不规则外立面幕墙的施工技术研究

甄利民

(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海 200092)

0 前 言

近年来，随着我国城市化率的提高，越多越多的城市公共建筑开始涌现。传统的涂料、墙面砖、石材等外立面因其使用周期短、维修困难、安全隐患大，无法满足人们对城市公共建筑越来越高的使用和审美需求。而建筑幕墙具有质量轻、设计灵活、抗震能力强、系统化施工、更新维修方便等优点[1-2]，因此更加适用于公共建筑的外立面。现阶段建筑工程的规模及结构更加复杂，出现了许多不规则幕墙，运用传统的施工技术很难达到不规则外立面幕墙施工的质量要求，因此找到提升不规则外立面幕墙的施工技术，是保证公共建筑整体质量的一个关键点。

1 项目概况

福建某沿海城市体育馆作为省运会的主场馆，包含比赛馆、训练馆两部分，地上3层，占地21 660 m2，建筑总高度为28.8 m。体育馆效果图如图1所示。

图1 体育馆效果图

该体育馆外立面采用玻璃幕墙、双面烤瓷穿孔铝单板幕墙、烤瓷铝单板幕墙、石材幕墙等多种型式，幕墙体量大、不规则、施工作业高度大、交界面多、异形板块多，其中双面烤瓷穿孔铝板幕墙和烤瓷铝单板幕墙面积达18 371 m2，占幕墙总面积的44.57%，双面烤瓷铝板为锐角40°、边长3.5 m的菱形，烤瓷铝单板为锐角86°、边长1.3 m的菱形，东西面幕墙均有弯弧，这些不规则部位施工难度大，如果不提前采取有效措施，易导致出现质量问题。

2 不规则外立面幕墙施工要因

2.1 类似工程调查

为了取得不规则外立面幕墙质量情况的现状数据，先对近期刚完成的类似建筑进行调查，类似建筑和本项目在幕墙类型和幕墙部分曲面造型方面有较大的相似性。

对类似建筑幕墙共选取了350处点位进行质量检查，共有68处存在质量问题，质量合格率仅为80.6%，具体幕墙质量问题统计表如表1所示。由表1可知，对幕墙质量造成影响的主要原因是幕墙表面不平整、相邻玻璃或金属板块错位和密封胶缝不平整，累积频率达85.3%。

表1 幕墙质量问题统计

2.2 要因分析

围绕以上3个主要质量问题，结合现场实际情况，从人、机、料、法、环、测6个层面用“头脑风暴法”进行因果分析，同时制定了质量问题因果鱼骨图，如图2所示，确定了7条末端因素，分别为：①工人和管理人员缺少培训；②龙骨、铝板制作偏差；③龙骨安装偏差；④运输堆放板块碰撞；⑤施工方案不够细致；⑥测量误差；⑦福建雨季、台风较多，具体见图2。

通过对“质量问题因果鱼骨图”得出的7条末端因素进行重要性分析，得出其中第1、3、5、6条为主要要因。

3 对策实施

3.1 组织技术培训

1)聘请专家对工程技术管理人员进行专门的技术培训，并对工人进行详细的现场技术指导，尤其是龙骨、铝板安装工艺及密封胶使用等方面。

2)实施验证。

(1)对参加培训的11名技术管理人员从幕墙安装、工序搭接、技术措施等方面进行了考核，11名技术管理人员一次性通过考核，合格率100%。

(2)对参加培训的67名工人进行实操考核，66名一次性通过考核，1名不合格工人被清退出场。

3)后置埋件安装要点。

(1)水平偏位的埋件采用等厚度等强度的钢板与埋件一端连接。通过查阅相关规范及与设计方案得知，当埋件位置水平偏差在45 ～150 mm时，采用与埋件等厚度等强度的钢板进行连接。

(2)在预埋过程中产生倾斜的埋件，采取楔形铁片进行辅助调整，由工作人员统计现场埋件的倾角，将需要的楔形铁片按照大小归类并报至厂家，加强施工中的焊接管理，确保调整后的预埋件能达到主龙骨安装的精度要求。

