本篇文章内容由[中国幕墙网ALwindoor.com]编辑部整理发布：
摘要：为了实现建筑师对日新月异的复杂表皮结构需要，实现复杂新颖的幕墙手段也层出不穷。从设计人员传统的1:1的机械式制图、校对及下单到各类建模软件的灵活运用，从幕墙的构件式安装到单元式安装，从最初的脚手架安装到吊篮施工。幕墙的技术随着建筑业的发展一直在不停的演变和更新，精致建造技术在成都天府国际机场T1航站楼幕墙工程得到了很好的运用。
关键词： BIM技术;Grasshopper技术;大截面（词条“截面”由行业大百科提供）铝材;施工技术;
1、工程概况
成都天府国际机场位于四川省成都市高新东区简阳芦葭镇，该机场竣工投用后，成都将是我国继上海、北京后全国第三个拥有两座4F等级机场的城市，成为面向欧洲、中东和东南亚的主要空中门户。成都天府国际机场分为T1和T2两个航站楼，总建筑面积61.8万平米，其中T1航站楼幕墙面积约27 万平米。建筑地上主体4层，各楼层主体结构采用钢筋混凝土框架结构, 屋面支撑柱为钢结构，屋面采用钢网架结构。陆侧高架桥檐口最高点34.15m，屋面最高点45m。T1 航站楼外主立面为横明竖隐外倾斜式玻璃幕墙,倾斜角度分为8°、10°和14°三种。檐口采用25mm蜂窝铝板（词条“蜂窝铝板”由行业大百科提供）框架式幕墙，空侧檐口高度19.35~23.75米，外挑最大距离为9.6米;陆侧檐口高度23.75~31.6米，外挑最大距离为65米。幕墙施工采用精致建造技术将为这座举世瞩目的国际机场锦上添花(见图1、2)。
图1 项目整体效果图(左侧为T1航站楼)
图2 T1航站楼外立面幕墙效果图
1.1横明竖隐外倾斜式玻璃幕墙系统介绍
外倾斜玻璃幕墙，玻璃面板采用钢化夹胶三银Low-e中空玻璃(全超白)，整体幕墙节能效果要求达到“绿色三星”节能的标准，节能效果达到国内大型基建项目的最高水准。本系统采用拉杆、拉索和遮阳板设计，水平向间距约12m左右设置抗风柱，用于支撑水平大型遮阳板(悬挑约650mm)，玻璃缝之间通过设置竖向拉杆将遮阳板吊挂起来，把玻璃面板和遮阳板的自重传递到上方钢结构横梁上;在幕墙水平向分格位置，遮阳板前端距边缘150mm处设置竖向拉索，用于承受遮阳板悬挑部分的自重，并将遮阳板的部分重力传递到上方钢结构牛腿上，以免遮阳板弯曲变形(见图3)。
图3典型竖剖节点
1.2 蜂窝铝板框架式幕墙系统介绍
檐口采用蜂窝铝板框架式幕墙，其面板表面氟碳预辊涂处理。檐口吊顶金属板幕墙系统通过两边固定另外两边插接的形式;金属板采用铝合金转接件（词条“转接件”由行业大百科提供）与主次龙骨连接，铝合金底座与钢制龙骨之间设置2mm厚绝缘垫片防止双金属电化学腐蚀的发生。龙骨材料选用Q235B矩形管材，主龙骨体系随屋面球网架分格布置，次龙骨随金属板块横向长边布置。幕墙横、竖龙骨表面均采用氟碳喷涂处理。龙骨体系采用钢板转接件(Q235B材质)与主体钢网架结构体系通过焊接加肋方式连接。
图4 檐口实景拍摄图
鉴于本工程平面为弧形，立面为倾斜，玻璃幕墙实际上是一个空间曲面（词条“曲面”由行业大百科提供），存在大量的不规则异形玻璃。包括大尺度铝合金横梁以及大面积檐口高空吊顶铝板，根据这些特点，为了准确实现建筑师意图，精致建造过程中主要运用了以下五个方面的新技术：BIM技术;Grasshopper技术;大截面铝型材生产、加工技术;倾斜式幕墙吊篮施工技术;框架式金属幕墙现场装配式施工技术。下面会围绕这五个方面进行一一阐述。
2、BIM技术运用
