37 攻克双曲面帷幔幕墙建造难题

攻克双曲面帷幔幕墙建造难题 撰稿 发布人 黄志鹏 中建海峡建设发展有限公司CSCECStraitConstructionandDevelopmentCo Ltd 一 项目简介 1 项目简介 世界妈祖文化论坛永久性会址旅游项目位于莆田市湄洲岛上 项目由主会场 媒体中心 酒店共3个功能性建筑群组成 该工程建筑造型独特 结构型式新颖 设计理念表现先进 前卫 结构体系复杂 科技含量高 本项目为设计 施工总承包的EPC项目 幕墙项目的主要难点在屋檐帷幔 屋檐帷幔设计为海浪造型 每跨帷幔由若干根贴合屋檐曲线的圆弧型铝合金管组成 建筑设计意图 从平面俯视图看 帷幔为相互叠加的平行线 密 疏 立面正视图 平面俯视图 从立面正视图看 帷幔为疏密均匀过度的曲线 轴侧图 建筑设计意图 从轴侧图看 帷幔呈现出双曲面效果 如不加以研究 帷幔的弯曲半径必将多种多样 一方面由此加重生产加工 现场安装难度 另一方面 增加生产安装成本 拖延施工工期 为此项目部成立QC小组 二 小组简介 三 选题理由 选题理由 帷幔完成面整体造型为双曲面 帷幔管横截面尺寸 根数 圆弧半径均需项目部深化设计 现有技术不能满足要求 社会上也无其他例子可供学习 经验的缺失使我们更加谨慎 需要找QC要方法 1 2 项目工期赶 任务重 需要快速攻克关键技术难题 需要借助QC的方法 四 现状调查 小组根据建筑效果要求要点 按重要程度的不同 制作评分表 立面间隙不均匀 平面遮盖不严 小组对本工程前期已采用传统CAD方法设计 下料先行施工的样板段进行现状调查 排列弯弧度不足 对角接缝不齐 小组对本工程前期已采用传统CAD方法设计 下料先行施工的样板段进行现状调查 小组对样板段A B C三跨进行评分 得分如下 小组对板段A B C三跨帷幔幕墙施工过程进行分析 列出影响帷幔整体造型效果的因素 双曲面帷幔造型缺陷排列图 43 0 79 4 89 7 95 3 铝方管弯曲精度不足 骨架安装精度不足 角码安装不到位 成品保护不到位 其他 关键的少数 时间 2017年6月19日 制图 黄志鹏 图1 五 目标确定及可行性分析 活动目标 小组经过讨论确定本次活动目标 80 33 92 制图 黄志鹏2017年6月19日 图2 目标设定依据 1 中建海峡建设发展有限公司工程质量评价细则 规定 优良率 90 方可推荐评优 而本工程质量目标为 全国建筑装饰奖 优良率应有较大提高 2 小组成员掌握各类BIM软件 尤其是参数化编程技术 对参数化BIM有信心 3 现状调查中占主要问题的 铝方管弯曲精度不足 骨架安装精度不足 累计占到79 4 我们只要解决主要问题的80 优良率就能达到92 81 100 80 3 79 4 0 8 80 3 92 81 六 原因分析 原因分析 根据统计结果 2017年6月25日 QC小组对影响帷幔施工质量的主要因素召开质量分析会 找出产生问题的原因和影响因素 绘出关联图如下 因果分析关联图 时间 2017年06月25日 制图 黄志鹏 图3 七 要因确认 要因确认 制表人 黄志鹏2017年7月5日 要因确认计划表 表6 末端因素一 工人工艺水平差 表7 1 要因确认 制表人 黄志鹏2017年7月3日 末端因素二 工期紧 表7 2 制表人 黄志鹏2017年7月3日 末端因素三 工人责任心不强 表7 3 要因确认 制表人 黄志鹏2017年7月4日 末端因素四 管理人员责任心不强 表7 4 要因确认 制表人 黄志鹏2017年7月4日 末端因素五 脚手架安装不到位 表7 5 要因确认 制表人 黄志鹏2017年7月4日 末端因素六 材料不合格 表7 6 要因确认 制表人 黄志鹏2017年7月4日 末端因素七 结构造型复杂 表7 5 要因确认 制表人 黄志鹏2017年7月3日 密 疏 立面正视图 平面俯视图 同一跨帷幔 不同角度不同效果 传统CAD无法形象表达 轴侧图 末端因素八 开料方法落后 表7 8 要因确认 制表人 黄志鹏2017年7月3日 末端因素九 测量定位方法落后 表7 8 要因确认 制表人 黄志鹏2017年7月3日 找到要因 八 制定对策 对策表 表8 制表人 黄志鹏2017年7月5日 九 对策实施 1 针对造型复杂 提出假设 能否将帷幔铝方管做成单一方向的弯曲而不扭曲 能否将同一跨内的铝方管保持一致的弯曲半径和单节长度 做成统一的标准段 且不影响建筑设计要求达到的效果 这将大大减少方管弯曲规格 减少工厂加工难度 提高现场安装效率 节省工期 对策一 BIM建模 传统建模方法都是采用Revit软件 然而面对未知的帷幔 需要对比的方案可能几十上百种 若采用传统Revit建模 