BIM技术辅助双曲异形铝板幕墙安装施工工法介绍.docx

BIM技术辅助双曲异形铝板幕墙安装施工工法南通市达欣工程股份有限公司七公司1 .前言随着建筑业的迅猛发展，部分大型公建、商业、体育馆等建筑物为追求空间效果，往往幕墙表面整体呈曲面形态来营造视觉效果，复杂的幕墙形式给施工带来难度。双曲异形铝板幕墙每层错开、向上逐层收缩，通过钢立柱与主体结构连接，在弧形钢梁锚固次龙骨安装铝单板，理论上没有一个相同的单元板块，所有单元板块均为异型单元板，与常规单元板块不同，对于施工定位和板块组装精度要求高，每个单元板块的空间关系不同，立柱上短梁牛腿的角度偏差直接影响单元板块的安装质量。为了节约材料损耗，提高安装精度，确保弧形外观美观，一次成优，我公司总结出“BIM技术辅助双曲异形铝板幕墙安装施工工法”。通过实践取得了良好效果，铝板幕墙安装完毕后受到了各方好评，经总结形成本工法。2 .工法特点2.1 在深化设计上针对结构空间关系采用Rhino进行BIM模型进行深化设计，确保模型及坐标的准确度，导出弧形钢梁每一环空间坐标，指导现场施工。2.2 利用BIM模型立柱间定位点确定弧形钢梁平弦高度、竖弦高度，弧形钢梁采用大型液压数控顶弯机加工，确保弧形精度达标。2.3 在铝板加工上采用采用Rhino模型深化设计，把一块块铝板分解成平面，进行下料生产，保证加工精度。3 .适用范围本工法适用于空间结构复杂的新建、改建、扩建的工业与民用建筑工程各种异形铝板安装施工。4 .工艺原理BlM技术辅助双曲异形铝板幕墙安装施工技术，在铝板幕墙安装前，首先利用Rhino软件对外立面铝板幕墙进行建模，对外立面铝板幕墙进行深化设计，确定埋件、立柱、曲梁的空间位置，再通过对铝板饰面分格处理、编号、定位在BlM模型上，以此确定铝板工程量指导铝板加工和现场安装。通过空间定位在外围斜柱上植入后置埋件，钢立柱通过后置埋件与主体连接，按照深化设计图纸利用大型液压数控顶弯机分段弯折弧形钢梁，通过起重吊装设备及电动葫芦配合分段进行曲梁的安装，曲梁连接处及立柱连接处通过焊接的方式进行连接，在曲梁外侧焊接次龙骨用以锚固铝板，按照编号的铝板逐一进行安装，施打耐候胶，最终完成铝板的安装。5 .工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程铝板幕墙深化设计一测量定位放线一搭设排架操作平台一后置埋件安装一立柱安装一二次脚手架搭设一弧形钢梁安装一次龙骨安装一铝单板安装一分格缝打胶5.2操作要点5.2.1铝板幕墙深化设计将主体结构模型导入Rhino软件中，利用主体结构基础模型空间关系进行深化设计，首先建立铝板立柱和弧形梁空间BIM模型，经过设计院确认后再进行铝板分割细部设计，在三维可视化模型中对所有构件进行拆解、分段，逐一编号，经过反复校准后标注构件的尺寸，便于工厂加工，如图5.2.1所示。图5.2.1铝板幕墙BIM模型图5.2.2测量定位放线由于土建施工允许误差较大，铝板工程施工精度要求高，须由基准轴线和水准点重新测量、校准复合。通过原始标高控制点和轴线控制线建立铝板幕墙标高和轴线控制网，并做好标记点和标记轴线。通过Rhin。软件确定三维模型的空间坐标，将需要的控制点坐标保存TXT文档，导入至全站仪设备。通过全站仪坐标放样功能，将后置预埋件的空间坐标准确定位到柱或梁上。