费县文化体育综合活动中心幕墙设计与施工解析

费县文化体育综合活动中心幕墙设计与施工解析

王贵亮

山东天元装饰工程有限公司 ，， 276016

摘要：费县文化体育综合活动中心项目的幕墙外形复杂多变，整体多为自由曲，存在较多难点，采用常规设计、施工方式无法满足工程需求。本文着重论述了立面倾斜铝板幕墙系统、球形玻璃采光顶系统、屋面蜂窝铝板幕墙系统的设计创新，同时，我们采用BIM技术，充分发挥BIM信息化技术优势，解决实际工程问题，提升设计、施工效率。

关键词：系统创新、BIM技术、自由曲面、曲率优化、碰撞检查、精准提料

1.工程介绍

1.1建筑概况

费县文化体育综合活动中心位于山东省临沂市费县东城区，是集体育馆、游泳馆、剧院、综合馆、规划展览馆等于一体的现代化综合性场馆。蝶形造型将四个场馆合一，体现“奇石舞秀，盛世鸿途”的理念，犹如一朵盛开在沂蒙大地上的花朵，形似展翅飞舞的彩蝶。

1.2幕墙概况

费县文化体育综合活动中心项目幕墙工程包括立面倾斜玻璃幕墙系统6000㎡、立面倾斜铝板幕墙系统5000㎡、球形玻璃采光顶系统2200㎡、屋面蜂窝铝板幕墙系统22000㎡及其他部分，

2.幕墙系统设计要点解析

2.1立面倾斜玻璃幕墙系统

立面倾斜玻璃幕墙系统该系统位于整个建筑立面，采用竖明横隐玻璃幕墙，玻璃外倾斜角度为72°左右，由于主龙骨跨度大、幕墙倾斜角度小于75°，因此支撑结构采用钢龙骨体系，玻璃面板采用中空钢化夹胶玻璃。

2.2立面倾斜铝板幕墙系统

立面倾斜铝板幕墙系统位于整个建筑立面及檐口部位，整体为外倾式，支撑结构采用钢龙骨体系，面板采用铝单板。

该铝板幕墙多为非线性曲面，作为本工程特色幕墙系统之一，对于整个工程的造型走势、外观效果起着至关重要的作用。面对铝板三维造型复杂、形状多种多样，尺寸规格繁多等难题，如何保证铝板在安装过程中不会产生变形，同时消除龙骨、结构等各种误差成为设计的难点。

我设计团队经过不断的创新探索，研发出一种非线性曲面节能铝板幕墙安装系统，采用新型转换件技术，一端与幕墙龙骨采用抱箍固定，抱箍件通过螺栓紧固在龙骨上，避免焊接污染和风险；通过松紧抱箍两边的螺栓可以实现顺龙骨方向调节以及龙骨进出位调节，前端的固定钢板与调节螺栓通过焊接固定，固定钢板可以对龙骨的左右偏差进行调节；能随意调节铝板固定位置，且随意调节铝板安装角度，使铝板安装不再受限于龙骨；从而保证非线性曲面造型要求。

2.3球形玻璃采光顶系统

本工程球形玻璃采光顶系统分布在顶部中央位置正上方，对整个工程的外观效果和內视效果影响极大。采用常规幕墙节点做法不仅费时费料，也难以满足工程要求。为更好地解决球形穹顶玻璃幕墙系统应用的“低性价比”问题，我设计团队研发出一种节能采光顶的安装系统，该安装系统安全可靠，组装灵活，不仅能够适用于多曲率弧形采光顶的安装，并且表现效果良好，成本造价较低。

2.4屋面蜂窝铝板幕墙系统

屋面蜂窝铝板幕墙系统位于整个建筑屋顶的金属屋面上部，采用蜂窝铝板，固定方式以金属屋面为支撑点，采用铝合金转接件进行转接，上部纵向及横向连接龙骨均采用铝方管。

本工程金属屋面采用了平锁扣屋面，我设计团队创新了一种平锁扣金属屋面的铝塑板挂接系统，可以实现沿板面360°旋转调节；U型转接件的竖板与铝合金龙骨的结合，可以实现垂直板面的竖向调节；挂耳卡件与铝塑板块的双重连接加强了连接的安全性，同时也防止了铝塑板块的面层板、底层板与夹芯层之间发生得撕裂。该方案结构简单、三维可调、安全可靠，安装更灵活，实用性强。

