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　　摘要：為了實現(xiàn)建筑師對日新月異的復(fù)雜表皮結(jié)構(gòu)需要，實現(xiàn)復(fù)雜新穎的幕墻手段也層出不窮。從設(shè)計人員傳統(tǒng)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(gòu)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(shù)隨著建筑業(yè)的發(fā)展一直在不停的演變和更新，精致建造技術(shù)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(guān)鍵詞： BIM技術(shù);Grasshopper技術(shù);大截面（詞條“截面”由行業(yè)大百科提供）鋁材;施工技術(shù);

　　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(qū)簡陽蘆葭鎮(zhèn)，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(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu), 屋面支撐柱為鋼結(jié)構(gòu)，屋面采用鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。陸側(cè)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(yè)大百科提供）框架式幕墻，空側(cè)檐口高度19.35~23.75米，外挑最大距離為9.6米;陸側(cè)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(shù)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(cè)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(tǒng)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(jié)能效果要求達到“綠色三星”節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)能效果達到國內(nèi)大型基建項目的最高水準(zhǔn)。本系統(tǒng)采用拉桿、拉索和遮陽板設(shè)計，水平向間距約12m左右設(shè)置抗風(fēng)柱，用于支撐水平大型遮陽板(懸挑約650mm)，玻璃縫之間通過設(shè)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(jié)構(gòu)橫梁上;在幕墻水平向分格位置，遮陽板前端距邊緣150mm處設(shè)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(jié)構(gòu)牛腿上，以免遮陽板彎曲變形(見圖3)。

圖3典型豎剖節(jié)點

　　1.2 蜂窩鋁板框架式幕墻系統(tǒng)介紹

　　檐口采用蜂窩鋁板框架式幕墻，其面板表面氟碳預(yù)輥涂處理。檐口吊頂金屬板幕墻系統(tǒng)通過兩邊固定另外兩邊插接的形式;金屬板采用鋁合金轉(zhuǎn)接件（詞條“轉(zhuǎn)接件”由行業(yè)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(shè)置2mm厚絕緣墊片防止雙金屬電化學(xué)腐蝕的發(fā)生。龍骨材料選用Q235B矩形管材，主龍骨體系隨屋面球網(wǎng)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(zhuǎn)接件(Q235B材質(zhì))與主體鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)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(yè)大百科提供），存在大量的不規(guī)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(jù)這些特點，為了準(zhǔn)確實現(xiàn)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(shù)：BIM技術(shù);Grasshopper技術(shù);大截面鋁型材生產(chǎn)、加工技術(shù);傾斜式幕墻吊籃施工技術(shù);框架式金屬幕墻現(xiàn)場裝配式施工技術(shù)。下面會圍繞這五個方面進行一一闡述。

　　2、BIM技術(shù)運用

　　本工程組建了專門的BIM 團隊，負責(zé)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(chǔ)，以保證本工程BIM 技術(shù)的有效實施，本工程主要創(chuàng)建了航站樓模型(詳圖5)。

　　本工程面積大，工期緊，專業(yè)多，幕墻室內(nèi)側(cè)空間小且各種管線星羅密布，各個專業(yè)相互穿插施工。通過BIM模型的建立，不同專業(yè)BIM合模分析，能在施工前發(fā)現(xiàn)不同專業(yè)間存在的干涉、碰撞問題。通過模型搭建發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)的問題。

圖5 BIM模型圖

　　我司基于幕墻BIM模型，對復(fù)雜施工技術(shù)方案、幕墻節(jié)點、施工工序進行了模擬展示(詳圖6)及技術(shù)交底，所有現(xiàn)場管理人員和勞務(wù)人員更加直觀、深刻的理解方案設(shè)計從而提高現(xiàn)場施工效率。

圖6 施工方案模擬

　　本工程面積大，系統(tǒng)多，相互穿插施工專業(yè)多，傳統(tǒng)的二維圖紙照圖施工，有很多碰撞問題無法發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)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(shù)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(fā)生。通過BIM模型能有效的對現(xiàn)場外觀進行核查，避免在施工過程中因?qū)�圖紙理解不一致，導(dǎo)致現(xiàn)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(tǒng)計效率。