本工程组建了专门的BIM 团队，负责制定BIM 总体实施方针，为本项目BIM 实施工作奠定了扎实的基础，以保证本工程BIM 技术的有效实施，本工程主要创建了航站楼模型(详图5)。
本工程面积大，工期紧，专业多，幕墙室内侧空间小且各种管线星罗密布，各个专业相互穿插施工。通过BIM模型的建立，不同专业BIM合模分析，能在施工前发现不同专业间存在的干涉、碰撞问题。通过模型搭建发现存在一些干涉问题，其中通过金属幕墙龙骨模型与管线综合碰撞最为常见，因空间较小管线较多，涉及平面避位，高度避位，也是在二维图纸中很难发现的问题。
图5 BIM模型图
我司基于幕墙BIM模型，对复杂施工技术方案、幕墙节点、施工工序进行了模拟展示(详图6)及技术交底，所有现场管理人员和劳务人员更加直观、深刻的理解方案设计从而提高现场施工效率。
图6 施工方案模拟
本工程面积大，系统多，相互穿插施工专业多，传统的二维图纸照图施工，有很多碰撞问题无法发现，导致两家以上(含两家)单位总有无法施工进行拆改的情况，增长工期且增加无谓投资。采用BIM就技术各单位之间整合模型进行碰撞能有效的避免此类问题的发生。通过BIM模型能有效的对现场外观进行核查，避免在施工过程中因对图纸理解不一致，导致现场做出的实物与理论上有偏差，同时异性板块可采用模型进行计量计价算出工程量，极大的提高统计效率。
3、Grasshopper技术运用
Grasshopper是基于Rhino(犀牛)平台运行的一款参数化设计软件,Grasshopper主要有三个特点：
1)、根据软件自身设定好的算法，通过连接电池程序自动生成结果;
2)、可以自行编写程序，对于一些机械性和循环性的工作，可以极大的提高完成效率;3)、若方案有调整，在Grasshopper中修改起来非常方便快捷，有效的保证了结果的准确性，极大提高了设计人员的工作效率。
本项目幕墙在平面上为曲线造型，立面玻璃外倾，玻璃幕墙实际上是一个空间曲面，存在大量的不规则异形玻璃。在传统CAD下单流程中，需要大量进行三维坐标系转换然后再提取加工尺寸。但借助Grasshopper的强大功能，每个构件均可设置独立的工作平面，在各自的工作平面种可批量进行数据提取，极大的加快了设计流程。同时，由于Grasshopper的这项灵活的工作流程，控制最终尺寸的各项参数均可实时调整，为工作中可能存在的图纸修改和纠正现场尺寸偏差留下简单易行的调整手段。这是Grasshopper建模的最大优势。
图7 Grasshopper展示
3.1 利用Grasshopper下单玻璃
Grasshopper可以自动给玻璃编号，标注尺寸，批量提取玻璃加工尺寸数据，快速的完成玻璃下单任务。在提取数据前，再次核查模型的正确性尤为重要。以本工程中大量的不规则四边形玻璃为例。根据生产需要，提取的数据为四条边长及两条对角线长度，同时为了便于生产和客观存在的生产尺寸误差，需要对尺寸接近的玻璃进行合并，大大减少了玻璃种类，提高了现场安装效率。
异形玻璃的生产中，原板的利用率也是重要的指标。这将直接影响玻璃生产的经济效应。借助Grasshopper的可编程特性，可以通过遗传算法进行板材切割套裁，寻找板材的最优切割组合。提高原材料的利用率。
图8 Grasshopper展示
3.2利用Grasshopper加工铝横梁
