传统木构件智能化加工施工技术

贾李林 山西一建集团有限公司

1 前言

凤阳明中都文化旅游中心总建筑面积14808.5m2，由庑殿重檐式建筑、庑殿式建筑、歇山式建筑、悬山式建筑、硬山式建筑等组成。单体建筑最高建筑高度19.1m，其中木结构中承重结构用木材为菠萝格，次要构件采用杉木。菠萝格是一种高档的防腐木，木材密度大，气干密度0.80kg/m³～9.4kg/m³，未烘干密度达到1.3kg/m³，质地坚硬，扔进水里即下沉；加工难度大，纹理交错；结构粗、质量硬、强度高；干缩甚小。锯、刨加工困难。

本工程主要以木结构为主，结构复杂，结构形式众多，构件数量繁多，共计使用27个单体建筑，45959个构件。工期紧、结构复杂、木构件规格数量多，加工难度大，施工周期长。既要按照图纸及营造要求，同时又要减少损耗，降低成本，满足仿古建筑外观风格艺术性。传统建筑木构件智能化加工技术的研究，主要是采用智能化加工技术在凤阳县明中都文化旅游中心工程施工中的木构件加工技术的研究与应用，本工程为群体性仿古建筑群，各单体建筑风格不一，却又相互映衬，形成整体明代官式古建风格建筑群。

现阶段的传统古建筑操作工呈现超龄化，且人数逐年下降，倒逼行业机械化、智能化水平的提升，智能化加工代替人工成为引领木构件加工行业未来的发展方向，传统施工技术和工艺一直延续至今，是中华传统文化的瑰宝。但面对现代仿古建筑体量规模的加大，现在智能科技的日新月异，如何更好地将现代智能化技术运用于传统建筑施工中，更好、更快地完成施工建设，满足结构功能要求，达到一次成型，成为创新和发展大木构件智能化加工的重要方向。

本工程中大木构件施工的工艺特点是木制构件专用数控机床，在加工铁件机床的基础上进行优化重组，不断优化改进，对于电机、刀头、旋转速度等技术参数与木构件加工进行匹配，不断优化调整，将数控机床修改为只对古建筑木构件加工服务的数控机床。

根据构件的特点，选择相应的机器和刀具，将BIM古建模型转换到数控设备编程软件中，设置对应刀具并对刀路路径进行编程。达到BIM模型、数控机床编程、木构件三者的融合统一。此加工技术秉承了传统建筑的特色，又节约了人工，提高精度、缩短工期形成了现代独特的加工工艺。

2 整体流程

熟悉图纸→分析构件→仿古构件深化设计、选材→BIM模型转换为数控机床程序语言→调试、制作样板→加工规格料→分件制作→试装摆验→成批量加工、捆绑存放。

2.1 熟悉图纸

通过熟悉图纸及技术交底，详细了解建筑物的功能做法、构造特点、设计意图及有无特殊的使用要求。熟悉各构件的扣搭、安装顺序，熟悉各组构件组成。熟悉图纸上构件长、宽、厚是否与传统权衡尺寸一致，避免误操作。核实个别部位的特殊做法，核实做法的年代要求，熟悉不同年代的不同做法。

2.2 分析构件

精细化建模能够在建模的过程当中探讨大木结构一些复杂部位，提前研究采用何种卯榫以及构件的叠放次序，相当于预先在计算机中进行了结构模拟，这样就排除了实际当中等构件加工结束才发现矛盾事项的遗憾。

有了精确化的模型，就免去了从二维图纸转化到三维现实的思维过程，这样每一个BIM模型中所对应的位置都一目了然。并且利用BIM技术还可以提前探讨木结构的安装方案。确定先装哪个构件，后装哪个构件。利用BIM自身的模型体积计算功能，配合材料密度，可以精确求出构件的重量，从而为后续安装设计合适的起重工具。

在REVIT软件中，只需要将明细表中加上“体积”参数，构件的体积就可以在明细表当中显示出来。

2.3 仿古构件深化设计、选材

仿古构件深化设计：图纸上并没有标明榫卯连接的细部做法，按照大木匠的口传身教对各部位的木构件榫卯部分进行深化设计，按照传统做法确定木构件的组合连接方式，既要保证结构整体的安全性，又要符合图纸设计要求，所以应在构件加工制作前进行构件的二次深化设计，确保构件质量要求的同时满足构件对整体工程建筑艺术的效果的要求。

构件选材：所有的仿古木构件均应先进行加工原材的选择，所选原材既要符合构件尺寸的出材，也要保证构件满足规范要求。不允许有虫蛀、裂缝、髓心等缺陷，木构件用材一般采用天然生长的菠萝格、杉木风干材为制作原料，根据各分件对材质的不同要求，其用材的标准应符合各构件用材标准表的要求。

2.4 BIM模型转换为数控机床程序语言

Revite模型软件直接通过Outdesk inventor软件格式转换成程序语言，再配以专业编程且兼具数控机床知识的人员，对程序语言进行调整修改，并将程序输入数控机床实际模拟操作刀头路径。