　　3、Grasshopper技術(shù)運用

　　Grasshopper是基于Rhino(犀牛)平臺運行的一款參數(shù)化設(shè)計軟件,Grasshopper主要有三個特點：

　　1)、根據(jù)軟件自身設(shè)定好的算法，通過連接電池程序自動生成結(jié)果;

　　2)、可以自行編寫程序，對于一些機械性和循環(huán)性的工作，可以極大的提高完成效率;3)、若方案有調(diào)整，在Grasshopper中修改起來非常方便快捷，有效的保證了結(jié)果的準(zhǔn)確性，極大提高了設(shè)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(guī)則異形玻璃。在傳統(tǒng)CAD下單流程中，需要大量進行三維坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換然后再提取加工尺寸。但借助Grasshopper的強大功能，每個構(gòu)件均可設(shè)置獨立的工作平面，在各自的工作平面種可批量進行數(shù)據(jù)提取，極大的加快了設(shè)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(shù)均可實時調(diào)整，為工作中可能存在的圖紙修改和糾正現(xiàn)場尺寸偏差留下簡單易行的調(diào)整手段。這是Grasshopper建模的最大優(yōu)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(biāo)注尺寸，批量提取玻璃加工尺寸數(shù)據(jù)，快速的完成玻璃下單任務(wù)。在提取數(shù)據(jù)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(guī)則四邊形玻璃為例。根據(jù)生產(chǎn)需要，提取的數(shù)據(jù)為四條邊長及兩條對角線長度，同時為了便于生產(chǎn)和客觀存在的生產(chǎn)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(xiàn)場安裝效率。

　　異形玻璃的生產(chǎn)中，原板的利用率也是重要的指標(biāo)。這將直接影響玻璃生產(chǎn)的經(jīng)濟效應(yīng)。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(yōu)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(jù)圖紙需求，橫梁前端需要開設(shè)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(yīng)的孔位。借助Grasshopper的編程，批量生成各個標(biāo)高（詞條“標(biāo)高”由行業(yè)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(jù)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(yīng)的編號。借助與提取玻璃加工數(shù)據(jù)類似的技術(shù)手段，可以提取實際的橫梁加工數(shù)據(jù)。為加工單的制作提供準(zhǔn)確的加工參數(shù)。

圖9 橫梁加工示意圖

　　4、大截面鋁型材生產(chǎn)、加工技術(shù)運用

　　水平遮陽系統(tǒng)既可以實現(xiàn)建筑大跨度、大視野空間的效果，又可以較好實現(xiàn)建筑節(jié)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(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)，橫向采用了大型的水平遮陽鋁合金橫梁，以滿足項目的節(jié)能需求。

　　4.1大截面鋁材開模

　　根據(jù)建筑效果及幕墻構(gòu)造要求，本項目水平大遮陽鋁合金橫梁設(shè)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(zhì)，表面氟碳噴涂（詞條“噴涂”由行業(yè)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(nèi)只有少數(shù)幾家鋁材廠擁有此級別的擠壓機，大部分用于生產(chǎn)工業(yè)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(gòu)件，同時需承受風(fēng)荷載及幕墻自重。根據(jù)幕墻的精度（詞條“精度”由行業(yè)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(zhì)量、長度等都需滿足設(shè)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(biāo)構(gòu)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(diào)整為90°，原材料端面不平整，必須切掉2-3mm，以此切面為基準(zhǔn)面;再次使用行吊將料調(diào)換方向放在滾筒上，根據(jù)圖紙調(diào)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(cè)面與鋸床上基準(zhǔn)面靠為一致，升起鋸片(鋸片處于停止旋轉(zhuǎn)狀態(tài))，將鋸片與劃線基準(zhǔn)點對好后，氣動壓緊加工料，再開啟電源開關(guān)，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(nèi)，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(cè)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(yán)重超出設(shè)備（詞條“設(shè)備”由行業(yè)大百科提供）加工行程，加工及運轉(zhuǎn)很不方便，為了提高生產(chǎn)效率，我們將兩臺CNC設(shè)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(jù)料上打碼編號對應(yīng)找到對應(yīng)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?shù)皆O(shè)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(zhǔn)坐標(biāo)。

