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1、超高层倾斜异形双层幕墙施工技术摘要：以济南市省会文化艺术中心三馆二期幕墙为研究对象，为解决超高层 折线异形倾斜双层幕墙定位难、提料难、施工困难的问题，通过犀牛 grasshopper 参数化建模，集成板块分格与节点定位安装；批量提取加工数据， 精准输出加工图资料数据，完全通过参数化提料实现，解决提料难的问题；从模 型中导出幕墙点位数据，指导精准放线、通过BIM+全站仪+放样机器人实现精准 定位与精准安装，解决放线定位难的问题；通过自研发改轨吊篮和吊装辅助滑车 解决了施工难的问题。关键词：犀牛grasshopper；参数化；超高层折线异形倾斜幕墙。1.引言随着建筑行业的发展，建筑造型越来越现代化
2、、时尚化。设计师对建筑物外 观的时尚感和装饰感都在与时俱进。建筑幕墙设计、施工也越来越具有挑战性。新兴的异形双层幕墙既能满足建筑外观的独特造型，又满足建筑幕墙的抗风 压、抗震、气密性、动态水密性等必备功能，即将取代传统幕墙。双层幕墙的优越气密性，抗风压型，及隔音性能远远在传统幕墙之上，未来 建筑的智能化趋势也使双层幕墙成为了建筑顶端高品质工程必不可少的一部分。 未来的建筑彰显着人们对生活的热爱以及对高端品质生活的追求，所以智能化生 态建筑的推广是未来几十年内建筑界的大势所趋。1.工程概况/研究的目的省会文化艺术中心三馆二期项目总建筑面积约21.4万m?，包括图书馆、文 化馆、艺术馆、酒店、弘阳
3、广场商业中心以及单建地下车库，双层幕墙面积约 5.9万m?，幕墙钢结构用量1400吨，铝材用量1300吨。为了解决超高层倾斜双 层异形幕墙的施工技术、措施难题，形成一套完整的幕墙施工工法，给未来类似 幕墙工程提供启迪。三馆二期 幕墙效果图1.工程重难点/研究的方法2.1 超高层双层倾斜异形幕墙施工放线、定位难度大。该工程幕墙立面为超高层折线倾斜双层幕墙，建筑标高 168 米，施工措施、 测量放线、内倾斜玻璃幕墙防水难度大。外铝板幕墙龙骨多角度对接难度大，建 筑高度高吊装难度大，本工程安装精度要求高，增加了现场施工困难，龙骨的定 位精准度对外层幕墙面板的安装影响极大。本项目通过采用全站仪+放线机
4、器人与 BIM 技术的犀牛 grasshopper 相结合 的施工技术，通过导出外幕墙龙骨模型，找到龙骨头尾两个控制点，施工现场通 过测量机器人建立与模型吻合的坐标系，通过 BIM 导出所有立柱的坐标点见图 2.1-2，来实现精准安装。实时检测幕墙安装过程中的控制点的误差和精度，尤 其是对异形玻璃、铝板幕墙的折线部位立柱和连接件控制点的精度保证，有效的 保证了幕墙面材的安装成品率。1 I亘皀2 H 口3 hUi d -lOl 盟LCWfi爻:MW11*132勺他9!2讥MUI15MD-哗:IfrHD1 -ItMO-17MD- I.HHD1-14HOiTCHIHOIHD1图 2.1-2 外幕墙龙
5、骨结构坐标 BIM 集中提取2.2 超高层幕墙施工措施本项目吊篮为非常规吊篮，为了满足可内外层幕墙施工兼顾的情况，加大吊省会文化艺术中心三馆二期项目建筑标高 168 米，造型有内、外倾斜面，常 规吊篮无法满足施工。本项目部自研发一种改轨吊篮，适用于倾斜、带折角的超 高层主体结构，在整个是施工过程中吊篮的使用效率、经济、可实施性都得到了 有效的保证，在完成内层玻璃幕墙施工的同时，吊篮通过改轨后可继续施工外层 铝板幕墙,吊篮的改轨迹运行可以有效的避开障碍物及主体结构，实现远近不同 距离的幕墙施工。见图 2.2-1篮悬臂至 2.5 米，同时吊篮的抗倾覆比要满足规范 3 比 1，顶层花架梁又无法使 用