3.项目中的BIM技术应用

3.1模型创建

幕墙设计人员首先依据建筑院所提供建筑图纸以及效果图等资料，应用Rhino、Grasshopper等软件，创建了参数化幕墙整体方案模型，并依据相应的规范、标准，对模型进行初步分格。

3.2模型优化

本工程立面倾斜玻璃幕墙和铝板幕墙全为单曲面板和自由曲面板，为节省造价，用BIM软件将单曲板和自由曲面板进行优化拟合。曲面板优化拟合原则如下：

以a（矢高）/l（板长）=1/200作为控制边界；

（1）各方向曲率a/l≤1/200，且 同时满足重建后的拟合平板翘角小于相邻板缝隙宽度值的1/4时，可用平板拟合曲面，如大于1/4需做曲面板；

（2）板块单方向曲率a/l≥1/200时，以单曲板拟合曲面；

（3）板块双方向曲率a/l≥1/200时，以双曲板拟合曲面。

通过Rhinocerus对幕墙面板进行曲率分析，在保证效果的前提下，采用平曲拟合或者单曲拟合来减少自由曲面板数量，同时优化分格，增加相同板块的数量，降低异形板块的种类，从而降低工程造价及施工难度。

本次优化，遵循规范性、美观性、实用性等原则，提高材料利用率和降低施工难度，将自由曲面板数量由3500余块降低到1000余块，将单曲板的数量由6000余块降低到2000余块,有效的节省了材料费、人工费。

3.3碰撞检测

（1）土建结构碰撞检查

进场之初，BIM技术设计人员和测量人员，利用土建提供的坐标定位图和现场的定位点，进行现场坐标转换，将幕墙BIM模型的坐标系与现场实际坐标系统一，之后测量人员利用全站仪现场提取土建结构外轮廓坐标点，交由设计人员导入到幕墙BIM结构模型中复测土建结构偏差大小，同时要导入到幕墙BIM表皮模型用现场提取点位复测幕墙表皮完成面。

（2）顶部钢结构碰撞检查

待现场钢结构完成之后，由于本工程屋面钢结构造型复杂，而且测量人员在地面±0.000m标高处无法直接进行测量取点，需要利用复测土建结构的基准点，重新在屋面上定位基准点用来提取现场钢结构坐标点，同样交由BIM技术人员利用点位坐标来校核屋面板完成面。

3.4 辅助出图

本工程为异形幕墙难以直接二维出图，需要利用三维模型进行辅助出图。在建立模型的同时自动生成平立面，改动任何一个构件，相应关联的平、立面、大样图纸及明细表等信息实时更新，节省时间，避免遗漏。

3.5可视化交底

利用三维模型进行和动画模拟配合施工图纸对工人进行技术交底，让施工人员可以直观了解施工的施工重点、难点以及控制要点。

3.6工程量统计

为在后续的工作中，方便工程量的统计，在创建BIM模型的过程中，将玻璃、铝板、蜂窝铝板等不同材料严格按照图层分开，包括不同面板的分格线严格按照图层划分，从而可以通过控制图层来准确、快速的统计出各种材料的数量。

3.7龙骨下料、安装

通过充分利用BIM技术，既能做到批量下料，又能做到提前下料和精准下料。本工程采用Rhinoceros进行材料批量处理，分析材料尺寸，对龙骨进行自动编号，生成下料单，通过整理成为正式提料单和加工图。

本工程曲面较多，龙骨安装时多为三维空间坐标，由于面板材料在龙骨安装前就已下单加工，因此对龙骨安装精度要求极高，龙骨安装时必须有精确详细的空间坐标。施工时通过提取龙骨支撑点坐标，对支撑点采用全站仪测点进行精准定位，从而保证龙骨及板块的安装精度与安装速度。

3.8面板下料、安装

本工程采用Rhinoceros进行材料批量处理，分析材料尺寸，对面板板块进行自动编号，生成下料单，整理后成为正式提料单和加工图。本工程板块异形多、种类多，且尺寸规格相近，施工时结合施工模型和下料板块编号可进行快速安装，有效避免了安装返工。

4.结束语

费县文化体育综合活动中心自使用以来，各项性能安全可靠，系统运行良好，极大的改善了革命老区人民居住环境，激发了市民强身健体的积极性，已接待健身民众三十余万人次。