重庆万达城展示中心位于重庆市沙坪坝区西永镇文旅西路与西井大道交汇处。本工程场地规划总用地面积121 353.14m², 地下1层为钢筋混凝土结构, 建筑面积1 168m², 地上2层为钢结构, 建筑面积4 989m², 总建筑面积约6 157m², 建筑高度28.6m, 如图1所示。

本工程幕墙面积总计11 000m², 外幕墙面积约7 300m², 由12片花瓣环绕组成螺旋多曲面幕墙, 外侧5片花瓣为穿孔铝板, 内侧为彩釉玻璃幕墙。幕墙面板尺寸规格大部分都不统一, 其中外侧铝板共1 315块, 386种不同尺寸规格;内侧为半隐框玻璃面板, 共1 583块, 413种不同尺寸规格, 顶部为幕墙采光顶。

在工程施工前, 技术部门应进行图纸深化设计和组织各参建单位图纸会审。

1) 利用BIM技术对多曲面幕墙施工进行多次模拟分析, 直观、形象地将实际立体模型用BIM形式展现出来。针对异形多曲面幕墙, 选择三维建筑信息软件Revit作为幕墙深化软件, 基于设计院提交的模型和主次龙骨CAD图纸, 建立幕墙整体BIM模型, 如图2所示。经过一系列的深化设计后, BIM模型深化精度达到LOD400, 可以直接输出数据供工厂生产加工。

2) 将幕墙模型和其他专业进行碰撞检查, 发现施工图纸中存在的问题, 对幕墙构件和面板进行深化处理。将Tekla中的钢结构模型转换成IFC格式导入到Revit中, 在Revit里对幕墙、机电、钢结构模型进行整合, 然后导入到Nevisworks中进行碰撞检查, 最终形成碰撞报告, 如图3所示。

3) 结合计算及碰撞结果对幕墙面板进行第3次深化设计, 保证设计意图的完整体现, 同时通过三维信息软件对每块幕墙、龙骨进行编号、出图, 帮助其加工、安装, 并优化相关工艺及构件。利用BIM模型的高精度特性, 将1∶1Revit龙骨模型进行CAD输出, 并标注其拟合后的曲线弧度尺寸。由于BIM的高精度性, 拟合后的尺寸可直接用于工厂加工, 保证了幕墙与龙骨的加工、安装精度, 减小了误差。

4) 利用时空网络计划结合BIM模型, 在面板上进行四维的时间标注。将花瓣分为3个区域, 每个区域每片花瓣的每块面板以不同颜色来区分不同的安装时间, 方便直观地表示出施工顺序, 指导现场施工, 如图4所示。

异形多曲面幕墙的制作和施工材料对幕墙质量具有重要影响, 在多曲面幕墙制作过程中, 需要使用铝板、钢型材、玻璃面板及其他辅助连接杆件等, 材料一定要选用正规厂家生产且质量经过严格的出厂检验及现场复核和试验, 严禁使用不合格产品, 应先进行样板封样, 待样板通过验收合格后方可进行大批量生产。

多曲面幕墙板块的制作是保证幕墙工程质量的一项关键性工作, 加工和制造的车间厂房要保持洁净, 制造和养护工序严格按要求进行作业。因此, 在幕墙制作时, 建设单位需择优选择资质齐全且拥有良好信誉的企业合作, 从根本上把握好幕墙的加工制作和现场安装质量控制, 同时要满足设计和施工规范要求, 以便在幕墙安装过程中提高安装质量, 避免由于幕墙加工制作问题而引起的质量隐患。

为实现现场一次拼装和吊装成功率, 保证幕墙工程质量, 在工厂加工后进行预拼装。根据花瓣结构特点, 将花瓣分为内圈径向桁架单元、外圈径向桁架单元、环向圆管桁架单元3类进行预拼装。拼装测量采用从整体到局部、先控制后施工的原则。将桁架上、下弦上的每个支撑点由空间位置水平投影到地面上, 并将其空间坐标转换到地面。采用全站仪在地面上分别测量出每个支撑胎架的位置, 然后矫正、记录, 方便现场安装。

