、豎龍骨表面均采用氟碳噴涂處理。龍骨體系采用鋼板轉接件(Q235B材質)與主體鋼網架結構體系通過焊接加肋方式連接。
圖4 檐口實景拍攝圖
鑒于本工程平面為弧形，立面為傾斜，玻璃幕墻實際上是一個空間曲面（詞條“曲面”由行業大百科提供），存在大量的不規則異形玻璃。包括大尺度鋁合金橫梁以及大面積檐口高空吊頂鋁板，根據這些特點，為了準確實現建筑師意圖，精致建造過程中主要運用了以下五個方面的新技術：BIM技術;Grasshopper技術;大截面鋁型材生產、加工技術;傾斜式幕墻吊籃施工技術;框架式金屬幕墻現場裝配式施工技術。下面會圍繞這五個方面進行一一闡述。
2、BIM技術運用
本工程組建了專門的BIM 團隊，負責制定BIM 總體實施方針，為本項目BIM 實施工作奠定了扎實的基礎，以保證本工程BIM 技術的有效實施，本工程主要創建了航站樓模型(詳圖5)。
本工程面積大，工期緊，專業多，幕墻室內側空間小且各種管線星羅密布，各個專業相互穿插施工。通過BIM模型的建立，不同專業BIM合模分析，能在施工前發現不同專業間存在的干涉、碰撞問題。通過模型搭建發現存在一些干涉問題，其中通過金屬幕墻龍骨模型與管線綜合碰撞最為常見，因空間較小管線較多，涉及平面避位，高度避位，也是在二維圖紙中很難發現的問題。
圖5 BIM模型圖
我司基于幕墻BIM模型，對復雜施工技術方案、幕墻節點、施工工序進行了模擬展示(詳圖6)及技術交底，所有現場管理人員和勞務人員更加直觀、深刻的理解方案設計從而提高現場施工效率。
圖6 施工方案模擬
本工程面積大，系統多，相互穿插施工專業多，傳統的二維圖紙照圖施工，有很多碰撞問題無法發現，導致兩家以上(含兩家)單位總有無法施工進行拆改的情況，增長工期且增加無謂投資。采用BIM就技術各單位之間整合模型進行碰撞能有效的避免此類問題的發生。通過BIM模型能有效的對現場外觀進行核查，避免在施工過程中因對圖紙理解不一致，導致現場做出的實物與理論上有偏差，同時異性板塊可采用模型進行計量計價算出工程量，極大的提高統計效率。
3、Grasshopper技術運用
Grasshopper是基于Rhino(犀牛)平臺運行的一款參數化設計軟件,Grasshopper主要有三個特點：
1)、根據軟件自身設定好的算法，通過連接電池程序自動生成結果;
2)、可以自行編寫程序，對于一些機械性和循環性的工作，可以極大的提高完成效率;3)、若方案有調整，在Grasshopper中修改起來非常方便快捷，有效的保證了結果的準確性，極大提高了設計人員的工作效率。
本項目幕墻在平面上為曲線造型，立面玻璃外傾，玻璃幕墻實際上是一個空間曲面，存在大量的不規則異形玻璃。在傳統CAD下單流程中，需要大量進行三維坐標系轉換然后再提取加工尺寸。但借助Grasshopper的強大功能，每個構件均可設置獨立的工作平面，在各自的工作平面種可批量進行數據提取，極大的加快了設計流程。同時，由于Grasshopper的這項靈活的工作流程，控制最終尺寸的各項參數均可實時調整，為工作中可能存在的圖紙修改和糾正現場尺寸偏差留下簡單易行的調整手段。這是Grasshopper建模的最大優勢。
圖7 Grasshopper展示
3.1 利用Grasshopper下單玻璃
Grasshopper可以自動給玻璃編號，標注尺寸，批量提取玻璃加工尺寸數據，快速的完成玻璃下單任務。在提取數據前，再次核查模型的正確性尤為重要。以本工程中大量的不規則四邊形玻璃為例。根據生產需要，提取的數據為四條邊長及兩條對角線長度，同時為了便于生產和客觀存在的生產尺寸誤差，需要對尺寸接近的玻璃進行合并，大大減少了玻璃種類，提高了現場安裝效率。
異形玻璃的生產中，原板的利用率也是重要的指標。這將直接影響玻璃生產的經濟效應。借助Grasshopper的可編程特性，可以通過遺傳算法進行板材切割套裁，尋找板材的最優切割組合。提高原材料的利用率。