6、配重块。经项目部研究，将吊篮支架做成仿骑马架结构，支座通过预埋件牢牢 连接在主体结构上，再通过钢丝绳辅助斜拉吊篮直臂，将荷载传递到二道梁上面， 实现了无配重抗倾覆比 3 比 1 的情况。同时项目部、公司设计部运用 ANSYS、 SP2000 等软件对吊篮使用的全过程施行仿真有限元模拟分析，从承载力模拟分析 吊篮支架荷载组合、吊篮直臂挠度变化等进行全方面模拟分析。形成了一系列模 拟分析成果，为方案的安全性、可行性提供了科学性的理论依据。2.3 犀牛技术在异形倾斜幕墙设计及施工中的应用犀牛如何放样控制面板的预加工，双曲及二面角面板如何通过犀牛坐标点反 馈给加工厂实现三维度异形面板的加工。如何将数字
7、化模型与幕墙面板加工、幕 墙龙骨施工相结合是本工程的重要难题。省会文化艺术中心三馆二期幕墙项目，外层铝板幕墙基本为平行四边形异形 板组合，通过犀牛 grasshopper 找准 6 种外幕墙铝板组合的规律，单独区分于 6 种规律板加工图并通过 GH 参数化提取加工数量及加工尺寸，然后发往加工厂进 行批量加工、组装单元次龙。折线转角位置为非规律铝板，每张铝板的尺寸都不 一样，加工难度较大，依托 BIM 技术单独建模，手工单独提取折线转角处铝板， 最终实现所有板块的加工和单元的制作。2.4 幕墙防水方法要点幕墙防水在于防与排，内排通过型材坡起排水、外防的选择披水板挡水，通 过导水槽排水、防水密封胶
8、、工艺排水孔、密封胶条等在幕墙防水系统中起到重 要应用。本工程为倾斜双层幕墙，外层铝板幕墙转接件生根处，为漏水隐患处，雨水 可通过层间渗入室内。内倾斜玻璃幕墙，整个玻璃幕墙面板为迎水面，雨水方向 与幕墙具有内倾夹胶，开启扇、百叶等洞口位置缝皆为漏水隐患点。结合幕墙防 水的排与防，内防排水系统、外防挡水系统的原理。本工程自行研发一套开启扇 防水铝材模具，将其框料模具增加一个斜角，用来抵消迎水坡度，使雨水沿坡度 排出开启框，达到排水工程。同时在开启扇上方增加披水板用来挡水，达到防水 中的挡水功能，将大部分雨水直接挡在开启扇范围外，在传统开启窗胶条的防水 基础上，新增了两道防水措施。采用同种办法，在
9、外幕墙转接件生根处增加弧形 批水板，挡水而不存水。内幕墙同时设计为断桥隔热明框幕墙，玻璃与型材立柱 密封胶处理，装饰条与玻璃缝隙也采用密封胶处理，整个玻璃幕墙系统采用双道 密封胶防水。2.5 幕墙结构超高层吊装技术应用省会文化艺术中心三馆二期外幕墙转角龙骨为 400*200*8，安装高度最大为 168 米。整体结构造型内倾斜，传统吊车吊装工艺无法实施。考虑这一因素，本 工程自主研发一种倾斜龙骨吊装滑车装置，来辅助提高工人吊装、组装龙骨材料 的安全性及效率。其安装特点在于利用已安装好的下一层 400*200*8 的钢管为运 行轨道，并借助其支撑力。吊装滑车一端固定新装龙骨，另一端在已安装龙骨滑
10、动运行。在设计阶段，采用 SAP2000 进行力学分析验证，施工现场试验试装。主 要靠上层固定的卷扬机提供提升力，已安装好的龙骨提供辅助受力。（见图 2.5- 1）采用这种施工措施吊装幕墙大规格龙骨，可控制其吊装运行轨迹，避免在吊 装过程中摆动撞坏内层幕墙玻璃和其它完工部位。图 2.5-1 超高层幕墙龙骨吊装照片2.6 超大悬挑雨棚吊装技术应用省会文化艺术中心三馆二期，雨棚为非常规悬挑 15 米异形大雨棚。雨棚钢 结构为工字钢，通过高强螺栓及二级焊缝连接。大雨棚造型、受力复杂。通过 SAP2000、tekla 等软件建模、模拟计算组合荷载。造型独特对钢结构的安装精度 幕墙龙骨的安装精度要求极高
11、，对上层异形复合铝板的安装影响较大。既要满足 安全使用，又要满足精准安装。本工程通过测量机器人+BIM+全站仪综合技术测 量放线、定位找点。并对二级焊缝进行专业探伤，形成检测报告。钢结构焊接变 形的同时，及时调整下一道龙骨位置和定位尺寸，将误差消化在施工过程中。钢 结构悬挑工字钢在吊装的过程中，采用地面组装、整品吊装的形式，吊装的单元 采用三角桁架的稳定结构体系，以防在施工过程中钢材变形、脱钩等事故。图2.6-1 悬挑雨棚龙骨吊装本工程雨棚采用反吊玻璃安装形式，玻璃通过不锈钢夹具系统固定，此不锈 钢系统由三部分组成，后面底座部分与雨篷结构连接，底面不锈钢托板和不锈钢 压板通过不锈钢机制螺栓连接
