论异形超重板块的GRC 幕墙施工技术

邢冬冬

1 项目概况

沂蒙文化艺术中心项目位于山东省临沂市城市中心区南侧，临沂经济技术开发区，是临沂经开区重点民生项目之一，也是省优选项目。项目总投资10.6 亿元，规划总用地13 hm2，总建筑面积71227 m2，建筑呈不规则形。项目效果图如图1 所示，包含共分7 个区，分别为：A 区水展览馆、科技展览馆；B 区非遗、美术展览馆、文化馆；B'区民俗演艺大厅；C 区青少年和妇女儿童活动中心；D 区图书馆；E 区大平台配套附属用房；F 区地下室配套附属用房。

图1 沂蒙文化艺术中心效果图（来源：作者自绘）

该项目由中国工程院崔愷院士领衔设计，突出了2 个特点：第1，突出历史文化。临沂是东夷文化的发祥地，沂河新区是东夷文化的核心区域，古临沂被称为“龟驼凤凰城”。将建筑整体外形设计成一只展翅腾飞的凤凰，既保留了古临沂的历史记忆，又寓意了东夷文化图腾。第2，巧妙融入自然。建筑采用陶土色外墙，与大地颜色相一致，整个建筑与周边自然环境融为一体。

2 工程重难点

沂蒙文化艺术中心项目采用3 种齿纹样式GRC 板块，每块板块采用人工开凿剁斧样式，其中A、B、B′、C、D、E 等6 个区域采用不同的样式拼接，每个区域齿纹样式各不相同、板块厚度各不相同、齿纹方向各不相同既要做到自然，又要符合美观需求。该项目由玻璃幕墙、GRC 幕墙、金属幕墙、铝合金格栅等多种幕墙系统组成。不同材料相互交接，单双曲混合交接，施工较为复杂。各项工艺互相穿插、高空作业，提料难度大，作业环境复杂。

建筑立面大面积采用GRC 幕墙，最大板块质量达到1000 kg。按《玻璃纤维增强水泥（GRC）建筑应用技术标准》（JGJT423―2018）[1]，在4.4.1节中指出采用四点支承的单块GRC 平板的面积不宜大于1.0 m2，然而本项目最大板块1.8 m×4 m，远超出了规范1 m2的要求。原节点做法板块安装采用钢管固定在U 型钢件[2]，形式比较单一，安装过程不可三维调节，实际安装效率低。

3 项目的研究与应用

3.1 项目实施方案

为了解决异形复杂GRC 幕墙施工的各种问题，本项目以“异形复杂GRC 幕墙施工技术的研究与应用”为题，主要研究内容有超大板块安全挂装、三维空间可调、BIM 应用优化等：第1，成立项目攻关组，建立项目研发体系，通过对安装系统的研发与试制，细化研发目标。第2，为确保安装系统的各项性能，以及外观效果和组装安全性的需要，建立产品的性能测试系统，依靠合作单位实验室先进的精确检测设备，针对不同的安装系统，进行各项性能测试，保证项目研发的需要。第3，采用以实际工程情况具体协调的模式，在工程设计、部件加工、现场施工等方面，由技术中心对加工工艺及组装质量全程指导、监督，确保异形复杂GRC 幕墙的外观效果、节能安全，符合建设单位要求。

该项目计划的周期为2021 年8月―2022 年2 月，各施工阶段的具体技术方案如下：第1，2021 年8 月―2021 年9 月，成立研发小组，对现有异形复杂GRC 幕墙系统的设计及应用技术进行调查分析，从而掌握我国现有的异形复杂GRC 幕墙以及施工技术的发展状况，提出本项目的技术研究方案。第2，2021 年10 月―2021 年11 月，分析现有异形复杂GRC 幕墙系统的应用缺陷，并有针对性的采取优化措施，从而研发异形复杂GRC 幕墙安全挂接、三维调节的节点，并优化GRC 幕墙板块分格。第3，2021 年12 月―2022 年1 月，针对目前异形复杂GRC 幕墙的性能要求，选材、设计及施工方面进一步深入研究，已达到美观、节能，并符合消防要求和热工性能要求。第4，2022 年1 月―2022年2 月，针对不同建筑造型及要求，总结其生产与施工技术，形成整套的异形复杂GRC 幕墙系统。第5，2022年2 月，完成项目设定目标，总结异形复杂GRC 幕墙系统技术资料，组织项目的鉴定验收。

