异形建筑幕墙设计及施工技术探讨

曹佃祥

摘 要：随着建筑行业的发展及社会审美观念的转变，越来越多的标志性异形建筑走进人们的视线。异形建筑幕墙的概念是相对于普通的平面建筑幕墙而言的。异形建筑幕墙在设计与施工中的难度自然比平面幕墙要大很多，因此，针对异形建筑幕墙需要展开更深入的探讨。本文将主要围绕异形建筑幕墙，从设计阶段的BIM应用到安装施工的要点，着重探讨技术的应用和质量控制，以期能够对建筑幕墙异形施工有所帮助。

关键词：异形建筑幕墙；设计；施工

1 异形建筑幕墙工程概述

随着我国大型公共建筑规模的不断扩大以及建筑外形的逐渐复杂，异型幕墙被广泛的应用在大型公共建筑施工中，给施工带来了较大的难度。异形建筑幕墙有着幕墙的全部功能，是面板与结构根据建筑造型的要求产生了各种异形的变化，达到某种建筑艺术效果的幕墙。异形幕墙与普通幕墙对比，主要是对设计、施工的安全可靠性提出更高的要求外。本文将以某国际文化艺术中心工程项目为例进行探讨，本工程总建筑面积13.5×108m2，地下1层（局部3层），地上3～8层，结构为框剪混凝土及外围弯扭钢结构，屋面和外立面主要为GRC幕墙，由1万余块无一相同的双曲面GRC板块组成。

2 基于BIM建模的异形建筑幕墙施工设计

由于幕墙造型极其复杂，针对自由曲线的建模特点，本工程使用DigitalProject软件和Rhino软件进行幕墙全系统参数化建模，模型精度可达到0.0001mm。在DigitalProject软件建立的设计模型下进行深化设计，经碰撞检测无误后，从施工模型中直接导出CAD文件，完成出施工图。

2.1 深化设计阶段

设计阶段幕墙BIM应用主要为深化设计阶段的全系统建模、碰撞检测、云平台协同、MR辅助深化、结构计算、节点模拟、出施工图。基于云平台协同的BIM应用，将分散的设计人员以及业主、总包、分包集成在高效的网络平台中，保证沟通顺畅，节约项目时间成本。通过远程协同办公，将设计和深化问题提前暴露并解决，减少现场返工，推动进度目标实现。利用TrimbleConnect平台可以分权限共享BIM文件、图纸、会议纪要等；利用Trello平台可以有效及时地跨地域沟通。将BIM模型通过Navisworks整合，完成碰撞检测，生成碰撞报告；检测出的碰撞问题，发布至Trello平台，并邀请碰撞问题对应方加入讨论，问题方修改碰撞后，在Trello平台中上传修改后图片并回复，各方确认没有问题后再将第二版模型上传至TrimbleConnect平台，再从实际施工模型中导出施工图。

2.2 加工阶段

加工阶段幕墙BIM应用主要为模具参数化设计、模具加工图制作、模型数据转化、模具数字化加工、GRC幕墙预制加工。GRC加工的传统模架是在木板上覆盖白纸，沿白纸所绘曲线切割而成，精度难以保障。本工程GRC的数字化加工主要体现在模架的加工。将DigitalProject中设计模型通过插件导出CNC可用文件，然后导入CNC专用数控系统。数控系统代码逐行运行，驱动CNC三轴雕刻机铣刀上下、左右、前后高速转动，实现模架板毫米级加工精度。CNC加工后的模架经线方向间隔500mm、纬线方向间隔1000mm排布，蒙皮过程随形贴三层5mm厚板，刮三层腻子，刷一道漆，浇灌GRC砂浆，注浆有一定强度后与背负钢架连接，再经养护、脱模、表面修整后包装。