　　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(chǎn)線無法正常噴涂。經(jīng)與廠家協(xié)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(shù)運用

　　在成都天府國際機場航站區(qū)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(xiàn)場無法搭設(shè)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(shè)工程量巨大、費時費工;二是玻璃幕墻施工時屋面、設(shè)備、土建二次砌體、地下管道等多工種交叉作業(yè)面受限，且腳手架搭設(shè)較高，難以實現(xiàn)。項目部根據(jù)以往工程經(jīng)驗，經(jīng)現(xiàn)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(shè)計原則為安全、簡便、實用、輕質(zhì)并具有較高的強度和穩(wěn)定性， 因兩根抗風(fēng)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(tǒng)，難點在于玻璃面為外傾，如何實現(xiàn)吊籃能平行于玻璃面上下移動。首先牽引繩上端連接在網(wǎng)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(shè)備，牽引繩實現(xiàn)與斜玻璃幕墻平行移動，實現(xiàn)安裝的操作，安裝6m范圍內(nèi)所有面板連接件后放下吊籃，移動到另一個區(qū)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(xiàn)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(xiàn)場的安裝進度，同時又大大的節(jié)約了施工成本，為此類外傾斜幕墻提供了寶貴的施工經(jīng)驗。

　　6 大面積鋁板吊頂裝配式施工技術(shù)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(nèi)完成大面施工，同時要求達到魯班獎的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，在時間緊、任務(wù)重的情況下。為提高幕墻安裝效率、現(xiàn)場采用整體裝配式吊裝的方式(如圖17、18)。

　　現(xiàn)場制作鋁板單元步驟：1)、根據(jù)模型中的角度、尺寸制作與單元體對應(yīng)的胎架，現(xiàn)場拼裝均在胎架上進行作業(yè);2)、 拼裝時先鋪面板，通過卷尺、量角器等測量工具把面板準(zhǔn)確定位，再把面板臨時固定;3)、根據(jù)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(yè)大百科提供）塊的尺寸、角度，根據(jù)測量結(jié)果再螺栓微調(diào)，然后清潔板塊，做好防銹（詞條“防銹”由行業(yè)大百科提供）防腐處理，經(jīng)監(jiān)理驗收合格后，采用叉車把鋁板單元板塊按照施工順序現(xiàn)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(nèi);板塊吊達初步位置后，采用全站儀測量各個角點坐標(biāo)是否達到理論值，同時采用28m高空車裝載兩名高空作業(yè)人員在空中用手拉葫蘆連接微調(diào)單元板塊，調(diào)整到位后點焊臨時固定在網(wǎng)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(yīng)用，大大減少了工人高空作業(yè)時間，節(jié)約了施工工期，并有效降低了施工成本;同時也得到了質(zhì)安站、業(yè)主、設(shè)計單位、監(jiān)理單位的一致好評。

　　7、總結(jié)

　　通過將BIM技術(shù)與項目建造、項目管理的結(jié)合，高效率的解決關(guān)鍵難點，同時對重難點施工位置預(yù)先進行三維模擬，對重點方案進行三維可視化講解，加強現(xiàn)場技術(shù)交底的準(zhǔn)確性，降低施工的成本和風(fēng)險，使項目更有效的科學(xué)的進行管理建設(shè)。

　　通過Grasshopper建模和下單加工，能夠有效縮短設(shè)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(zhuǎn)角、收口的情況，方便確定做法。Grasshopper作為一種設(shè)計工具，給設(shè)計人員帶來極大的方便，同時設(shè)計人員也要注意正確使用，謹慎處理各種細節(jié)問題。提高效率的同時也要注意核查，確保模型、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。

　　為了提高工程質(zhì)量、確保生產(chǎn)周期、降低人員和機械設(shè)備投入、提高生產(chǎn)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(shù)，為以后同類情況的建筑幕墻（詞條“建筑幕墻”由行業(yè)大百科提供）工程設(shè)計、生產(chǎn)安裝、施工提供參考和指導(dǎo)。

　　參考文獻

　　[1]建筑幕墻 GB/T 21086-2007

　　[2]玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范 JGJ 102-2003

作者單位：深圳市三鑫科技發(fā)展有限公司