1) 在运输前检查出厂成品幕墙是否采取保护措施, 需采用专用保护运输架进行成品保护, 幕墙与运输架间用柔性胶垫隔离, 防止幕墙与运输架碰撞造成幕墙损伤。

2) 现场根据施工进度安排将已加工好的成品幕墙分批次进场, 避免过多的二次搬运导致成品损伤。

3) 幕墙进场需要有专门的成品幕墙材料堆放场地存放并派专人验收, 避免被交叉作业的其他单位损伤或者破坏。

4) 幕墙需按照规格、大小分类码放, 码放要规则整齐, 每块幕墙下方垫柔性物质, 并进行全面覆盖保护。

5) 幕墙进场卸车时一定要轻拿轻放, 工厂和项目管理人员全程监督指导, 严禁随意丢弃造成幕墙损伤。

1) 测量放线 首先利用BIM软件进行模拟放线, 即对每块幕墙和龙骨进行三维坐标定位, 采用BIM放样机器人结合四维定位坐标进行放线定位;然后采用外控制点投射法进行幕墙的测量放线, 并将底层的内控网主控线延伸至各楼层楼板上, 再采用平移、投射的方法测量放线。通过投射的方法找出模型中面板的x, y坐标点, 然后通过延伸至各楼层的主控线确定面板标高。为减小测量过程中可能产生的误差, 根据前期BIM软件对每块幕墙和龙骨进行的三维坐标定位, 使用高精度的全站仪进行测量放线, 保证测量的准确性。

2) 龙骨拼装 将现场加工的胎架划分区域码放整齐, 按照BIM模型, 首先进行胎架的定位, 胎架架设完成后, 在胎架上根据定位图纸, 画出钢架立杆定位线, 焊定位挡板, 桁架立杆根据定位线位置上胎, 按照定位线拼装横杆, 在横杆拼装完成后再进行次杆嵌补, 最后进行焊接、矫正、加固, 即完成拼装。为防止起吊后变形, 使用角钢对龙骨进行加固, 如图5所示。

3) 龙骨吊装 将整个施工现场划分为若干个区域, 每个区域配备2台起重机, 2组施工班组, 各个区域同时施工。因构件弯曲部分会有应力集中, 为防止在吊装过程中变形, 在吊装前进行加固;然后采用BIM软件, 找出龙骨重心, 将吊点设置在龙骨节点上, 设置3~4个吊点, 其中2根钢丝绳搭配倒链进行调节, 吊钩在重心正上方, 绑扎好后起钩;就位过程中, 使用溜绳进行控制;接着在定位点使用全站仪进行定位控制、调整, 调整后使用缆风绳和拉紧器进行初步固定, 利用电动葫芦进行特殊板块的辅助吊装。

4) 龙骨焊接 采用二氧化碳气体保护焊, 焊接环形桁架时从桁架中间向两边对称焊接;对于复杂的重要焊接节点, 需要进行消氢处理, 消氢处理的加热温度应为200~250℃, 保温时间应按每25mm工件板厚≥0.5h, 且总保温时间≥1h处理, 达到保温时间后应缓慢冷却至常温。

5) 幕墙安装 依据BIM模型, 将花瓣分开编号, 各施工队伍同时安装, 按施工部署流水施工。因为BIM模型深化精度达到了LOD400, 且前期对每块面板和龙骨进行了四维定位, 其中面板与钢结构穿插定位, 为预制加工、安装提供了准确参考, 如图6所示, 因此大大减小了测量和幕墙安装时的误差。为控制花瓣板块安装的精确性, 在每个花瓣板块的支座上做标记, 然后再制作专用的凹槽钢夹具, 因结构有偏差, 在夹具制作前测量板块安装完成后调节螺栓的高度, 每层楼每个转角花瓣的夹具均需单独制作, 夹具的模型与板块安装完成后的模型一致, 提前焊接在做好标记的支座上, 板块安装时直接落下即可, 幕墙安装流程如图7所示。

幕墙工程施工完成后对幕墙外观进行清洗, 并进行全面质量检查, 采取适当的措施防止幕墙发生污染、变形、变色等问题。如果施工时发现幕墙表面有杂物、划痕等质量缺陷, 需及时处理或对幕墙面板进行更换, 防止影响整个幕墙的安装质量。

异形多曲面幕墙作为新型的外部装饰结构, 未来的发展前景非常广阔。重庆万达城展示中心施工过程中, 仔细分析幕墙工程施工中的常见问题, 剖析原因, 运用新型数字化信息技术, 提高操作人员的综合素质, 详细制定管理责任, 强化质量管理。本工程从前期图纸深化、数字化信息模拟, 到中期加工生产、施工过程管理, 再到后期质量检查管理等层层严格把关, 最大化发挥异形多曲面幕墙的建筑艺术效果。