3 异性幕墙的施工与控制

3.1 详细组织施工方案

异形幕墙施工的最大缺点是车间化低，对现场安装工人要求高，质量不容易保证。特别是在置于特殊的地理位置，更要重点考虑其建筑外形及尺寸，同时还要考虑施工地处的环境、湿度等自然环境因素的影响。为确保项目安全施工、保质量、保工期的情况下，需要组织一批幕墙专家，对项目的相关要求及特点编制周密详细的施工进度计划，确保严格控制各阶段顺利进行。

3.2 搭设脚手架

整个构筑物的形体为双曲壳体，工程施工最大难点就在脚手架的搭设，并且外脚手架必须采用特殊工艺，才能满足正常的施工需要。根据工程的实际状况，反复测算、研究，并经多次专家论证及审核，同意立面采用外挑多排脚手架，采光顶采用满堂脚手架塔设，脚手架管共租用约2600t。各个系统之间脚手架错综复杂，为确保搭设顺序需合理，本项目采用全站仪对脚手架的变形进行检测，实践证明这项技术的应用既方便施工又保证质量。

3.3 测量放线

首先，需要制定出降低主体结构沉降及变形对幕墙安装影响的措施；对于主体结构的复核，需要制定出测量放线的专项方案复核主体结构；提前对幕墙进行“分区域、分面、分段”的控制方法，对幕墙骨架、制作面板等进行划分；测量放线之前，首先必须要熟悉图纸，了解施工顺序，施工进度计划等，同时要根据施工总平面的布置对划分好的每个单位的幕墙分别进行合适的控制；）对安装成形后的效果要有提前的预计，以确定关键的节点的设计、采购、加工、安装和检测的方案，对可能在过程中出现的问题，要提前制定相应的办法，才能顺利的进行放样施工。

3.4 幕墙材料吊运

轨道式吊装运输方案主要采用工字钢，通过现场拉弯机拉弯使之工字钢与采光顶形成一个弧面，并在轨道上架好4个预先加工好的滑轮嵌入轨道内，这样有效的预防整体往外倾斜。运输动力主要采用60kw电动卷扬机，固定于轨道下方，并有效降低卷扬机的转速和荷载。

索道固定式吊装施工方案用钢丝绳用卡扣固定在主钢结构上，索道钢丝绳在60kw电动卷扬机受力拉紧后用卡扣扣紧，一条索道设置两道钢丝绳，钢丝绳的间距为4.5～5m，货架与索道用滑轮连接，保证货架在上升下降的过程中通过滑轮与钢丝绳的固定来有序升降，有效的预防吊装物的无定向摆动。

4 异形建筑幕墙设计施工质量的提升措施

4.1 严格遵循设计原则

①异形幕墙的大部分构件都是悬挂在建筑物的主体结构之上，不承受主体结构所承受的作用力，并且需要按照保护结构标准设计；②在幕墙构件设计时需要考虑的因素很多，例如，重力作用、环境影响、地震作用、位移等诸多因素；③在对抗震幕墙设计时，需要考虑设计部件的抗震能力，保证各连接部件的连接紧密，避免因为外力作用而损坏。

4.2 严把材料、半成品质量关

幕墙材料是保证其施工质量的基础，更是保证其成品质量的关键因素。例如幕墙施工中使用的龙骨、密封材料、粘结材料等对幕墙质量的影响都很大，所以对这些材料在招标阶段就要严格控制，材料进场时要严格的检测，测定其力学性能和相容性，对于不合格的材料坚决不能在工程上使用。

4.3 要严格进行图纸会审

现场的技术人员要严格按照图纸施工，所以设计人员在出图时要仔细进行审核，组织相关单位进行图纸审核，在会上对施工人员提出的问题要给于合理的解释，并做好技术质量的交底工作，尽可能在施工前就把有可能对幕墙质量产生影响的因素消除。

5 结语

综上所述，异形幕墙主要应用于大型的公共建筑中，使城市环境美化的因素之一。因此，在城市的建筑物外墙装饰中得到了广泛应用。在实际工程建设中，管理人员与施工人员需要从多方面多角度出发，运用先进的技术以及完善的措施确保工程质量，为提升整体建筑的稳定性提供保障。

参考文献：

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