不規則外立面幕墻的施工技術研究

甄利民

(上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司，上海 200092)

0 前 言

近年來，隨著我國城市化率的提高，越多越多的城市公共建筑開始涌現。傳統的涂料、墻面磚、石材等外立面因其使用周期短、維修困難、安全隱患大，無法滿足人們對城市公共建筑越來越高的使用和審美需求。而建筑幕墻具有質量輕、設計靈活、抗震能力強、系統化施工、更新維修方便等優點[1-2]，因此更加適用于公共建筑的外立面?，F階段建筑工程的規模及結構更加復雜，出現了許多不規則幕墻，運用傳統的施工技術很難達到不規則外立面幕墻施工的質量要求，因此找到提升不規則外立面幕墻的施工技術，是保證公共建筑整體質量的一個關鍵點。

1 項目概況

福建某沿海城市體育館作為省運會的主場館，包含比賽館、訓練館兩部分，地上3層，占地21 660 m2，建筑總高度為28.8 m。體育館效果圖如圖1所示。

圖1 體育館效果圖

該體育館外立面采用玻璃幕墻、雙面烤瓷穿孔鋁單板幕墻、烤瓷鋁單板幕墻、石材幕墻等多種型式，幕墻體量大、不規則、施工作業高度大、交界面多、異形板塊多，其中雙面烤瓷穿孔鋁板幕墻和烤瓷鋁單板幕墻面積達18 371 m2，占幕墻總面積的44.57%，雙面烤瓷鋁板為銳角40°、邊長3.5 m的菱形，烤瓷鋁單板為銳角86°、邊長1.3 m的菱形，東西面幕墻均有彎弧，這些不規則部位施工難度大，如果不提前采取有效措施，易導致出現質量問題。

2 不規則外立面幕墻施工要因

2.1 類似工程調查

為了取得不規則外立面幕墻質量情況的現狀數據，先對近期剛完成的類似建筑進行調查，類似建筑和本項目在幕墻類型和幕墻部分曲面造型方面有較大的相似性。

對類似建筑幕墻共選取了350處點位進行質量檢查，共有68處存在質量問題，質量合格率僅為80.6%，具體幕墻質量問題統計表如表1所示。由表1可知，對幕墻質量造成影響的主要原因是幕墻表面不平整、相鄰玻璃或金屬板塊錯位和密封膠縫不平整，累積頻率達85.3%。

表1 幕墻質量問題統計

2.2 要因分析

圍繞以上3個主要質量問題，結合現場實際情況，從人、機、料、法、環、測6個層面用“頭腦風暴法”進行因果分析，同時制定了質量問題因果魚骨圖，如圖2所示，確定了7條末端因素，分別為：①工人和管理人員缺少培訓；②龍骨、鋁板制作偏差；③龍骨安裝偏差；④運輸堆放板塊碰撞；⑤施工方案不夠細致；⑥測量誤差；⑦福建雨季、臺風較多，具體見圖2。

通過對“質量問題因果魚骨圖”得出的7條末端因素進行重要性分析，得出其中第1、3、5、6條為主要要因。

3 對策實施

3.1 組織技術培訓

1)聘請專家對工程技術管理人員進行專門的技術培訓，并對工人進行詳細的現場技術指導，尤其是龍骨、鋁板安裝工藝及密封膠使用等方面。

2)實施驗證。

(1)對參加培訓的11名技術管理人員從幕墻安裝、工序搭接、技術措施等方面進行了考核，11名技術管理人員一次性通過考核，合格率100%。

(2)對參加培訓的67名工人進行實操考核，66名一次性通過考核，1名不合格工人被清退出場。

3)后置埋件安裝要點。

(1)水平偏位的埋件采用等厚度等強度的鋼板與埋件一端連接。通過查閱相關規范及與設計方案得知，當埋件位置水平偏差在45 ～150 mm時，采用與埋件等厚度等強度的鋼板進行連接。

(2)在預埋過程中產生傾斜的埋件，采取楔形鐵片進行輔助調整，由工作人員統計現場埋件的傾角，將需要的楔形鐵片按照大小歸類并報至廠家，加強施工中的焊接管理，確保調整后的預埋件能達到主龍骨安裝的精度要求。