3.2 项目研发成果

根据本项目具体实际需要，通过创新设计研究，获得国家实用新型专利2 项。《一种超大板块GRC 幕墙安全挂装系统》（专利号ZL202123353597.2）中，结构形式上采用上挂下托形式，上方采用加工L 型钢加工件固定，下方采用U 型托件，更加安全稳定，节点如图2 所示。解决了传统超大板块GRC 幕墙施工难度大、安装固定困难、安装方式安全系数低，为确保安全施工效率较低的难题，从幕墙与主体的连接源头进行加固处理，整个龙骨体系更加安全可靠。

图2 安全挂装节点图 （来源：作者自绘）

《 一种三维空间可调的GRC 幕 墙 挂 接 系 统》（ 专 利 号ZL202123420312.2）中，解决了传统较大板块GRC、安装方式单一、安装调节难度大的问题。挂接系统中，通过镀锌方管转接件、U 型转接件以及垫片实现GRC 幕墙安装过程三维可调，节点如图3 所示，极大的提高了一次成品率，更加高效实用。

图3 三维可调节点图（来源：作者自绘）

4 施工技术及操作要点

4.1 工艺流程

按照建筑装饰的设计图纸，对原有建筑物进行测量，结合图纸布置的角钢网的位置及对GRC 构件形状的要求，进行GRC 构件的设计，使GRC 构件与网片尺寸，位置相符合，并满足装饰设计中的外观要求，进行GRC 构件的加工。加工完成后，即可进入工地现场的施工流程：测量放线―钢骨架制作安装―GRC 面板安装―缝隙处理―清理。

4.2 施工控制要点

4.2.1 测量放线

测量放线是指在工程建设中对地理位置、形状、结构和质量等进行测量和分析的过程。准确的测量是幕墙工程施工的前提和基础，关系到后续材料的提取及板块的安装。首先，确立本工程的基准，多轴线为基准势必存在一些偏差，而幕墙各项偏差均在±1 mm 之间。为克服这一难点，在本工程的轴线确认无误的前提下，利用幕墙公差，在合适的位置设立参照基准轴线，反复核对无误后，确立为辅助基准轴线，达到施工的高质量。其次依据总承包单位的基准点、线，考虑到温差对计量的误差，以及地面不平造成的误差，采用全站仪通过棱镜复核相互之间的几何关系核准点线之间的关系，以及相互间的几何尺寸，通过点线的精度来提高幕墙施工精度;在确保门洞口以及沉降缝的宽度的前提下，使各种累积误差在大面幕墙内消化（图4）。充分利用BIM 技术放线，严格按照专项施工方案及现场点位施工，定位、复合、验收合格后方可进行下一步工序，保证施工进度及质量。

图4 现场放线图（来源：作者自摄）

4.2.2 钢骨架制作安装

龙骨加工采用集中加工的形式，根据BIM 技术模型测量出的构件尺寸可直观表现出，按图5 所示龙骨和位置编号进行构件的加工制作，加工出的构件根据使用位置和编号分类存放。主龙骨钢架采用槽钢钢架悬挑栓接形式与钢方管进行连接，打孔矩形管与主龙骨及面板带背附钢架+F、T 形调节钢件采用栓接形式，实现面板安装的三维可调，打孔矩形管、背附钢架、F、T 形调节钢件悬挂结构采用工厂定制加工，如图6 所示。现场通过BIM 模型，设置GRC 安装控制点。同一层横梁的安装应由下向上进行，当安装完一层高度时，应进行检查、调整、校正、固定，使其符合质量要求。相邻两根横梁的水平标高偏差不应大于1 mm。同层标高偏差：当一幅宽度小于或等于35 m 时，不应大于3 mm[3]，龙骨安装如图7 所示。

图5 龙骨建模图（来源：作者自绘）

图6 安装组件三维图（来源：作者自绘）

图7 龙骨安装图（来源：作者自摄）

4.2.3 GRC面板加工及安装

利用 BIM 软件对齿纹进行排布模拟，加工厂将提取的双曲GRC 数据导入到三维雕刻机，进行1 : 1 雕刻模具成形，将加工完成后的GRC 面板进行背衬龙骨安装，板块正面人工凿出齿轮造型，如图8 所示。

图8 板块加工图（来源：作者自摄）

宽度小于450 mm 的线型，用直径6 mm 钢筋和4 mm 冷扎丝连结，线条预埋连结焊点上下有3 个焊点，焊结主筋点间距为：线条的两端各有250 mm，中间距离各550 mm，线条长度为1700 mm。宽度大于450 mm 的线型，采用直径8 mm 钢筋与4 mm 冷扎丝连结，线条预埋连结焊点上下各3 个焊点，焊接主筋点间距为线条两端各250 mm，中间距离各500 mm，线条长度为1500 mm。由于GRC 构件系工厂加工预制，为保证进场构件的质量，进场首先进行验收，按照生产厂商所提供的资料并参照图纸构件加工行业标准（主要是外观和尺寸偏差）进行检验和核对。验收合格后按品种规格进行分类，堆放整齐、做好防护，以防破损。对其辅助材料要检验材质和标准，杜绝劣质产品进入施工现场，以保施工质量达到设计要求。