2.5 调试、制作样板

用数控机床在三合板、五合板上进行试加工，不断调整刀头的路径，再在木头上试雕，每次雕出来，同图纸上BIM模型进行尺寸对比，通过程序微调使机械加工的构件尺寸、位置、角度与BIM模型完全吻合。

2.6 加工规格料

根据构件的尺寸、数量加工规格木料。配料要求平直方正、尺寸准确，各种指标符合国家标准规定。各类规格料的加工其数量及长短应留出适当余量。加工好的规格料要求分类码放待用。

2.7 分件制作

构件中的斗拱构件，平凿依线剔凿销子卯眼，卯眼垂直方正，深浅一致。曲折面锯解加工后必须用净刨净光，加工面直顺方正，平滑光滑。异形曲线部分的加工必须保证松紧适宜，略虚不涨。制作成型后的半成品除安装时必须留用的墨线外一律用净刨刨光，不得留有墨迹污渍、斧印、刨痕。

2.8 试装摆验

各部分构件按图纸进行试拼，尤其是斗拱，将斗栱放于平稳处，检查刻口、“鼻子”及垫栱板槽卯的留置是否正确。安装横向栱子，注意松紧适宜，水平高低位置准确，与座斗“割方”。在横向栱子的升、斗台位置栽槽升子木销；在栱身位置栽固定销子，木销尺寸略涨于卯眼尺寸，抹适量乳胶楔入固定，销子出头长度适宜，并于端头做四面“压棱”。安装各层纵向构件，注意松紧适宜，水平高低位置准确。成攒斗拱每层构件安装后，依大样核对尺寸，各构件找方，确认无误后在每层构件的背（上）部标写斗拱编号。编号内容包括位置、层数、名称、序号等。

各类仿古木构件均应采用1∶1BIM模型加工，以确保构件的外观尺寸的精度，从而减少构件间的累计误差。对已加工完成的构件应进行预拼装，并对预拼装构件进行拼装后的整体质量检查，分别对拼装构件进行拼装累计误差检查，对检查合格后的构件进行编号、记录位置。特别是斗拱类组合构件，检查完毕后以“攒”为单位进行编号。所有仿古构件在吊装及安装过程中应按编号位置进行，不得随意进行调整、更换。

2.9 成批量加工、捆绑存放

按照预定程序进行批量加工，加工好的半成品构件用专用打包绳将摆验后的斗拱上下捆绑牢固，分类码放在指定的存放地点。存放地点要求具备通风、防雨、防火和安全的功能。

3 安全文明措施

3.1 防止对大气污染的措施

（1）施工阶段，定时对道路进行洒水降尘，控制粉尘污染。

（2）建筑结构内的施工废砖，采用搭设封闭式临时专用垃圾道运输或采用容器吊运或袋装，严禁随意凌空抛散，施工垃圾应及时清运，并适量洒水，减少粉尘对空气的污染。

3.2 防止施工噪声污染措施

（1）尽量选择噪声小的施工设备，加工车间（工作棚）应对机械噪声采取封堵、限时使用等措施，使其达到相应的环境噪声标准要求。

（2）施工过程中及时回收现场所剩的短料、散料，并归类堆放以便再用。

（3）施工中产生的各种固体废弃物集中处理。

（4）经常保持场容达标，现场有节水、节电措施。

（5）加工车间（工作棚）要求通风并有有效的排尘装置，避免加工中产生的粉尘对加工人员造成伤害。

（6）加工车间和施工现场应设专人每日清扫木屑、刨花，倒入指定地点，并用苫布苫盖。避免环境污染，减少火灾隐患。

3.3 废弃物管理措施

（1）施工现场设立专门的废弃物临时贮存堆放场地，堆放场设置要防护严密，不得乱堆乱放，每天定期清运。

（2）废弃物的运输保证不散撒、不混放，现场废砖送到指定的垃圾中转场所进行处理。对可回收边角料做到再回收利用。

3.4 安全保证措施

（1）施工前依据现场实际情况，编制有针对性的专项安全方案，经审批后以书面形式向操作班组进行安全技术交底。

（2）在建筑物周围搭设牢固可靠的上人跑道，便于操作人员上下班行走。

（3）所有电动工具的安全防护装置必须齐全有效。

（4）随时检查所用设备运转情况，使其漏电保护装置处于良好状态。

（5）圆盘锯、带锯、曲线锯、平刨等较大型电动工具必须安装在具备防砸、防雨功能的加工车间（工作棚）内。

（6）现场准备足够的灭火器等消防器材，架体上作业空间要足够大，且用50mm厚架板绕铺一周，架板铺设紧密，无探头板。

（7）因为医院每天就诊患者都要来回经过大门附近，支搭脚手架时，应在支搭区域有可能坠物周边用警戒线围起来，并悬挂警示标牌。

（8）从事高空作业人员要有定期体检，凡患高血压、心脏病以及其他不适于高空作业疾病的人员，不得从事高空作业。