多曲面多叠级超长铝板安装施工关键技术

多曲面多叠级超长铝板安装施工关键技术

夏庭俊

中铁城建集团第一工程有限公司，山西太原  030000

摘要：多曲面多叠级超长铝板安装施工关键技术通过BIM建模及以直代曲放样技术指导精确放样下料，相较于传统工艺，BIM可视化直观精确，有误差可控、下料准确、安装精度高的优点。超大铝板采用了背楞加强及铝板散射色差淡化措施，保证了每块铝板本身精度及平整度，有效避免传统工艺中超大铝板易变性、平整度差的缺点，同时超前处理铝板多角度光反射色差，做到了变形控制质量与外观质量超前预控。铝板双开交叉循环施工技术的使用，消除了铝板施工过程中电钻振动造成的铝板变形影响，保证了铝板大面安装的平整度及顺直度，同时优化施工组织，同一区域可形成流水施工，施工进度加快一倍。

关键词：超长铝板；曲面叠级；施工技术

随着我国高速铁路正在进行突飞猛进的发展，铁路客站作为城市与外部客流交换的载体，在满足使用功能的前提下，还需围绕“一站一景、站城融合”的铁路客站建设目标，践行“畅通融合、绿色温馨、经济艺术、智能便捷”的铁路客站建设理念。为了铁路客站与城市更加交融开放，提取当地文化特色形成独特的地域色彩，外观设计新颖、造型复杂多变的客站也应运而生。站房施工过程中，外立面铝板装饰造型复杂多样，属于超长铝板拼装，施工过程中龙骨精确控制、铝板精准下料、铝板变形控制、色差控制及超长铝板拼装等技术重难点都对我们的质量控制带来了的挑战。本施工技术采用BIM指导高精度控制测量、建模、下料、加工、安装，质量超前预控，优化施工组织，同时保证了进度可控及工程优质，很好地解决了复杂造型施工中放样不精确、超大铝板易变形、不同视角铝板色差大、超长铝板拼装累计误差大等重难点技术问题，在铁路客站中应用普遍，具有广阔的推广应用空间。

1施工工艺原理

本施工技术是根据设计图纸进行BIM建模，根据初步建模分析、优化局部构造及连接方式，根据优化成果指导现场龙骨安装，复测基层安装精准度及整体曲面顺滑流畅度并进行对应微调，根据最终数据形成铝板下料单复核加工生产，生产过程中超前预控变形及色差质量，材料到位后采用双开交叉循环施工方法进行安装，施工过程实时进行过程安装监测复核，确保每块铝板安装精度、整体平整度及大曲面顺滑度。关键技术在于以下几点：

（1）BIM建模指导精确放样下料技术。建立龙骨及铝板模型，作为设计的理论模型，为了与后期的现场实测龙骨模型进行对比，将各模型合模，碰撞，解决冲突部位，优化细部节点，通过精准定位放样，进行龙骨的精确安装、调整。施工龙骨进行3D激光三维扫描数据与理论模型复核，高精度下料加工异形铝板。

（2）以直代曲放样及3D激光点云扫描复核技术。龙骨及铝板施工放样采用以直代曲技术，应用了微积分原理，把曲线等分成若干段,每段长度为单块铝板长度,这样曲线的总长=每段长度×段数。3D激光点云扫描复核技术采用实用新型专利“一种工程中位移观测的目标定位靶”方便对现场施工龙骨进行3D激光点云扫描处理后与BIM理论模型进行复核对比，指导铝板下料加工。放样技术采用的“一种工程中位移观测的目标定位靶”已授权实用新型专利（专利号ZL202120218667.4）。

（3）超大铝板背楞加强技术。单块铝板最大尺寸达3050×2650mm，属于超大铝板，加工难度较大。为保证每块铝板安装精度及平整度，从优化背楞的方向布置及合理使用背楞材料性状两方面控制背楞的弹性模量，确保单块铝板平整度满足国家标准。

（4）铝板光反射色差淡化技术。工程整个造型属于曲面叠级的“梯田”造型，阳光照射下造成反射光多角度而形成“色差”错觉。光照射下的铝板光多角度反射造成的色差在于每个角度反射的光源强度相差过大，属于近似光滑面的镜面反射，为了淡化这种色差，就通过增加功能填料及调整烤漆温度改变铝板氟碳漆的性状，使照射光反射成为近似粗糙面的漫反射，各个角度的反射光的强度差值小，淡化了光的多角度反射而造成的“色差”。