5.2.3后置埋件安装依据测量放线的结果，将后置埋件安装的位置标示于梁或柱上,包括水平高度和后置埋件中心位置；后置埋件初步设置以后，应进行认真校核确认无误后方可用锚栓进行加固，在加固时应避免锚栓对混凝土内钢筋的影响。（1）钻孔：钻孔直径大于植筋钢筋2-4mm,如在钻孔中碰到预埋钢筋等物体时应适量移位，避开钢筋的位置。（2）清孔：钻孔后必须用毛刷和气泵皮管深入已打孔中，将孔中灰沙反复掏出和吹冲干净，确保无灰沙。（3）上筋锚栓：待植筋胶灌入孔洞九分满后，将螺栓慢慢伸进后，将其摆正固定。锚栓植入深度以设计锚栓规格为准。（4）拉拔试验：待凝胶固化时间结束后，按照锚栓总数1%。经过第三方检测单位进行拉拔试验，如图5.2.2所示，试验合格后方可进行锚板安装。（5）锚板安装：封锚安装须在粘接24h后方可施焊，在进行预埋板塞焊时必须分多次进行焊接，以免集中焊接时对植筋胶产生不利影响。专业焊工将锚板与锚栓焊接固定，施工员精确放样定位出锚板翼板位置，焊接翼板来固定钢立柱。锚板与翼板焊接完毕后及时进行防腐处理。图5.2.2植筋拉拔试验图5.2.4立柱安装立柱作为整个铝板幕墙支撑固定结构，立柱安装首先要根据图纸尺寸确定基准轴线安装基准框，基准框架施工完毕后，确认标高及进出等尺寸与图纸相符无误后，进行大面积框架施工，在安装时应对每层框架的标高、垂直度、分格尺寸跟踪检查并做记录。（I）前期准备：钢立柱、短梁牛腿依据深化图纸下料切割，尺寸偏差控制在±lmm,将下料好的型材进行去毛边、飞边、除锈、编号处理，安装前进行喷涂一遍防腐两遍底漆处理。（2）立柱安装：钢立柱安装须从底边定位向上推移，将立柱与锚板翼板焊接连接，在立柱上标记牛腿位置，牛腿位置的准确和质量将影响整个铝板幕墙的安装质量，须将牛腿平面轴线误差控制在2mm以内。（3）牛腿安装：因铝板每层错开、向上逐层收缩，须依据图纸将加工后的牛腿短梁进行编号处理，将编号的牛腿依次焊接至立柱上用来锚固弧形钢梁，如图5.2.3所示。先将一根牛腿安装于一个施工立面的端部牛腿，采用角码临时点焊于埋件，用线垂吊直，确定水平度、垂直度达到要求后将其牛腿焊接预埋件，再将另一根牛腿安装于立面另一端，并用角码连接点焊于埋件。两端牛腿校正达到标准要求后，将二根牛腿之间用钢丝绳拉出其牛腿的施工面，然后逐根安装，最后调整完毕后，将所有焊接牛腿固定。图5.2.3立柱安装图5.2.5二次脚手架搭设因主体施工时的脚手架无法将弧形钢梁吊运至指定位置，故需要二次搭设脚手架。根据测量标明的定位线搭设满堂脚手架，搭设时既要满足脚手架的搭设规范要求，同时还有充分考虑施工的需要，搭设时避开立柱和主体结构弧形梁，异形脚手架搭设须随同弧形钢梁吊装同步向上搭设，连墙件及剪刀撑设置须符合规范要求，吊装弧形钢梁及安装铝单板时须在操作平台上满铺脚手板。5.2.6弧形钢梁安装1、弧形钢梁加工因铝板幕墙造型主要为螺旋上升曲线单元，这就要求铝板幕墙横梁加工成弧形钢梁，弧形钢梁加工精度的高低直接关系到外观曲面成型效果，决定着建筑物的美观性。考虑到弧形钢梁自重较大运输过程中易产生变形，影响安装精度，决定采用大型液压数控顶弯机在现场进行曲梁加工。将每一环钢梁空间坐标转换成弯弧加工尺寸表，如表5.2.1所示，根据尺寸表进行平弦和竖弦加工。