双曲面双层镂空烤瓷铝板异型幕墙精细化施工

吴小平，曹继柏

（浙江省建筑设计研究院，浙江 杭州 310006）

随着我国城市化发展进程的加快，为提高城市建筑的观赏性和地标性，力争成为城市的新亮点、新形象、新名片，因而对城市建筑的外在形态越来越重视。建筑幕墙外观艺术表现形式越来越多样化，不规则异型幕墙的应用越来越广泛，从而对幕墙的设计制作、施工技术要求也越来越高。本文依据具体的实例，从施工技术的角度对双曲面双层镂空烤瓷铝板异型幕墙的施工工艺、施工的重点和难点进行分析探讨。

1 工程概况与特点

杭州运河大剧院位于杭州市拱墅区杭州运河中央公园内，公园总用地94324 m2，总建筑面积约69871 m2，地下2层局部3层，地上4层，其中北侧地下公共停车库22106 m2，剧院地下设备用房及配套服务设施用房28416 m2，剧院地上面积19000 m2。剧院主要包括一个1200座通用剧院和一个400座多功能小剧院。

本项目幕墙工程主要由双层镂空烤瓷铝板幕墙、竖明横隐玻璃幕墙、超高性能混凝土（UHPC）浮雕板幕墙、天然石材及氟碳铝单板幕墙等多种形式组合，整个幕墙系统面积约为32000 m2。其中双层镂空烤瓷铝板幕墙部分占比最大，面积约为7200 m2，造型最具特色，整体平面和立面呈多层弧形，提取了“运河水文化”的理念，流水线条蜿蜒而上，追求丰富的造型层次感，体现出运河文化的底蕴，打造成别具风格的剧院（图1）。

图1 杭州运河大剧院项目效果

2 施工工艺

2.1 材料性能

双层镂空烤瓷铝板幕墙采用4 mm厚烤瓷铝板，烤瓷铝板是一种高科技绿色环保型建筑装饰材料，铝板表面采用二氧化硅（SiO2）无机硬质涂层处理，通过高温烘烤固化后，形成类似于陶瓷的涂层，颜色为白色，平均膜厚度大于40μm，表面硬度达到5H以上，光泽度需达到40以上，在50 kg／cm2冲击下无裂痕，油漆无脱落，产品颜色连续一致［1］。

在烤瓷铝板材料定样时，对颜色、光泽度、表面硬度及自洁性等方面要求厂家生产加工、小样确定、大样安装等流程设计多次反复试验和比选，最终确定烤瓷铝板颜色色号RAL9016K，光泽度达到70，表面硬度达到9H，自洁性较好。

2.2 幕墙构造

双层镂空烤瓷铝板金属网幕墙主要由幕墙支撑钢桁架、连接钢方管和钢板、横向钢梁、水平圆管撑、单元式方钢管网架、双层镂空式烤瓷铝板金属网、金属网周边纵横向烤瓷铝板、背面氟碳漆铝单板、泛光照明洗墙灯外侧不锈钢板及烤瓷铝板等构成。

金属网幕墙与主体连接方式分为三类：1）与主体混凝土结构预埋件采用钢方管连接；2）与幕墙支撑钢桁架采用钢方管连接；3）与玻璃幕墙直角钢管（精制钢）框架采用钢板连接。

2.3 施工工艺流程

双层镂空烤瓷铝板金属网幕墙施工工艺流程［2］见图2。

图2 施工工艺流程

3 施工技术措施

3.1 工程重难点

大剧院烤瓷铝板幕墙含孔正面投影面积7200 m2，烤瓷铝板展开面积13800 m2，共分成216个单元金属网，含3390个金属网孔。各组镂空烤瓷铝板及各片烤瓷铝板弧度、尺寸大小均不一样，稍有偏差就会影响整个幕墙双曲面造型。

本工程幕墙为双曲面异型幕墙，对安装定位精度要求高，测量放线施工定位难度大，测量控制点位多，适应幕墙面板的曲率变化，确保曲面模型曲率及光滑度满足设计及视觉效果要求是非常重要的，见图3。

图3 幕墙三维BIM模型

3.2 建模与单元板块划分

运用Rhino、AutoCAD软件三维BIM建模，根据金属网分片分成A、B、C、D、E共5大片，每片按照腰线上下分成2块，现场根据造型特点，按照由上至下、由内到外（E→D→B→C→A）的施工顺序进行。