（5）铝板双开交叉循环施工方法。

由两组作业人员分别从两边同时向中间展开施工,施工过程单板与单板之间的折边连接采取“临一固一”的方式固定,即一条临时固定,一条完全固定,不断交替循环进行,可形成流水施工。这样固定后相对于传统的单向逐步递推式施工,有一半数量的临时固定折边形成一个个可调折边小单元,恰好这一个个折边因为是临时固定,所以它在完整固定前不用考虑周围完整固定折边施工时产生震动对其的影响。

2  施工工艺流程

施工工艺详见施工工艺流程图。

图5.1 施工工艺流程图

3.主要施工方法及操作要点

3.1结构复核

结构复核主要是复核龙骨是否与主体结构位置冲突，或主体结构及钢结构施工误差是否会导致整体外立面造型与原设计不一致。采用三维激光扫描方法对原结构进行精确取点，扫描点与BIM模型进行碰撞分析。若出现不一致的情况，要沟通设计人员对结构进行处理或对外立面造型进行微调。

3.2 BIM建模

根据现有CAD图纸轴网及标高，确定整体坐标系，再与土建空间坐标原点匹配，确保现有图纸的三维空间坐标系与主体结构坐标系一致。然后根据CAD平面图，立面图，节点图等图纸建模。为确保后期扫描点云数据与模型之间的对比分析，采用Rhino“犀牛”3D造型软件进行建模。

3.3龙骨安装

（1）模型确认之后，根据产品竖向分缝确定竖向龙骨模型，然后再根据横向分缝确定横龙骨模型，最终形成龙骨坐标数据。确定施工起始点位，从最中竖向龙骨开始定位，使用全站仪放样指导龙骨定位安装。

（2）为提高整体施工效率，尽快复核确认龙骨模型进行铝板下单生产，施工现场应划分流水段进行施工，每一流水段龙骨完成后尽快完成复核、调整、确认、下单、安装，形成流水作业，加快施工进度。

3.4 3D激光点云扫描复核

（1）设置靶标点位

施工现场尽量大范围设置靶标点位，减小坐标系导入偏差。为确保点云坐标体系与图纸坐标体系一致，需要扫描前在现场贴数个靶标用以定位。十字靶标贴在三维扫描仪和全站仪都便于观察定位的位置即可。

（2）现场三维扫描

扫描区域内需临时清空设备及遮挡物。采用高速三维激光扫描仪进行扫描，根据现场环境确定从北面落客平台的东面开始架站扫描，待机器自动调平初始之后，按照一站靠内，一站靠外的之字形顺序依次架站扫描。扫描过程中注意录入定位靶标坐标、龙骨等所需的三维坐标数据。

（3）扫描点云处理

施工现场扫描的各站数据进行自动拟合，各站之间重叠的点云自动去重，各站按靶标坐标系位置调整定位，汇总整体点云后，删除不必要的幕墙，球形网架，隐蔽基层等点云数据，仅保留最精简的挑檐点云数据。按需进行点云稀释处理，稀释到电脑能带动的最大精度模型然后导出PTS格式点云文件。

（4）数据对比

现场的点云数据按靶标的坐标系置入原始土建坐标系中，与理论模型进行匹配，通过各轴网处的纵向剖切面及立面对比，确认现场施工的误差。

3.5 龙骨调整

根据数据对比误差分析，定位每个误差点的调整方向，按照分析结果进行龙骨调整，调整后应再次进行扫描确认。若确认龙骨无法进行调整的，需与设计确认设计模型是否调整。

3.6铝板下单

（1）铝板下单

根据确认模型及现场调整龙骨进行铝板下单生产，铝板下料单需经过技术负责人确认无误后方可进行加工生产。

（2）优化铝板加强措施

根据以往施工经验，铝板加强背楞往往是定制定型产品，其刚度超过铝板本身，铝板板材加工完成后安装背楞，放入烤炉进行烤漆施工，高温烤漆过程超大铝板本身已经变形。为确保每块超大铝板平整度及刚度满足设计及规范要求，单块铝板做以下优化措施：

1）沿铝板短方向设置加强背楞，间距不大于400mm。

2）加强背楞采用同铝板同材质进行加工，避免铝板高温烤漆过程中背楞和铝板是两种材料受热膨胀系数不一致而不均匀膨胀导致铝板受热冷却后变形。

3）加强背楞应加工成U型截面，增强抗弯强度。

4）为充分利用铝板四周的折边，让加强背楞与折边进行连接，形成统一整体，增强铝板的整体刚度。

（3）光反射色差淡化措施

目前，建筑铝单板上漆方式主要为氟碳喷涂，为了减弱铝板表面的光的反射的导致的色差，解决的原理是将铝板表面的镜面反射转化为均匀的漫反射。铝板光泽度20°以下为哑光，20°为半哑光，60°以上为高光，高光镜面反射太强，哑光铝板色彩饱满度差，均打不到设计效果，综合考虑取40°半哑光漆已到达设计效果，我们采取下列措施进行处理。