圖8 Grasshopper展示
3.2利用Grasshopper加工鋁橫梁
本工程的鋁橫梁需要在平面上進行“以折代曲”擬合圓弧，同時由于幕墻的外傾，同一位置不同高度的橫梁尺寸均有變化。根據圖紙需求，橫梁前端需要開設拉索過孔，以便拉索穿過。拉索孔的定位也是逐漸變化。采用線框來替代橫梁外輪廓，采用點來替代相應的孔位。借助Grasshopper的編程，批量生成各個標高（詞條“標高”由行業大百科提供）上的橫梁輪廓，并進行左右橫梁交接的角度切割，確保左右橫梁能夠相互匹配，保持需要的間隙。同時根據拉索的定位，可求解各孔的實際位置。并通過橫梁的高度和平面定位信息，可編制對應的編號。借助與提取玻璃加工數據類似的技術手段，可以提取實際的橫梁加工數據。為加工單的制作提供準確的加工參數。
圖9 橫梁加工示意圖
4、大截面鋁型材生產、加工技術運用
水平遮陽系統既可以實現建筑大跨度、大視野空間的效果，又可以較好實現建筑節能，深受建筑師喜愛。本項目的外傾斜式玻璃幕墻系為了達到“綠色三星”節能的標準，橫向采用了大型的水平遮陽鋁合金橫梁，以滿足項目的節能需求。
4.1大截面鋁材開模
根據建筑效果及幕墻構造要求，本項目水平大遮陽鋁合金橫梁設計成713*60mm扁長形狀鋁型材(以下簡稱“730橫梁”，型材擠壓長度12m左右)，采用6063-T6材質，表面氟碳噴涂（詞條“噴涂”由行業大百科提供）處理。“730橫梁”外接圓直徑730mm，需要萬噸級以上的擠壓機方能擠壓成型(國內只有少數幾家鋁材廠擁有此級別的擠壓機，大部分用于生產工業鋁材，幾乎沒有用于建筑鋁材擠壓)。該型材不僅是一個水平遮陽構件，同時需承受風荷載及幕墻自重。根據幕墻的精度（詞條“精度”由行業大百科提供）要求，此型材需按高精級來控制壁厚尺寸偏差，角度、平面度、彎曲度、扭擰度、外觀質量、長度等都需滿足設計要求。
圖10 型材截面圖
圖11 型材模具照片
4.2“730橫梁”加工
“730橫梁”型材(加工長度12m左右，每支料重量約600公斤)加工工藝如下：切料→鉆連接件過孔→銑拉索孔→銑連接件避位→清理→標構件編號→噴涂→包裝。
用行吊將鋁材原料吊至特制鋸切加長滾筒上。把鋸床上的顯示器刻度調整為90°，原材料端面不平整，必須切掉2-3mm，以此切面為基準面;再次使用行吊將料調換方向放在滾筒上，根據圖紙調整鋸床上角度顯示器(比如圖紙要求89.3°)，然后將料縱向移動，將料側面與鋸床上基準面靠為一致，升起鋸片(鋸片處于停止旋轉狀態)，將鋸片與劃線基準點對好后，氣動壓緊加工料，再開啟電源開關，按照劃線作為參考線鋸切，鋸切后對料再次核對長度及角度是否在圖紙要求公差范圍內，確認無誤后，將料吊至打碼平臺，進行激光打碼。
圖12 鋁橫梁鋸切料
圖13 激光打碼
鋁材需要銑條形孔、銑沉孔，鉆孔、側面切槽、銑通孔等，為保證加工精度，我們采用CNC加工。鋁材長度嚴重超出設備（詞條“設備”由行業大百科提供）加工行程，加工及運轉很不方便，為了提高生產效率，我們將兩臺CNC設備放置在一條線上同時加工。先將料吊放在工作臺面上，根據料上打碼編號對應找到對應的圖紙。為確定所有加工料孔位一致，我們采用3D軟件編程序，將編制好程序傳輸到設備。材料自身存在拱、敲的情況，為保證孔位精確，每加工一個孔位都必須靠點找基準坐標。
圖14 CNC銑孔
圖15 連接件避位孔
該款鋁型材噴涂周長有1500mm，型材最長達到12.7m，單支重量約600Kg，鋁材廠原有普通噴涂生產線無法正常噴涂。經與廠家協商，對鋁材廠原有噴涂線(臥式噴涂)的軌道進行了改進、噴涂工藝進行了多次試驗，最終解決了噴涂難題。
5、傾斜式幕墻吊籃施工技術運用