如果采用传统的脚手架和吊篮施工方式，建筑呈不规则多层次弧形变化，无法采用施工吊篮安装作业，大部分区域采用外脚手架操作难度大，脚手架搭设量大、难度大、工期长、措施费用高。需要将每根钢结构主龙骨、次龙骨依次安装到外墙面，然后再将每块不同尺寸烤瓷铝板、铝单板安装到龙骨上，外弧面离墙的最远距离为1500 mm，最近距离只有300 mm，安装异常困难。

鉴于以上原因，采用单元式钢网架装配施工，主要采用汽车吊、塔吊、曲臂式升降车、剪叉式登高升降车吊装及安装作业，少数部位搭设脚手架安装操作，有以下优点：

1）效率高。单元式钢网架与钢结构主龙骨（含连接钢板钢方管、横向钢梁）加工、安装能够同时进行，单元式钢网架地面加工制作难度小，可以大大提高制作安装效率。

2）精度高。大剧院为双曲面双层镂空烤瓷铝板异型幕墙，总共216块大小不一的弧形单元烤瓷铝板金属网，对精度要求高，对应的单元式钢网架（次龙骨）在现场能够严格把控制作精度，组合后的单元式钢网架，最大网片达到8.9 m×8.9 m（含46个网孔），避免工厂制作后的运输难和网架变形问题，可以确保安装精度。

3）安全性高。单元式钢网架吊装，能够大大降低工人高空散装操作的安全危险性，传统方式在脚手架上操作，龙骨种类数量多质量大，安装难度大，安装操作繁琐（图4）。

图4 单元式钢网架吊装

3.3 金属网架三维扫描及材料下单生产

幕墙钢网架安装分段分片完成后，按照金属网5大片区（A、B、C、D、E）分成5个施工段，为了避免钢网架施工误差对烤瓷铝板安装的影响，完成一个施工段进行一次专业三维立体扫描。将现场钢网架扫描成点云，通过点云建模得到现场钢网架施工实体模型，然后将施工实体模型与理论模型叠加，找出碰撞区域的施工误差，误差大的现场钢网架进行施工调整，误差小的可以通过调整烤瓷铝板形态消除影响。

每一个施工段钢网架调整完成后得到的最终实际施工三维模型，根据最终模型进行烤瓷铝板、氟碳漆铝单板下单生产及双层镂空烤瓷铝板焊接拼装组合制作加工，加工成型的单块双层镂空烤瓷铝板，最大孔的面积达到3.8 m2。双层镂空烤瓷铝板按照施工段分批加工分批进场安装。

3.4 铝板安装

首先，分单元完成各单块双层镂空烤瓷铝板安装，各单元内板块之间的拼缝误差必须要提前完成，拼接缝如果处理不好，就不能达到预期效果。每个单元板块烤瓷铝板金属网往四周非镂空烤瓷铝板位置统一调整，可以消除钢网架结构存在的较小误差。然后在相邻两个单元烤瓷铝板金属网安装完成后，现场紧跟进行周边纵横向非镂空烤瓷铝板测量放样及下单生产，确保安装误差在允许范围内缝宽均匀，平整度、双曲面弧度曲率及光滑度满足设计要求。最后背面氟碳漆铝单板与泛光洗墙灯外侧烤瓷铝板腰线可同时安装。铝板接缝的打胶可在每个施工段有序穿插进行，保质保量按期完成幕墙工程。

4 结语

双曲面双层镂空烤瓷铝板异型幕墙应从施工深化设计、BIM建模、材料加工与制作以及现场安装进行精细化控制，以确保施工质量满足设计及视觉效果要求。

1）采用三维BIM建模得到施工理论模型，以保证整体设计的设计精度。动画模拟比选确定具体拼装最优施工方案，划分流水施工段，快速提取各分项工程量。

2）采用单元式钢网架装配施工，现场严格控制各单元式弯弧钢网架制作精度及吊装精度，通过三维立体扫描得到施工实体模型与理论模型叠加，调整钢网架较大的施工误差，得到最终实际施工三维模型。根据最终模型工厂进行双层镂空烤瓷铝板焊接拼装组合及其他烤瓷铝板、氟碳漆铝单板下单生产。

3）采用多次复核的方法进行安装，处理好各单元内板块之间的拼缝误差，烤瓷板安装形态消除钢网架结构存在的较小误差，从而保障建筑幕墙的美观，提高建筑在城市中的观赏性和地标性。