4)注胶要点。

(1)控制注胶时环境温度。硅酮密封胶在没有凝固之前，不可进行暴晒，否则会造成胶缝起鼓，导致胶缝不饱满、气泡等一系列质量问题。为了避免胶缝起鼓，上午安排西、北侧打胶，下午安排东、南侧打胶，保持注胶施工时幕墙底板的表面温度不超过30℃。

(2)控制注胶速度。保持一定速度向密封槽进行硅酮密封胶注射，要保证密封槽中的空气能被排出，并且不能有气泡。在密封胶未完全干透之前，用空胶管的尾端对胶缝进行压实和平整处理。

(3)胶缝交叉处注胶后使用抹布抹平[3]。胶缝交叉点的胶水不能一次成形和注胶的不连续，造成胶缝平整度较差，还会出现褶皱、脱层等通病，采用人工的方法在胶缝交叉点用特殊洗涤剂进行平整，然后用清洁抹布在胶缝的交叉处反复擦拭，确保胶缝表面平整、整体光滑、无褶皱，并保证在胶料干燥前完成。

3.2 龙骨安装质量控制

1)基准龙骨安装。

(1)以各幕墙的边龙骨为基准，各层的基准龙骨数比例不低于5%，且不低于2个。

(2)立柱固定件的安装，通常使用角码。固定件和埋件的固定方式是通过焊接或螺栓固定，在安装紧固件之前，必须进行临时的固定，在确认合格后，才能进行正式的固定。

2)龙骨安装校正。

(1)立柱安装时，将立柱竖直，立柱下端套于下立柱突出的芯柱上，连接件与紧固件用不锈钢螺栓临时固定，并对立柱的平面位置、竖向标高以及垂直度等进行调整，达到规定后，紧固螺栓，用密封胶填补立柱间的空隙[4]。

(2)所有或部分立柱安装完毕后，检查柱子的整体垂直度(如图3所示)、外立面水平度，如不满足，应立即进行调整和处理(如图4所示)。

图3 龙骨垂直度复核

图4 龙骨校正

(3)立柱的轴线偏差、相邻立柱的标高偏差、同层立柱最大标高偏差、相邻立柱固定点间距等偏差均应满足规范规定[5-6]。横梁的两端或不同横梁和同一楼层的横梁的标高偏差必须满足规范的规定。

3)大面龙骨安装。

(1)在事先安装的基准纵向龙骨间拉墨线，作为大型纵龙骨的位置控制参考线，但要考虑到风力和风向的影响[7]。

(2)在龙骨水平和垂直度调整完成后，进行点焊处理。

(3)检查合格后，将连接件与连接件、连接件和埋件进行对称满焊。

(4)在进行焊接防腐处理之前，先对焊渣进行清理，防腐涂层的操作要严格按照产品说明书执行。

3.3 应用BIM技术

针对幕墙形式多变、体量大、系统设施复杂、各分包单位信息交流量大的特点，通过BIM(Building Information Modeling)技术，利用 Autodesk Revit 2016虚拟搭建幕墙模型，对场馆进行前端建模、参数化分析、构件位置尺寸控制，并在三维环境下进行修改和深化，有效地控制工程信息的采集、加工和交流，减少信息传输的损耗，使该工程钢结构、围护系统、幕墙的工作面联合一体化顺利实施，实现对幕墙施工有效的可视化管理。

3.3.1 信息化模型搭建

1)建筑表皮建模，根据建筑的关键轮廓线、路径等进行绘制、拟合，并与平面图相结合，再加上其他细节部分的补充，最终形成建筑表皮模型。

2)根据建筑构造厚度、幕墙边界的条件，建立钢构幕墙的控制表皮，并将预设的计算模型、控制表面等数据输入Navisworks进行碰撞检测和分析。

3.3.2 施工应用

项目幕墙呈曲线异形，在与钢构、围护体系的连接方面，传统的二维平面设计无法系统、精确地保证项目的实施，也就无法保证屋面、幕墙在结构可靠度以及安全、防水等功能方面不出现缺陷。