12、。可实现玻璃顶部安装或者室内安装。该系统均为 316不锈钢材质，防腐效果更好，具有安全可靠、设计合理、结构简单等优点。1.施工工艺流程/研究的过程，针对于本项目的施工难点，项目部成员对本项目进行研究总结，从技术、方 案上寻找最佳解决方案。对于幕墙体系进行优化、简化，利用犀牛grasshopper (BIM)功能，寻找规律，优化并总结外幕墙龙骨6种组合批量生成加工图(图 3-1) ，实现加工厂批量预加工、组装。独立出转角、折线面板材料并统一加工。图3-1 BIM单独提取折线、转角处面材。3.1.建立幕墙模型模拟施工及碰撞(1) 模型与主体结构之间避免碰撞通过实体复核建立模型，结构往往会有偏差，按
13、照建模师的要求将主体结构 进行复核，现场复核数据导入到三维模型中，查看主体结构是否与幕墙模型吻合 若不吻合，需要与设计沟通后调整模型。三维模型由建模师建立完成后，需由设 计师审核后方可用于施工。（2）幕墙模型实施三维模拟及碰撞检测通过模型的模拟施工功能，提前优化转角龙骨碰撞衔接不美观的问题，同时 考虑铝材不能焊接，优先将碰撞的主材龙骨替换为钢材，便于连接。图3.2.-2三维模拟施工及碰撞3.2 BIM参数化提料，提升效率折线异形幕墙面板提料繁琐，通过模型导出的各种图纸、数据进行施工，能保证施工的效率及准确度。采用逆推法施工，BIM提参数化提取数据，加工异形面板玻璃，根据数据逐 层定位立柱。优先
14、安装异形玻璃面材，在标准玻璃分格中均分误差，与传统的先 安装立柱，再反尺异形玻璃相比效率提高，折线造型效果更佳。利用犀牛grasshopper将外层铝板幕墙生成展开拼接面用来提取铝板出来， 直接形成加工尺寸，在理论数据的基础上形成铝板加工提料单。异形铝板每一块 尺寸都不同，按折线顺时针编号，单独集中提取数据加工，单独批次统一标号送 往工地，并根据编号统一定位安装3.3 BIM+放线机器人精准放线与安装3.3.1BIM模型模拟安装，确定关键坐标数据预先在 BIM 模型中实体模拟，提前发现问题和做好准备工作，确定项目现场 安装需要的点位坐标数据。利用犀牛 Grasshopper 参数化，提取定位点
15、 X、Y、Z 三维坐标，导出参数表和编号图用于现场定位安装。3.3.2测量机器人与BIM结合根据业主提供的平面基准点，通过测量机器人建立多个测站点（保证两点通 视，并且可以测设整个幕墙立面）。水平控制线主要以主体结构为准，通过水准 仪在外围各立面标记标高线。利用放线机器人在现场建立坐标系，找到BIM模型 中的原点（0,0,0）点，将BIM坐标系统与施工现场结合一致。测量检测任意转接 件、内幕墙立柱、外幕墙主龙骨控制点的坐标，做到折线转角部位的测量数据实 时反馈，与BIM提取的参数比较。误差控制在20mm以内，保证内外幕墙面板的 安装，控制面板材料的安装使用率在98%以上。3.3.3 幕墙面材运输措施新颖本工程材料板块大，部分板块需要人工运输，为了方便运输自研发一种电动 玻璃运输车，提高了大板块玻璃运输效率，降低了人工的搬运成本，加强了半成 品保护。图图3.3-2为电动玻璃运输车从设计手稿建模实践投入使 用的全过程。图3.3-2 电动玻璃运输车3.3.4结合BIM参数化与装配式利用装配式幕墙的原理，通过犀牛grasshopper将2063组外幕墙次龙骨归集为 6 种组装模式，在平整场地提前定尺加工，螺栓组装，整体吊装。过程中用 放线机器人实时控制安装精度，复核次龙控制点坐标，为下一道铝板工序奠定基础。1.结语通过