在GRC 板吊运到安装位置后，应进行临时固定，临时固定时，必须保证板的稳固性，防止板件坠落。GRC 板安装就位、校正完成后，应及时固定，面板采用GRC 钢制转接件进行承托及栓接形式固定在钢龙骨上，如图9 所示。

图9 板块安装图（来源：作者自摄）

4.2.4 缝隙处理

板块安装完毕后，板材之间的间隙要用耐候胶嵌缝，予以密封，防止气体渗透和雨水渗漏。注胶之前要充分清洁板材间缝隙，去除水、油渍、涂料、灰尘等。充分清洁粘结面，加以干燥。为调整缝的深度，避免三边粘结，在缝内充填聚苯乙烯发泡材料，为避免密封胶污染板材，在胶缝两边贴保护胶纸，注胶后将胶缝表面抹平压实，去掉多余的胶，注胶完毕后，将保护胶纸撕掉，必要时可用溶剂擦拭，细部处理如图10 所示。

图10 细部处理图（来源：作者自摄）

4.2.5 清理

注胶完毕之后进行全面的清洁，运用蜘蛛车、升降车等平台设备将工人运送到指定位置进行施工操作，擦拭板材外面的污物。因为幕墙在建筑的外侧，具有一定的施工难度和危险性，在进行清洗施工时，一定要注意安全性，同时还要根据温度、气候等条件，看是否适合施工。

5 BIM 在项目中的应用

三维结构扫描：幕墙三维扫描是指通过激光扫描、倾斜摄影等技术，对建筑空间外形和结构及色彩进行扫描，以获得建筑表面的三维数字信息。三维扫描在站点位置“所见即所得”，通过不同站位的扫描，能完整地采集现场数据。对现场采集的数据进行拼接处理，可得到现场三维点云模型[4]。

由于现场结构和图纸偏差大，异型GRC 外形复杂，以及为了保证GRC 板块能直观的体现出完成效果，本项目采用三维（3D）扫描技术进行结构重建如图11 所示。模型碰撞检查：利用点云与外表皮模型进行比较，查找碰撞点，自动生成碰撞数据表格。如图12 碰撞点共计325 个，对模型进行调整优化。

图11 3D 扫描（来源：作者自摄）

图12 点云模型碰撞（来源：作者自绘）

幕墙板块分区是利用了Rhino、Grasshopper 等BIM 软件齿纹进行排布模拟，对各个区域进行详细板块分区排布，以颜色区分不同的齿纹样式分区，如图13 所示。在GRC 板块运输时注意分区域临时存放，工人施工时注意区分3 种不同齿纹样式的位置。

图13 齿纹排布分区（来源：作者自绘）

幕墙面层曲率分析：利用BIM 软件对模型中幕墙曲面部分进行曲率分析[5]。红色部分为曲率较大，单独进行分格处理与优化，如图14 所示。

图14 曲率优化分析（来源：作者自绘）

幕墙面层优化：通过曲率分析，GRC 幕墙部分为双曲，为节省造价，用BIM 软件将双曲面板优化为平板与单曲板，如图15 所示，共减少双曲板块215 块（777 m2），极大的节约了成本，节省工期计20 d。沂蒙文化艺术中心运用BIM 技术和工艺创新进行设计、施工，顺利的完成GRC 幕墙安装，施工完成后，效果非常好，如图16 所示。

图15 GRC 板块优化分析（来源：作者自绘）

图16 GRC 板块完工图（来源：作者自摄）

6 结语

随着幕墙行业的飞速发展，大型异形文体中心类幕墙项目在我国有了飞速发展。如何在保证建筑效果的同时又能如期履约、保质保量的完成任务是施工单位需要思考的难题。图17为该项目航拍图。

图17 项目航拍图（来源：作者自摄）

在本文研究中，以山东省临沂市经济技术开发区沂蒙文化艺术中心项目为例，对复杂异形GRC 幕墙的设计、排版、安装等关键技术进行分析，安装系统具有工厂化加工、装配式施工等显著优点，连接节点三维可调、安全可靠，安装效率可比传统工艺提升40%以上，适用于超大板块、异形GRC 幕墙施工，使一系列施工技术难题得到有效解决，并总结获得了国家实用新型专利2 项，确保工程施工的高效顺利完成，对其他类似工程来说可起到借鉴与参考作用，推广以及应用前景广阔。