铝板钢结构弯弧尺寸表表5.2.1铝板钢结构（口400X200X8）第（1）环弯弧按工序尺寸表（Inm）序号a例管做号平弦高度Hh银弦昌度HVa成品编点距离LaU钢管展开长度LJ1锢板1环:136413977498122铝板1环:22759876687923铝板1环:32909952195454将板1环:4342811185112145福板1环:51633847684856铝板1环:61562874187497铝板1环:71822977197808铝板1环:8167195849592格板1环:916709603961110铝板1环：1018219819982811铝板I环：”15728834884212铝板I环：1216438594860313给板1环：133608115951162614福板1环:14314999679995首先进行弧形钢梁弧线加工，将钢梁竖向摆放利用大型液压顶弯机顶推借助弯弧铁板及垫片弯制成弧，以30OmiTl为弦间距分段加工对钢梁平弦高度加工，如图5.2.4所示，加工完及时测量是否存在误差，如有误差及时进行调整，直至准确为止。接着将弧形钢梁侧翻平放，根据弧形梁竖弦高度尺寸表，以30Onlm为弦间距分段完成弧形梁竖向弦高。按照先平弧后竖弦加工步骤逐一弯制每根弧形钢梁，再对弧形钢梁进行喷涂防腐漆、编号、分类存放,如图5.2.5所示。图5.2.4弧形钢梁弯制示意图图5.2.5弧形钢梁编号分类存放示意图2、弧形钢梁安装因整个建筑物铝板幕墙呈现螺旋上升式椭圆，为了减少累计误差，采用从中间向两端的安装方式。为了维持吊装的稳定性，专业信号工指挥采用汽车吊三点吊装的方式进行起吊，如图5.2.6所示。每个短梁牛腿都是经过精确定位，通过短梁牛腿控制铝板幕墙每层错开、向上逐层收缩外形。每一环弧形钢梁首次安装需要找准空间位置，从椭圆中部位置开始安装，由汽车吊将弧形钢梁吊运至制定位置，利用电动葫芦进行空间位置微调，找准空间位置后由专业焊工将短梁牛腿与弧形钢梁进行焊接固定，如图5.2.7所示。安装完首跨弧形钢梁后，后续弧形钢梁采用以上方式逐段安装，弧形钢梁连接处采用焊接方式连接，相邻两横梁阶差不得大于5mm,在弧形钢梁与短梁牛腿交接处焊接耳板增加弧形钢梁的稳定性，施焊结束后进行焊缝防腐处理，确保防锈漆涂刷均匀，无遗漏现象。图5. 2. 6弧形钢梁吊装示意图5. 2.7次龙骨安装图5. 2. 7弧形钢梁安装示意图考虑幕墙防火性能次龙骨采用镀锌钢管焊制，加工同弧形钢梁进行分段弯弧，次龙骨成型质量决定着铝单板能否顺利安装，因铝板幕墙为曲面异形导致次龙骨规格尺寸不一，加工时须参照深化设计图纸，分段加工，统一编号，分类存储，如图5.2.8所示。为了减少安装时的累积误差，次龙骨安装从椭圆中部向两端逐段安装。首先找准次龙骨首个环向位置，由施工员密切配合完成次龙骨框架定位工作，在弧形钢梁上放样出定位线，施焊短梁固定次龙骨框架，如图5.2.9TO所示，施焊结束及时进行焊缝防腐处理，第三方检测单位对焊缝全数探伤，如图5.2.11所示,探伤检测合格后方可进行铝单板安装。图5. 2. 8次龙骨加工示意图图5. 2. 9次龙骨安装示意图图5. 2. 10次龙骨安装示意图图5. 2.11焊缝无损探伤示意图5.2.8铝单板安装因铝板单个造型为平行四边形，尺寸不一，加工周期长，前期须通过Rhino软件深化设计，经过设计单位同意后，把一块块铝板分解成平面，然后下单由厂家加工。项目材料人员负责按现场需要的顺序，向厂家跟踪和清点到货。材料到场后，项目部马上进行分类、分区运输，保证一次就位，避免积压和二次搬运。为了满足竖缝宽度20mm及竖向对缝的安装精度，须在每条龙骨上均画出控制线，避免累积误差。