1）氟碳漆增加功能填料。

增加空心玻璃微珠等具有红外线反射能力的球状粉末作为填入料，增加这种填料能够让涂料呈“半哑光”状态，涂料光照反射呈较为均匀的漫反射，而且能够将阳光中的部分光波有效反射从而起到一定的隔热功能。

2）调整烤漆温度。

烤漆温度由低温烤漆调整为高温烤漆。氟碳漆属于水基金属漆，由成膜材料、助剂、颜料和溶剂组成。烤漆温度一般为两种：低温烤漆固化温度为140～180℃，高温烤漆固化温度为280～400℃。相较于低温烤漆，高温烤漆溶剂挥发快，在前期烘烤中漆膜还未发生交联时，溶剂挥发越快也越多，相当于漆膜固体含量增加，因为材料的固态比液态更为稳定，所以漆膜固体含量越高漆膜分子就越均匀。同时，当溶剂挥发大部分，且漆膜中还有溶剂时，加热条件下溶剂分子之间相互作用的力会增大而产生再次流平现象。故高温烤漆最终的漆膜平整度更好，漆膜分子光反射也更为均匀，视觉色差就会更小。

3.7铝板安装

（1）铝板到场后先对照铝板模型料单复核铝板尺寸、加固方式，检查平整度是否满足规范要求，这项工作特别重要，关系到整体安装效果。

（2）双开交叉循环施工方法

1）当铝单板仅有单排时，两组工人同时从两端的第一块单板开始施工,因端头铝板要定位准确，故第一块单板两端的折边均与龙骨进行完整固定,保证起步铝单板定位准确性与牢固性与,接下来按照“临时固定→完整固定→临时固定→完整固定”的循环在安装铝单板过程中交替固定连接折边,同时施工的两组工人相遇后而不掉头,交换各自施工的区域分别对对方临时加固的折边进行完整加固,相遇后的这个加固折边也是“临一固一”。

图3.1单排铝板安装示意图

2）当铝板的排数为多排时,先按上述单排方法施工完成一排,施工完毕后再各自掉头从第二排端头朝中间施工，第三排、第四排、第N排，以此类推相互交替循环。平行流水方向的铝板对接折边固定方式为全部完整固定，垂直流水方向的铝板对接折边固定方式为“临一固一”。

图3.2多排铝板安装示意图

（3）铝板安装前进行试装，对铝板的角码位置、铝板尺寸、分缝宽度等进行确认，确认无误后按照角码的位置打钉固定，弧形铝板角码分别安装与竖龙骨的横向部位和横龙骨连接，确保安装稳固。施工过程需实时进行铝板安装质量检查，确保质量一次达到验收标准，避免返工。

4施工质量控制

4.1执行标准

《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB 50300-2013）；

《钢结构工程施工质量验收标准》（GB 50205-2020）；

《建筑装饰装修工程质量验收标准》（GB 50210-2018）；

《金属与石材幕墙工程技术规范》（JGJ 133-2001）；

《工程测量规范》（GB 50026-2007）；

《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ 46-2005）；

《建筑机械使用安全技术规程》（JGJ 33-2012）。

4.2质量控制项目

4.2.1挑檐幕墙所用的镀锌方管、铝板、密封胶、五金配件的材料进场质量证明文件需齐全有效，质量满足相关标准要求。

4.2.2金属板材的品种、规格及色泽应符合设计要求；铝合金板材表面氟碳树脂涂层厚度应符合设计要求。

4.2.3单层铝板折弯加工时，折弯外圆弧半径不应小于板厚的1.5倍；加劲肋的固定可采用电栓钉，但应确保铝板外表面不应变形、褪色，固定应牢固；固定耳子应符合设计要求，固定耳子可采用焊接、铆接或在铝板上直接冲压而成，并应位置准确，调整方便，固定牢固；铝板构件四周边应采用铆接、螺栓或胶黏与机械连接相结合的形式固定，并应做到构件刚性好，固定牢固。

4.2.4挑檐幕墙与主体结构连接的预埋件，应在主体结构施工时按设计要求埋设。预埋件应牢固，位置准确。预埋件的标高偏差不应大于10mm，预埋件位置差不应大于20mm。

4.2.5挑檐幕墙钢构件施焊后，其表面应清除焊渣，按照设计要求做好防腐措施。

4.2.6幕墙安装过程中宜进行接缝部位的雨水渗漏检验，施工完成后进行淋水试验。