4)注膠要點。

(1)控制注膠時環境溫度。硅酮密封膠在沒有凝固之前，不可進行暴曬，否則會造成膠縫起鼓，導致膠縫不飽滿、氣泡等一系列質量問題。為了避免膠縫起鼓，上午安排西、北側打膠，下午安排東、南側打膠，保持注膠施工時幕墻底板的表面溫度不超過30℃。

(2)控制注膠速度。保持一定速度向密封槽進行硅酮密封膠注射，要保證密封槽中的空氣能被排出，并且不能有氣泡。在密封膠未完全干透之前，用空膠管的尾端對膠縫進行壓實和平整處理。

(3)膠縫交叉處注膠后使用抹布抹平[3]。膠縫交叉點的膠水不能一次成形和注膠的不連續，造成膠縫平整度較差，還會出現褶皺、脫層等通病，采用人工的方法在膠縫交叉點用特殊洗滌劑進行平整，然后用清潔抹布在膠縫的交叉處反復擦拭，確保膠縫表面平整、整體光滑、無褶皺，并保證在膠料干燥前完成。

3.2 龍骨安裝質量控制

1)基準龍骨安裝。

(1)以各幕墻的邊龍骨為基準，各層的基準龍骨數比例不低于5%，且不低于2個。

(2)立柱固定件的安裝，通常使用角碼。固定件和埋件的固定方式是通過焊接或螺栓固定，在安裝緊固件之前，必須進行臨時的固定，在確認合格后，才能進行正式的固定。

2)龍骨安裝校正。

(1)立柱安裝時，將立柱豎直，立柱下端套于下立柱突出的芯柱上，連接件與緊固件用不銹鋼螺栓臨時固定，并對立柱的平面位置、豎向標高以及垂直度等進行調整，達到規定后，緊固螺栓，用密封膠填補立柱間的空隙[4]。

(2)所有或部分立柱安裝完畢后，檢查柱子的整體垂直度(如圖3所示)、外立面水平度，如不滿足，應立即進行調整和處理(如圖4所示)。

圖3 龍骨垂直度復核

圖4 龍骨校正

(3)立柱的軸線偏差、相鄰立柱的標高偏差、同層立柱最大標高偏差、相鄰立柱固定點間距等偏差均應滿足規范規定[5-6]。橫梁的兩端或不同橫梁和同一樓層的橫梁的標高偏差必須滿足規范的規定。

3)大面龍骨安裝。

(1)在事先安裝的基準縱向龍骨間拉墨線，作為大型縱龍骨的位置控制參考線，但要考慮到風力和風向的影響[7]。

(2)在龍骨水平和垂直度調整完成后，進行點焊處理。

(3)檢查合格后，將連接件與連接件、連接件和埋件進行對稱滿焊。

(4)在進行焊接防腐處理之前，先對焊渣進行清理，防腐涂層的操作要嚴格按照產品說明書執行。

3.3 應用BIM技術

針對幕墻形式多變、體量大、系統設施復雜、各分包單位信息交流量大的特點，通過BIM(Building Information Modeling)技術，利用 Autodesk Revit 2016虛擬搭建幕墻模型，對場館進行前端建模、參數化分析、構件位置尺寸控制，并在三維環境下進行修改和深化，有效地控制工程信息的采集、加工和交流，減少信息傳輸的損耗，使該工程鋼結構、圍護系統、幕墻的工作面聯合一體化順利實施，實現對幕墻施工有效的可視化管理。

3.3.1 信息化模型搭建

1)建筑表皮建模，根據建筑的關鍵輪廓線、路徑等進行繪制、擬合，并與平面圖相結合，再加上其他細節部分的補充，最終形成建筑表皮模型。

2)根據建筑構造厚度、幕墻邊界的條件，建立鋼構幕墻的控制表皮，并將預設的計算模型、控制表面等數據輸入Navisworks進行碰撞檢測和分析。

3.3.2 施工應用

項目幕墻呈曲線異形，在與鋼構、圍護體系的連接方面，傳統的二維平面設計無法系統、精確地保證項目的實施，也就無法保證屋面、幕墻在結構可靠度以及安全、防水等功能方面不出現缺陷。

1)采用 BIM技術進行虛擬施工過程，首先確定建筑表皮的控制模型，并根據已有的資料，形成建筑幕墻的控制界面。利用控制界面進行構件的復核及優化，在交界面的節點設計考慮安裝誤差的可變性。