在成都天府國際機場航站區T1航站樓外傾斜幕墻安裝過程中，針對施工工期緊， 建筑造型獨特，施工條件特殊(因面積大，且施工現場無法搭設腳手架)，玻璃幕墻的安裝條件極其困難。若采用落地腳手架，一是腳手架搭設工程量巨大、費時費工;二是玻璃幕墻施工時屋面、設備、土建二次砌體、地下管道等多工種交叉作業面受限，且腳手架搭設較高，難以實現。項目部根據以往工程經驗，經現場勘察及多方討論，最終采用特制吊籃施工方案。
特制吊籃的設計原則為安全、簡便、實用、輕質并具有較高的強度和穩定性， 因兩根抗風柱之間間距為12m，而吊籃做不到那么長，故采用5x0.7x1.1m作為操作平臺以滿足施工要求。對于該系統，難點在于玻璃面為外傾，如何實現吊籃能平行于玻璃面上下移動。首先牽引繩上端連接在網架上，下方通過定滑輪及手動葫蘆使兩根Φ16牽引繩繃直與玻璃幕墻斜度平行，再通過起吊繩及工裝設備，牽引繩實現與斜玻璃幕墻平行移動，實現安裝的操作，安裝6m范圍內所有面板連接件后放下吊籃，移動到另一個區域后再次提升安裝。
圖16 操作平臺布置示意圖
本方案在施工前進行了專項施工方案論證，方案通過論證后才得以現場使用。此施工方案操作簡單、安全可靠，施工效率高，保證了現場的安裝進度，同時又大大的節約了施工成本，為此類外傾斜幕墻提供了寶貴的施工經驗。
6 大面積鋁板吊頂裝配式施工技術運用
本項目檐口鋁板共計60000平方米。工程體量大，要求4個月時間內完成大面施工，同時要求達到魯班獎的質量標準，在時間緊、任務重的情況下。為提高幕墻安裝效率、現場采用整體裝配式吊裝的方式(如圖17、18)。
現場制作鋁板單元步驟：1)、根據模型中的角度、尺寸制作與單元體對應的胎架，現場拼裝均在胎架上進行作業;2)、 拼裝時先鋪面板，通過卷尺、量角器等測量工具把面板準確定位，再把面板臨時固定;3)、根據面板分格焊接鋼骨架;4)、鋼骨架完成后再通過卷尺、量角器測量整個單元板（詞條“單元板”由行業大百科提供）塊的尺寸、角度，根據測量結果再螺栓微調，然后清潔板塊，做好防銹（詞條“防銹”由行業大百科提供）防腐處理，經監理驗收合格后，采用叉車把鋁板單元板塊按照施工順序現場堆碼好。
鋁板單元板塊在地面用綁帶綁扎牢固，采用吊車吊裝，過程中采用全站儀測量起吊角度，角度控制在5°以內;板塊吊達初步位置后，采用全站儀測量各個角點坐標是否達到理論值，同時采用28m高空車裝載兩名高空作業人員在空中用手拉葫蘆連接微調單元板塊，調整到位后點焊臨時固定在網架上，測量無誤后滿焊工即可。
圖17 整體裝配式吊裝照片
圖18 安裝后整體效果
本施工方法在成都天府國際機場T1航站樓工程中成功應用，大大減少了工人高空作業時間，節約了施工工期，并有效降低了施工成本;同時也得到了質安站、業主、設計單位、監理單位的一致好評。
7、總結
通過將BIM技術與項目建造、項目管理的結合，高效率的解決關鍵難點，同時對重難點施工位置預先進行三維模擬，對重點方案進行三維可視化講解，加強現場技術交底的準確性，降低施工的成本和風險，使項目更有效的科學的進行管理建設。
通過Grasshopper建模和下單加工，能夠有效縮短設計工作時間，提高工作效率，降低人為因素的錯誤率。并且可以很直觀的看出各種轉角、收口的情況，方便確定做法。Grasshopper作為一種設計工具，給設計人員帶來極大的方便，同時設計人員也要注意正確使用，謹慎處理各種細節問題。提高效率的同時也要注意核查，確保模型、數據的準確。
為了提高工程質量、確保生產周期、降低人員和機械設備投入、提高生產效率，本項目采用了一系列幕墻工程精致建造新工藝、新技術，為以后同類情況的建筑幕墻（詞條“建筑幕墻”由行業大百科提供）工程設計、生產安裝、施工提供參考和指導。
參考文獻
[1]建筑幕墻 GB/T 21086-2007
[2]玻璃幕墻工程技術規范 JGJ 102-2003
作者單位：深圳市三鑫科技發展有限公司