1)采用 BIM技术进行虚拟施工过程，首先确定建筑表皮的控制模型，并根据已有的资料，形成建筑幕墙的控制界面。利用控制界面进行构件的复核及优化，在交界面的节点设计考虑安装误差的可变性。

2)BIM模型建立后，各个构件的位置得到了较好的体现，并通过直观的交流，有效地解决了不同专业之间的技术交流问题。BIM模型可以通过电脑进行建筑的虚拟建造，便于在任意时间内对物料进行统计，提升物料购买效率。该模型能迅速生成加工数据，有效地确保现有零件的加工质量，并能将三维数据转换为测量和安装的坐标，确保工程的安装与理论模型的一致性。玻璃和石材幕墙部位见图5，主次龙滑连接处见图6。

图5 玻璃和石材幕墙部位

图6 主次龙骨连接处

3)可进行专业内的碰撞测试，还可随时组织与其他专业进行碰撞检测。针对模型碰撞发现的问题，采用三维BIM模拟技术，在设计阶段进行修改完善，以确保工程模型不会发生碰撞[8]。构件模拟拼装见图7。

图7 构件模拟拼装

4)铝板和玻璃幕墙现场安装完成后，进行再次测量，对施工过程中出现的超限偏差区域进行理论模型的平滑过渡，对幕墙系统的控制面进行再计算，对 BIM模型进行修正，并对安装数据进行更新[9]。

5)以建筑表皮模型为基础，对各专业杆件由外向内进行逐一控制，建立BIM模型，并利用信息化手段生成深化设计方案、备料单、加工图及安装数据。

3.4 成立二次复测小组

1)建立测量基准平面，责任落实到人。施工现场由专业人员根据深化设计图纸对主龙骨进行二次检查，采用Auto CAD软件进行基础平面建模，并采用全站仪对坐标进行准确的定位，确保主龙骨的中心线与基准垂直线平行，并统计和记录各构件的轴线偏差。

2)实行三检制度，确保复核质量。为了确保龙骨、铝板和玻璃等的安装精度，严格控制二次复测，在施工现场实施由测量人员自检、施工员互检、专业监理工程师专检的三检制度，将人为因素干扰带来的误差降到最低。

3)幕墙安装注意事项。

(1)将平面控制点设在1楼，所有平面控制点都从1楼向上投射，并沿体育馆周围进行延伸线布置，通过平面尺寸来控制立面尺寸。

(2)因室外楼梯和主体的幕墙尺寸在二者连接处有较大的变化，因此在标高16.150 m位置设置第二个平面控制线；在主体顶部28.350 m位置设置第三个平面控制线进行安装。

(3)依据每条控制线的位置，在两个相邻的立面交会处布置钢丝线，并用该钢丝线控制幕墙进出和左右位置。

(4)在整个幕墙工程中，钢丝线的布设是至关重要的，为了保证连接精度，现场反复复核，最后将资料上报设计部，由设计部根据现场测量的资料，对各单元板进行局部调整，以保证各构件的加工精度。

(5)在幕墙安装之前，对幕墙本体及相关部分进行全面复测并绘出测量结果图，向设计部门提交施工图调整，经各方洽商同意后，才可投入施工。

(6)在幕墙安装期间，对安装位置的基准进行定期检查。

4 效果检验

项目完工后，对建筑幕墙的施工质量进行抽查，共选取了350处点位，对以上点位进行分析统计，合格点位数为336个，具体统计表如表2所示。通过与表1数据对比发现，原来幕墙的几个主要质量问题所占几率大幅下降，质量合格率为96.0%，比类似建筑质量合格率提高了15.4%。

表2 体育馆幕墙质量问题统计表

5 结 语

不规则外立面幕墙施工是行业内的主要难题之一，其不仅对建筑结构的施工精度要求较高，同时对大型龙骨、异形铝板、曲面玻璃等主要构件的加工、安装提出了更高的要求。本文结合某大型体育馆项目对不规则外立面幕墙在大型公共建筑上的施工应用进行了详细的分析，对头脑风暴法、要因分析法以及施工BIM技术的应用进行了详细阐述。该工程外立面幕墙自完工后使用功能良好，可为国内同类幕墙施工提供一定的借鉴作用。

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