2)BIM模型建立后，各個構件的位置得到了較好的體現，并通過直觀的交流，有效地解決了不同專業之間的技術交流問題。BIM模型可以通過電腦進行建筑的虛擬建造，便于在任意時間內對物料進行統計，提升物料購買效率。該模型能迅速生成加工數據，有效地確?，F有零件的加工質量，并能將三維數據轉換為測量和安裝的坐標，確保工程的安裝與理論模型的一致性。玻璃和石材幕墻部位見圖5，主次龍滑連接處見圖6。

圖5 玻璃和石材幕墻部位

圖6 主次龍骨連接處

3)可進行專業內的碰撞測試，還可隨時組織與其他專業進行碰撞檢測。針對模型碰撞發現的問題，采用三維BIM模擬技術，在設計階段進行修改完善，以確保工程模型不會發生碰撞[8]。構件模擬拼裝見圖7。

圖7 構件模擬拼裝

4)鋁板和玻璃幕墻現場安裝完成后，進行再次測量，對施工過程中出現的超限偏差區域進行理論模型的平滑過渡，對幕墻系統的控制面進行再計算，對 BIM模型進行修正，并對安裝數據進行更新[9]。

5)以建筑表皮模型為基礎，對各專業桿件由外向內進行逐一控制，建立BIM模型，并利用信息化手段生成深化設計方案、備料單、加工圖及安裝數據。

3.4 成立二次復測小組

1)建立測量基準平面，責任落實到人。施工現場由專業人員根據深化設計圖紙對主龍骨進行二次檢查，采用Auto CAD軟件進行基礎平面建模，并采用全站儀對坐標進行準確的定位，確保主龍骨的中心線與基準垂直線平行，并統計和記錄各構件的軸線偏差。

2)實行三檢制度，確保復核質量。為了確保龍骨、鋁板和玻璃等的安裝精度，嚴格控制二次復測，在施工現場實施由測量人員自檢、施工員互檢、專業監理工程師專檢的三檢制度，將人為因素干擾帶來的誤差降到最低。

3)幕墻安裝注意事項。

(1)將平面控制點設在1樓，所有平面控制點都從1樓向上投射，并沿體育館周圍進行延伸線布置，通過平面尺寸來控制立面尺寸。

(2)因室外樓梯和主體的幕墻尺寸在二者連接處有較大的變化，因此在標高16.150 m位置設置第二個平面控制線；在主體頂部28.350 m位置設置第三個平面控制線進行安裝。

(3)依據每條控制線的位置，在兩個相鄰的立面交會處布置鋼絲線，并用該鋼絲線控制幕墻進出和左右位置。

(4)在整個幕墻工程中，鋼絲線的布設是至關重要的，為了保證連接精度，現場反復復核，最后將資料上報設計部，由設計部根據現場測量的資料，對各單元板進行局部調整，以保證各構件的加工精度。

(5)在幕墻安裝之前，對幕墻本體及相關部分進行全面復測并繪出測量結果圖，向設計部門提交施工圖調整，經各方洽商同意后，才可投入施工。

(6)在幕墻安裝期間，對安裝位置的基準進行定期檢查。

4 效果檢驗

項目完工后，對建筑幕墻的施工質量進行抽查，共選取了350處點位，對以上點位進行分析統計，合格點位數為336個，具體統計表如表2所示。通過與表1數據對比發現，原來幕墻的幾個主要質量問題所占幾率大幅下降，質量合格率為96.0%，比類似建筑質量合格率提高了15.4%。

表2 體育館幕墻質量問題統計表

5 結 語

不規則外立面幕墻施工是行業內的主要難題之一，其不僅對建筑結構的施工精度要求較高，同時對大型龍骨、異形鋁板、曲面玻璃等主要構件的加工、安裝提出了更高的要求。本文結合某大型體育館項目對不規則外立面幕墻在大型公共建筑上的施工應用進行了詳細的分析，對頭腦風暴法、要因分析法以及施工BIM技術的應用進行了詳細闡述。該工程外立面幕墻自完工后使用功能良好，可為國內同類幕墻施工提供一定的借鑒作用。

[ID:013959]