基于BIM技术的装配式异型网壳铝单板幕墙施工工艺

2023-02-27 07:45肖能强王鹏伟贾晓叶
中国建筑装饰装修 2023年2期
关键词:网壳铝板单板

肖能强 刘 坤 余 浪 王鹏伟 贾晓叶

铝板幕墙因具有稳定性好、抗腐蚀能力强、耐冷热以及抗紫外线等多项优势,在建筑工程中得到广泛应用。装配式双曲异型铝板幕墙是现阶段建筑工程中颇具代表性的立面板材幕墙,具有多维几何变化的特点,可满足建筑造型方面的要求。

由于铝板立面的特殊性,设计与加工难度均较高,现场拼装、吊装、加固等环节的作业细节多,质量控制难度大。为顺利完成非常规异型项目的施工作业,可以考虑应用建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)技术构建模型,在三维模型的配合下直观地完成设计和施工作业。

1 工程概况

某博物馆项目新建场馆的主要功能包括会展、会议以及宴会等,总建筑面积约为7.6 万m2,其中,幕墙的施工面积约为3.0 万m²,立面网壳铝板面积约为1.5 万m²。主龙骨、次龙骨分别采用规格尺寸为160 mm×80 mm×4 mm 以及80 mm×40 mm×4 mm 的热镀锌钢管,表面喷刷深灰色氟碳漆。配套的米白色铝单板,厚度为3 mm,表面喷涂氟碳漆。单个铝单板宽度为0.4 m,长度为1.2 ~1.5 m。网壳铝单板应用范围如图1 所示。

图1 网壳铝单板应用范围(来源:犀牛建模)

2 施工工艺特点分析

2.1 施工效率高,周期短

在装配式施工思路下,根据异型铝单板网壳的尺寸划分为多个细分部分,提前在指定加工厂预制成型,经组装后构成完整的单元式铝板网壳,随后吊装到位。全过程中各道工序紧密衔接,中途间隔时间短,依托流程化的作业模式高效完成施工作业。

2.2 质量可控,精度高

型钢龙骨骨架的可塑性较好,根据工程施工要求加工成特定形状的钢龙骨骨架,并配套异型台模,构件加工精度较高,施工速度快。预组装作业可在工厂或施工现场的地面完成,减少高空作业量,降低因高空作业引起的质量可控性差、安全隐患多等问题。铝板面板的厂内加工采用流水线作业模式,加工人员规范操作设备,根据排版图进行预加工,成型铝板的外形完整、尺寸精准、色泽均匀,便于现场安装,有利于长久使用[1]。

2.3 人文关怀,综合效益突出

相比传统施工方式,组合单元式铝板网壳装配施工技术涉及的工艺流程较少。例如,免去了脚手架搭设作业,员工的劳动强度低;减少高空作业风险,保障员工的人身安全。在装配化的施工方式下,有助于打造高品质的工程项目,并因工程量减少而降低成本,社会效益和经济效益均十分显著。

2.4 占地面积小,便于其他环节施工

在采用组合单元式铝板网壳装配施工工艺后,无需搭设脚手架,能够减少临时场地的占用面积。由于该工序对施工空间的需求较低,可腾出充足的空间满足其他环节的施工需求。在管理得当时,可实现多项工程活动同步推进,提高施工效率。

3 BIM 技术支持下的装配式异型铝单板网壳设计

3.1 单元的划分

将整个幕墙表皮分为若干个单元板块,利用蚱蜢(Grasshopper,GH)电池将单个单元板块所需的构件生成加工图,便于构件加工。将加工好的构件组装成单元板块,最终以单个成品单元板块为单位,进行单元板块的整体吊装。采用装配式施工的方法,按照半成品加工件、成品加工件及单元板块吊装的工序,合理组织流水施工,实现快速建造。

3.2 单元内部的划分

网壳铝板主要采用犀牛软件+GH 进行参数化龙骨和铝板建模,通过Tekla 软件与钢结构模型进行碰撞,找出干涉区域,及时进行调整。将各项信息完整标注到模型上,再依据加工图进行下单,避免在厂内预制加工和现场安装时出现差错。在本工程中,主要考虑如下几点。

(1)单块异型铝板通过使用GH 电池分长度、角度、宽度、拱高4 个维度进行归类,优化铝板面板。在保证精度的前提下,尽量统一尺寸,降低加工及安装难度。

(2)在三维模型中标注空间信息,依托模型可视化的特点,及时呈现加工参数,保证加工的精准性以及检查校核的高效性。

(3)为铝板编号,并根据编号采取合适的装配式定位和组装方式。为了给加工和组装装配单元提供参考,利用Rhino的DotText 对象加以编排,提高可视化水平[2]。

3.3 数字化铝板下单

网壳铝板施工采取装配式方法,包含单元板块异型铝单板6 720 块,异型龙骨多边形6 720 个,8 个转角收口板块。各铝板均为带造型的异型板,异型龙骨均为尺寸不一的多边形加工件,加工期间需考虑的参数较多。现以8 个转角收口之一的典型龙骨为例,进行如下分析。