本工程的铝横梁需要在平面上进行“以折代曲”拟合圆弧，同时由于幕墙的外倾，同一位置不同高度的横梁尺寸均有变化。根据图纸需求，横梁前端需要开设拉索过孔，以便拉索穿过。拉索孔的定位也是逐渐变化。采用线框来替代横梁外轮廓，采用点来替代相应的孔位。借助Grasshopper的编程，批量生成各个标高（词条“标高”由行业大百科提供）上的横梁轮廓，并进行左右横梁交接的角度切割，确保左右横梁能够相互匹配，保持需要的间隙。同时根据拉索的定位，可求解各孔的实际位置。并通过横梁的高度和平面定位信息，可编制对应的编号。借助与提取玻璃加工数据类似的技术手段，可以提取实际的横梁加工数据。为加工单的制作提供准确的加工参数。
图9 横梁加工示意图
4、大截面铝型材生产、加工技术运用
水平遮阳系统既可以实现建筑大跨度、大视野空间的效果，又可以较好实现建筑节能，深受建筑师喜爱。本项目的外倾斜式玻璃幕墙系为了达到“绿色三星”节能的标准，横向采用了大型的水平遮阳铝合金横梁，以满足项目的节能需求。
4.1大截面铝材开模
根据建筑效果及幕墙构造要求，本项目水平大遮阳铝合金横梁设计成713*60mm扁长形状铝型材(以下简称“730横梁”，型材挤压长度12m左右)，采用6063-T6材质，表面氟碳喷涂（词条“喷涂”由行业大百科提供）处理。“730横梁”外接圆直径730mm，需要万吨级以上的挤压机方能挤压成型(国内只有少数几家铝材厂拥有此级别的挤压机，大部分用于生产工业铝材，几乎没有用于建筑铝材挤压)。该型材不仅是一个水平遮阳构件，同时需承受风荷载及幕墙自重。根据幕墙的精度（词条“精度”由行业大百科提供）要求，此型材需按高精级来控制壁厚尺寸偏差，角度、平面度、弯曲度、扭拧度、外观质量、长度等都需满足设计要求。
图10 型材截面图
图11 型材模具照片
4.2“730横梁”加工
“730横梁”型材(加工长度12m左右，每支料重量约600公斤)加工工艺如下：切料→钻连接件过孔→铣拉索孔→铣连接件避位→清理→标构件编号→喷涂→包装。
用行吊将铝材原料吊至特制锯切加长滚筒上。把锯床上的显示器刻度调整为90°，原材料端面不平整，必须切掉2-3mm，以此切面为基准面;再次使用行吊将料调换方向放在滚筒上，根据图纸调整锯床上角度显示器(比如图纸要求89.3°)，然后将料纵向移动，将料侧面与锯床上基准面靠为一致，升起锯片(锯片处于停止旋转状态)，将锯片与划线基准点对好后，气动压紧加工料，再开启电源开关，按照划线作为参考线锯切，锯切后对料再次核对长度及角度是否在图纸要求公差范围内，确认无误后，将料吊至打码平台，进行激光打码。
图12 铝横梁锯切料
图13 激光打码
铝材需要铣条形孔、铣沉孔，钻孔、侧面切槽、铣通孔等，为保证加工精度，我们采用CNC加工。铝材长度严重超出设备（词条“设备”由行业大百科提供）加工行程，加工及运转很不方便，为了提高生产效率，我们将两台CNC设备放置在一条线上同时加工。先将料吊放在工作台面上，根据料上打码编号对应找到对应的图纸。为确定所有加工料孔位一致，我们采用3D软件编程序，将编制好程序传输到设备。材料自身存在拱、敲的情况，为保证孔位精确，每加工一个孔位都必须靠点找基准坐标。
图14 CNC铣孔
图15 连接件避位孔
该款铝型材喷涂周长有1500mm，型材最长达到12.7m，单支重量约600Kg，铝材厂原有普通喷涂生产线无法正常喷涂。经与厂家协商，对铝材厂原有喷涂线(卧式喷涂)的轨道进行了改进、喷涂工艺进行了多次试验，最终解决了喷涂难题。
5、倾斜式幕墙吊篮施工技术运用
在成都天府国际机场航站区T1航站楼外倾斜幕墙安装过程中，针对施工工期紧， 建筑造型独特，施工条件特殊(因面积大，且施工现场无法搭设脚手架)，玻璃幕墙的安装条件极其困难。若采用落地脚手架，一是脚手架搭设工程量巨大、费时费工;二是玻璃幕墙施工时屋面、设备、土建二次砌体、地下管道等多工种交叉作业面受限，且脚手架搭设较高，难以实现。项目部根据以往工程经验，经现场勘察及多方讨论，最终采用特制吊篮施工方案。