将分类好的铝单板吊运至指定位置，铝单板安装应按板块分配图上板号安置就位，用不锈钢螺栓试固定在次龙骨上，调整横竖缝间隙复合要求后再固定，如图5.2.12所示。铝单板安装时左右、上下的偏差不得大于1.5mm。图5. 2. 12铝单板安装示意图5.2.9分格缝打胶用硅酮结构密封胶粘结固定构件时，注胶温度控制在15C以上，30以下,相对湿度50%以上。将铝板保护膜折边部分撕开，按照90。转角折边处贴上美纹纸，美纹纸在四角胶缝处应折90。转角，整个美纹纸一次到位，用力抹平，避免美纹纸折皱。填充泡沫棒，要求密实平直。注胶时应按直线走，从上至下，从左至右，一次打完。刮胶时应按照注胶步骤一次到底，如图5.2.13所示，在角部处刮拉速度稍微缓慢一些。撕去美纹纸成外向45°倾斜拉扯，应把美纹纸集中处理，避免污染环境。撕去铝板保护膜，用中性清洁剂清洁铝板。图5.2.13铝单板分格缝打胶示意图6.材料和机具设备6.1 材料6.1.1 铝单板铝单板基材采用2.5廊厚的人人30031124铝合金板，表面采用氟碳涂层，氟碳树脂含量不应低于75%,海边级严重酸雨地区采用采用三道氟碳树脂涂层，其厚度应大于40Unb其他地区两道氟碳树脂涂层，其厚度应大于25um。氟碳树脂涂层应无起泡、裂纹、剥落等现象，涂层要求见表6.1.1。涂层要求表6.Ll序号检验项目标准指标1外观无泳流痕、裂纹、起泡、夹杂物或其他表面缺陷2平均涂层厚度两涂e25um,三涂240Unl3色差目测不明显，或单色时AE24铅笔硬度2HB5光泽度规定值±56耐冲击性50kgcm不脱漆7耐磨性50Lm8附着力干式划格法0级湿式划格法。级沸水煮划格法0级9耐化学性耐盐酸15min点滴无气泡，外观无变化耐硝酸颜色变化AE6耐砂浆无任何变化耐洗涤剂无气泡，漆膜无脱落6.1.2 幕墙立柱、龙骨1、主龙骨弧形钢梁采用400X200X8矩形Q235B钢材，立柱采用200X10方钢管，采用400X200X8牛腿短梁与钢立柱连接，短梁前端采用IOmm钢板封口。2、次龙骨采用50X50X3的热镀锌钢管。6.1.3 硅酮结构密封胶1、幕墙应采用中性硅酮结构密封胶；硅酮结构密封胶分单组分和双组分，其性能应符合现行国家标准建筑用硅酮结构密封胶（GB16776）的规定。2、同一幕墙工程应采用同一品牌的单组分或双组分的硅酮结构密封胶，并应有保质年限的质量证书。用于石材幕墙的硅酮结构密封胶还应有证明无污染的试验报告。3、同一幕墙工程应采用同一品牌的硅酮结构密封胶和硅酮耐候密封胶配套使用。4、硅酮结构密封胶和硅酮耐候密封胶应在有效期内使用。6.1.4 焊条采用E43XX系列，焊条的主要用途是焊接中碳钢和某些重要低合金结构钢。MG5O-61.1.1 1.5焊丝采用欧50-6,具有优良的焊接工艺性能，焊丝溶化速度快，熔敷效率高，电弧稳定，焊接飞溅极小，焊缝成型美观，并且抗氧化锈蚀能力强,熔敷金属气孔敏感性小，全方位施焊工艺性好；适用于碳钢及500MPa级强度钢的焊接。1.1.6 保护性气体用于气体保护焊。气体组成为C02（80%）+Ar（20%）。气体纯度不应低于99.5%（体积法），其含水量不应大于0.005%（重量法）。1.1.7 脚手架组装平台用的钢管、扣件、脚手板、木方，钢管采用外径48mm、壁厚3.Omm的焊接钢管，钢管的材质使用力学性能适中、稳定的Q235钢，其材质应符合碳素结构钢GB/T700中Q235-A级钢的规定。