则需在不同截面尺寸 不同弯曲半径 不同根数一一尝试 建模工作量巨大 1 对策一 BIM建模 若采用建筑设计提供的Sketchup模型 则不需另外建模 好处是模型是现成的 然而该模型的仅满足效果图渲染要求 精度太低 模型本身碰撞太多 如右下图所示 且同一跨内帷幔弯曲半径不一 不同跨截面尺寸不尽相同 这给下料加工 现场安装带来的困难不可想象 2 对策一 BIM建模 寻找规律 各跨帷幔弯曲度均与其对应位置的屋檐外边曲线贴合 不同跨立面 平面效果相似 每各跨存在高低差 两端高差不一 每跨内各根铝管的起始点均为上一跨的终止点 每跨的终止点均为下一跨的起始点 最后形成闭环 如效果图所示 3 对策一 BIM建模 目标 准确建立帷幔模型 经逻辑分析 判断参数化编程建模技术非常适合本项目的建模 以减少大量试错工作 参数化编程建模技术是基于犀牛软件 Rhino 及利用其可视化编程插件 Grasshopper 而进行三维建模技术 将建筑平面图 立面图导入Rhino软件 并对应好位置关系 调整好标高 将帷幔所在的立面边线 平面边线岩相应的方向进行投影 投影相交产生的空间曲线即为帷幔所的边界线 再由边界线生成空间曲面 此曲面即为帷幔所在的曲面 如右上图绿色的曲面 右下图为曲面的编程链路图 帷幔深化设计 取其中一段的曲面建模 曲面的顶边线与屋檐线贴合 将此曲线作为本跨帷幔第一根铝管的边线 下边线为帷幔的下界限 将其设置为可上下平移的变量 如右上图 取左侧边线的垂直平分线 如右下图红线 红线长度为变量 沿左侧边线的起点 终点 红线终点生成圆弧曲线 如右下图的黄色线 该曲线为铝管排布边线 帷幔深化设计 沿竖直方向等分黄色排布曲线 确保等分点的高差一致 其等分段数为可调参数 另一侧的边线同样处理 帷幔深化设计 将顶边线沿左侧等分点复制相应份数 得到一组完全一样的曲线 如图二所示 以左侧等分点为圆心 旋转各根曲线 将其旋转至穿过右侧等分点 至此铝管边线建模完成 如图三所示 帷幔深化设计 在调整后各曲线的起点 生成矩形 其截面宽为b 高为h 均为可调变量 将矩形沿曲线生成方管 此时的铝方管单根为单方向向上弯曲 单曲线 各根铝方管沿侧向曲线排布 从而实现整体的双曲面效果 即单曲线方管实现了双曲面的效果 帷幔深化设计 经过一系列的空间变换及逻辑编程 我们建立了带有 可调参数板块 的整体程序及其相应的三维模型 可调参数板块 整体程序链路图 整体效果图 帷幔深化设计 在这里 帷幔的截面尺寸 根数 间距 弯曲度 偏移值均能分别调试 并一键生成模型 提高多方案建模效率 完成设计 实现对策表的第一个目标 准确建立帷幔双曲面模型 帷幔幕墙主要设计参数 完成主场馆的设计后 其他栋号如法炮制 源程序直接拷贝 更改初始条件 调整参数 完成其他栋号建模 这是参数化建模独到的特点 这也是传统Revit软件所不具备的优点 媒体中心 2 楼 酒店和宴会厅 2 楼及其附属楼 实现对策表的第一个目标 准确建立帷幔双曲面模型 2 导入钢结构Tekla模型 已根据现场实际完成偏差调整 是准确的模型 对齐轴网及标高 对策二 BIM开料 碰撞检查 发现东面帷幔与钢结构发生严重碰撞 钢桁架突出帷幔 将影响帷幔安装 碰撞检查 召开技术研讨会 小组开会商讨如何避开钢构 解决碰撞 经过会议上的商讨及决策 确定将东面帷幔往外侧偏移 同时降低底边标高 执行会议决策 调整前 调整后 可调参数模块 按会议要求 调整参数板块 底边降低400mm 顶边不变 中间铝方管均化降低标高 从而消除碰撞 解决碰撞 调整前 调整后 一键重新生成模型 无需重新建模 解决下料问题 精准下料导出模型 进行下料并编号 主场馆共9跨帷幔 仅用6种弯弧铝方管 共6种编号 同一种编号的铝方管可以在相应跨内任一位置上使用 6种编号帷幔管 实现对策表的第二个目标 最大程度减少铝方管弯弧半径种类 3 我们放弃从轴线定位 改从角钢固定点 钢桁架中心线定位 以较少偏差 红色线为钢构与帷幔的垂直投影线 绿色标注即为投影线长度值 从钢构底部桁架垂直投影到帷幔铝方管 生成垂直距离值及定位点 角钢骨架据此下料和定位 对策三 改进定位方法 实现对策三目标 求出角钢长度及定位点 实际完成效果 实际完成效果 实际完成效果 实际完成效果 十 效果检查 立面间隙不均匀 活动前后照片对比 立面间隙均匀 平面遮盖不严 平面遮盖严密 活动前后照片对比 排列弯弧度不足 排列弯弧度自然美观 活动前后照片对比 对角接缝不齐 接缝整齐 活动前后照片对比 效果检查 2017年9月20日 21日 QC小组组织甲方 监理共同对本工程的双曲面帷幔施工质量以划分区域点的形式进行考核和验收 并用