特制吊篮的设计原则为安全、简便、实用、轻质并具有较高的强度和稳定性， 因两根抗风柱之间间距为12m，而吊篮做不到那么长，故采用5x0.7x1.1m作为操作平台以满足施工要求。对于该系统，难点在于玻璃面为外倾，如何实现吊篮能平行于玻璃面上下移动。首先牵引绳上端连接在网架上，下方通过定滑轮及手动葫芦使两根Φ16牵引绳绷直与玻璃幕墙斜度平行，再通过起吊绳及工装设备，牵引绳实现与斜玻璃幕墙平行移动，实现安装的操作，安装6m范围内所有面板连接件后放下吊篮，移动到另一个区域后再次提升安装。
图16 操作平台布置示意图
本方案在施工前进行了专项施工方案论证，方案通过论证后才得以现场使用。此施工方案操作简单、安全可靠，施工效率高，保证了现场的安装进度，同时又大大的节约了施工成本，为此类外倾斜幕墙提供了宝贵的施工经验。
6 大面积铝板吊顶装配式施工技术运用
本项目檐口铝板共计60000平方米。工程体量大，要求4个月时间内完成大面施工，同时要求达到鲁班奖的质量标准，在时间紧、任务重的情况下。为提高幕墙安装效率、现场采用整体装配式吊装的方式(如图17、18)。
现场制作铝板单元步骤：1)、根据模型中的角度、尺寸制作与单元体对应的胎架，现场拼装均在胎架上进行作业;2)、 拼装时先铺面板，通过卷尺、量角器等测量工具把面板准确定位，再把面板临时固定;3)、根据面板分格焊接钢骨架;4)、钢骨架完成后再通过卷尺、量角器测量整个单元板（词条“单元板”由行业大百科提供）块的尺寸、角度，根据测量结果再螺栓微调，然后清洁板块，做好防锈（词条“防锈”由行业大百科提供）防腐处理，经监理验收合格后，采用叉车把铝板单元板块按照施工顺序现场堆码好。
铝板单元板块在地面用绑带绑扎牢固，采用吊车吊装，过程中采用全站仪测量起吊角度，角度控制在5°以内;板块吊达初步位置后，采用全站仪测量各个角点坐标是否达到理论值，同时采用28m高空车装载两名高空作业人员在空中用手拉葫芦连接微调单元板块，调整到位后点焊临时固定在网架上，测量无误后满焊工即可。
图17 整体装配式吊装照片
图18 安装后整体效果
本施工方法在成都天府国际机场T1航站楼工程中成功应用，大大减少了工人高空作业时间，节约了施工工期，并有效降低了施工成本;同时也得到了质安站、业主、设计单位、监理单位的一致好评。
7、总结
通过将BIM技术与项目建造、项目管理的结合，高效率的解决关键难点，同时对重难点施工位置预先进行三维模拟，对重点方案进行三维可视化讲解，加强现场技术交底的准确性，降低施工的成本和风险，使项目更有效的科学的进行管理建设。
通过Grasshopper建模和下单加工，能够有效缩短设计工作时间，提高工作效率，降低人为因素的错误率。并且可以很直观的看出各种转角、收口的情况，方便确定做法。Grasshopper作为一种设计工具，给设计人员带来极大的方便，同时设计人员也要注意正确使用，谨慎处理各种细节问题。提高效率的同时也要注意核查，确保模型、数据的准确。
为了提高工程质量、确保生产周期、降低人员和机械设备投入、提高生产效率，本项目采用了一系列幕墙工程精致建造新工艺、新技术，为以后同类情况的建筑幕墙（词条“建筑幕墙”由行业大百科提供）工程设计、生产安装、施工提供参考和指导。
参考文献
[1]建筑幕墙 GB/T 21086-2007
[2]玻璃幕墙工程技术规范 JGJ 102-2003
作者单位：深圳市三鑫科技发展有限公司