扣件应采用GB978可锻铸铁分类及技术条件的规定，应与钢管管径相配合、机械性能不低于KT-33-8的可锻铸铁制造，扣件的附件要用的材料应符合GB700碳素结构钢中Q235钢的规定，螺纹均应符合GB196普通螺纹的规定。脚手板、木方应采衫木或松木制作，其材质应符合国家标准木结构设计规范（GB50005）的规定，木脚手板规格为50X300X400OnInb两端应各设两道10#铅丝箍。6. 2主要机具设备主要有：水准仪、经纬仪、全站仪、汽车起重机、无线对讲机、交流电焊机、打磨机、型材切割机、大型液压顶弯机等。设备名称规格型号数量（台）备注全站仪苏一光OTS612BL1放线定位电子经纬仪DJD2A1放线定位水准仪苏一光DS31放线定位起重机QY70D2起重吊装液压顶弯机ZHDW-400T1弯曲弧形梁电动葫芦1.5T2钢梁吊装无线对讲机健伍4高空联络交流电焊机BX-2604连接件焊接手电钻220V4定位补孔打磨机220V4焊缝打磨型材切割机J3GA-4004钢管切割卷尺5m2测量胶枪/10板块密封7.质量控制1.1.1 与标准1.1.2 1.1钢结构工程施工质量验收规范GB50205-2020；1.1.3 金属与石材幕墙工程技术规程JGJ133-2001；1.1.4 建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范JGJ130-2011；7. 1.4工程测量规范GB50026-2007；7. 1.5建筑装饰装修工程质量验收标准GB50210-2018o7. 2质量控制措施7. 2.1外龙骨支撑系统及其附件安装牢固，不得有松动现象。7. 2.2焊接处均要进行防腐漆涂刷。7. 2.3分隔缝宽度均匀一致，折边角度符合设计要求。7. 2.4分隔缝打胶时要保证其饱满程度及胶面的平整度。7. 2.5拆除铝板保护膜时，应小心谨慎，做好成品保护工作。7. 2.7铝板幕墙质量允许偏差见下表：序号项目允许偏差检验方法1表面平整度2mm用2m靠尺和塞尺检查2板材立面垂直度3mm用垂直检测尺检查3相邻板材板角错位Imm用钢直尺检查4阳角方正2mm用直角检测尺检查5接缝直线度3mm拉5m线，不足拉通线，用钢直尺检查6接缝高低差Imm用钢直尺和塞尺检查7接缝宽度Imm用钢直尺检查7.2.8针对工程的具体情况编制有针对性的施工方案，由项目技术负责人组织专业施工人员认真审阅图纸，并组织工长和技术工人学习施工方案，对工人进行技术培训，进行详细的技术交底，确保工人熟练掌握操作要点，严格过程控制和检查验收。7.2.9严格控制材料质量，材料进场后应提供质量证明文件、检测报告，需要复试的应按规范要求进行见证取样复试。7. 2.10排架支撑系统搭设要严格按照施工方案和规范进行检查验收。8 .安全措施8.1 认真贯彻执行“安全第一、预防为主，综合治理”的方针，进入施工现场必须正确戴好安全帽，登高作业和临边作业需系好安全带。按照要求进行安全教育培训，并对各工种进行全面的安全技术交底，组织专业工长学习专项施工方案。8.2 电焊机、砂轮切割机、等机械设备的使用严格执行机械操作规程，专人操作，培训上岗。电焊工等特殊工种需持有特种作业岗位证书。8.3 氧气瓶与乙快瓶隔离存放，加锁保管，使用时保证相互之间的安全距离以及与火源的安全距离，乙快发生器有防止回火的安全装置。8.4 电焊、氧气乙烘使用时需严格遵守动火审批制度，配备合适的灭火器材或有其他防火措施，并安排专人看护。