(1)每块异型铝单板含有两个多边形加工件,每个多边形加工件尺寸不一,形状不同。经过三维建模设计后,确定的加工参数包含4 个角度和6 个边长。

(2)编制加工信息表,用于呈现编号、加工图号和参数。以三维模型的透视图为参考,根据精细化和全面性的理念绘制异型板加工图。

4 BIM 技术支持下的装配式异型铝单板网壳施工要点

4.1 吊装方案的提出与比选

传统网壳吊装的基本思路是准备质量达标的龙骨和铝板,借助机械设备吊至网壳位置,再根据图纸要求进行拼装。其特点在于拼装活动发生在高空环境中,分段吊装方式会占用较多的吊装设备,现场施工的质量控制难度较高,易引起安全事故或质量问题。整体吊装的思路是在施工现场规划临时拼装场,将原本的高空吊装作业内容转移至此处完成,拼装成整体后再吊装到位。在本项目一标段的施工中,先根据图纸要求在拼装场地将幕墙网壳拼装成型,再进行整体吊装,全程耗费的时间较短,一次吊装约为1 h,可减轻员工的劳动强度,提高施工效率。同时,铝板拼缝、收口平整度等均可得到保障。从安全、质量、效率多个方面分析后可知,整体吊装的方法更具可行性,可将其用于幕墙网壳吊装中。

4.2 装配式异型网壳铝单板幕墙的施工流程

(1)犀牛+GH 建模。采用犀牛软件+GH 进行参数化龙骨和铝板建模,其主要步骤为主体钢结构→幕墙主龙骨→幕墙次龙骨→幕墙铝板。

(2)各专业合模,调整干涉区域。通过Tekla 软件与钢结构模型进行碰撞,找出干涉区域,及时进行调整。

(3)单元板块划分,生成构件加工图。将整个幕墙表皮划分为若干个单元板块,利用GH 电池将单个单元板块所需的构件生成加工图,并将每一个单元板块及半成品构件进行编号,以便于分类组装。

(4)优化龙骨及铝板规格。在保证效果的前提下,将大量的双曲铝板优化为单曲铝板,再将单曲铝板优化为平板铝板和圆弧铝板,并应用GH 电池批量展开铝板加工图,方便铝板厂精准加工[3]。

(5)施工现场组装单元板块。通过犀牛模型生成的计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)构件加工图,在加工车间利用激光切光技术将钢矩管加工成半成品;现场将半成品焊接成多边形加工件;将多边形加工件与主龙骨进行焊接,组成主龙骨半成品加工件;主龙骨半成品加工件通过操作平台的调节螺栓装置根据图纸高度进行调整。满足精度要求后,进行次龙骨的焊接,完成单元板块龙骨的制作。最后,将单元板块所需的铝板与龙骨进行连接,完成单个单元板块的组装。

(6)间隔单元板块整体吊装。按照四边形加工件、主龙骨半成品加工件、单元板块龙骨加工件、单元板块成品加工件、单个板块间隔整体吊装的工序,组织流水施工,以实现快速建造。完成效果如图2 所示。

图2 完成效果(来源:作者自摄)

(7)安装间隔板块及收口。单元板块间隔整体吊装完成后,利用高空车安装间隔龙骨、铝板以及收边收口等。

5 装配式异型铝单板网壳施工注意事项

5.1 吊装与焊接的细节控制

首先,通过应用吊装带将铝单板主次龙骨连接区域挂在塔吊吊钩上,现场吊装作业人员调整好吊装单元板块的形态,使其保持平整、稳定。

其次,向上提升吊钩,升高至1 m位置时用缆风绳固定吊装单元,确保吊装期间无异常晃动。再次,底部作业人员撤离现场,吊钩有序向上提升。

最后,缓慢启动,有条不紊地将吊装单元运送到位。在此期间通过人工微调,确认吊装到位后通过预焊接进行固定,使吊装单元保持稳定。

第1 块吊装单元提升到位后,在现场作业人员的配合下将吊装单元转移至指定安装位置,采取点焊措施。若水平度、标高等指标的检测结果与设计要求保持一致,则安排满焊。随后,依次进行第2块及后续各块的吊装作业,相邻铝单元板块的连接部位需平整、严密,板缝宽度不超过±1 mm。若满足质量要求,则做满焊固定处理。焊接由具有资质的人员负责,确保焊缝饱满、密实,并且在满焊部位涂抹两道防锈漆。另外,在铝单板接头部位填充密封胶,使其具有更好的严密性[4]。

5.2 打胶与清洗

本幕墙系统为开放式系统,无需进行打胶处理。清洗时先用浸泡过中性溶剂的湿纱布擦去污物等,然后再用干纱布擦干净。清扫灰浆、胶带残留物时,可使用竹铲、合成树脂铲等仔细刮除。清扫工具禁止使用金属物品,更不能使用粘有砂子、金属屑的工具,同时禁止使用酸性或碱性洗剂[5]。

6 施工效果评价

在本次网壳铝板的安装中采用BIM技术,围绕铝板和龙骨进行深化设计,制订的施工方案具有可行性。铝板面材的面积超过10 000 m2时,采取先地面组装成型再整体吊装的方法,施工的安全和质量均得到保障,员工劳动强度有所降低,施工效率得以提高。

7 结语

铝单板网壳在建筑外立面或屋面装饰中取得广泛应用,经过本文有关于工程实例的分析,提出BIM 技术支持下的装配式异型铝单板网壳施工要点。实践表明,该施工工艺施工效果良好,安全、质量和效率等多方面均符合预期,在工程应用中具有可行性。

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