8.5 起重机等机械使用前应进行检查，确保机械运转正常，保险装置有效。吊装过程中严禁钢丝绳与电线、电缆接触，吊物下禁止行人通过。8.6 雨、雪、大雾天气及风力大于五级以上时，应停止铝板幕墙施工，施工机具应有防雨、防雷接地措施。9 .环保措施9.1 按照施工现场的布置要求，材料码放整理，标识齐全。施工场地做到工完、料净、场地清，每日下班前进行清扫，整洁文明。9.2 现场设置加工间，电焊、砂轮切割等作业在加工间内进行，减少光污染和噪声污染，操作人员需穿戴好护目镜、工作服等自身防护用品。9.3 加工生产后的零碎下脚料按照可回收、不可回收、有毒有害物资进行分类存放，按照要求定期处理。9.4 现场加工型材时，要控制各种机械噪声。将机械安放在平整度较高的平台上，下垫木板，并定期检查各种零配件，如发现零部件有松动、磨损，及时紧固或更换，以降低噪声。10 .效益分析10.1 经济效益因每块双曲异形铝板幕墙每层错开、向上逐层收缩，理论上没有一个相同的单元板块，所有单元板块均为异型单元板。施工中从铝板幕墙深化设计、材料订货下料到工程安装，采用BlM技术辅助全过程管理，提高劳动效率，减少人员配置，优化下料，提高产品精度，减少了材料浪费，缩短了施工工期。共计节约工期费用约20万元，减少返工产生的人工、材料、机械费用约15万元，Rhino软件精细化建模深化设计、快速统计工程量节约过程管理费用2万元，创造直接、间接的经济效益共计37万余元。10.2 社会效益BIM技术辅助双曲异形铝板幕墙安装，有效的节约铝单板、型材加工浪费现象，确保了一次成型，一次成优，达到设计要求的美观效果，得到建设单位和监理单位的一致认可，对同类工程有较大的借鉴意义和指导作用。11 .应用实例11.1 齐齐哈尔医学院大学生活动中心项目该项目位于齐齐哈尔市建华区卜奎大街齐齐哈尔医学院东南角，地下1层，地上4层，是集篮球比赛场、游泳馆于一体的综合性体育馆，主体结构为框架结构，建筑高度23.8m,建筑面积12495m2,铝单板幕墙面积8500m2,采用BIM技术辅助双曲异形铝板幕墙安装施工工法，有效的确保了一次成优，达到设计要求的美观效果，为项目创优打下了坚实的基础，同时得到了建设单位和监理单位的一致好评，该工程被评为黑龙江省建筑业2018年度新技术应用示范金牌工程，荣获2019第八届“龙图杯”全国BlM大赛三等奖。11.2 君豪哈尔滨义乌小商品城项目（B2地块）该项目位于哈尔滨市利民开发区哈肇公路西常熟路南，由风情街和集中商业街组成，风情街地上2层，集中商业街地上四层或五层，框架结构，建筑面积66632m2,集中商业街建筑高度23.6m,风情街建筑高度7.8m0该工程外墙部分采用弧形铝单板，面积约为12OO11通过BIM技术辅助双曲异形铝板幕墙安装施工工法，外墙铝板造型美观，曲线优美，得到建设单位与监理单位一直好评。11.3 唐山尚诚国际A标段项目该项目位于河北省唐山市新华西道北侧，学院路与大理路之间，由一栋3层地下室和6层商业综合体组成，是集商场、超市、餐饮、影院、车库等多种使用功能于一体的建设工程项目，总建筑面积184617.65m2,建筑总高度40.2m,中庭铝板面积24OO11该项目BlM技术辅助双曲异形铝板幕墙安装施工工法保证了中庭曲线优美，此工法的实际应用取得了良好的经济效益和社会效益。该工程被评为2017年度河北省安济杯优质工程，荣获2017年度河北省建筑业十项新技术应用示范工程。