基于Rhino技术的双曲铝板幕墙施工方法_何茂林.pdf

建筑施工第44卷第12期2919基于Rhino技术的双曲铝板幕墙施工方法何茂林 刘家平 严 琳 张振恒 李垤辉中建八局第二建设有限公司 山东 济南 250014摘要：为解决双曲异形铝板内部龙骨体量大且极其复杂，空间点位定位、测量及安装困难的问题，通过运用全站仪精密测量和Rhino技术建立模型，控制龙骨复杂的三维空间定点，实现龙骨和面板的精准安装，保证了施工质量和抢工进度要求。总结的相关经验，可供类似工程参考。关键词：Rhino软件；双曲铝板；铝单板幕墙；安装精度中图分类号：TU755 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2022)12-2919-04 DOI：10.14144/ki.jzsg.2022.12.032Construction Method of Double Curved Aluminum Curtain Wall Based on Rhino TechnologyHE Maolin LIU Jiaping YAN Lin ZHANG Zhenheng LI DiehuiThe Second Construction Limited Company of China Construction Eighth Engineering Division,Jinan,Shandong 250014,ChinaAbstract:To solve the problem of large and extremely complex internal keel volume of hyperbolic special-shaped aluminum plate,and the difficulty in spatial point positioning,measurement and installation,the model is established using total station precision measurement and Rhino technology to control the complex 3D space point of keel,and the accurate installation of keel and panel ensures the construction quality and rush progress requirements.The relevant experience summarized can be used as reference for similar projects.Keywords:Rhino software;double curved aluminum plate;aluminum veneer curtain wall;installation accuracy良好，占地面积60.036亩（约合4万 m2）。主要建设内容为1.4万人体育馆1座、4万 m3商业综合体及相应配套建筑设施。主体为钢筋混凝土结构，钢结构作为屋面和外墙铝板的骨架，屋面围护系统屋面层由氟碳喷涂铝板防火岩棉保温棉组成。建筑外框为铝单板幕墙，工程效果如图1 所示。图1 工程效果图由于幕墙造型复杂，施工存在不少困难，为此，本项目采用Rhino软件辅助进行施工图设计，在Rhino模型中建出龙骨实体，然后调整模型，直至所有铝板外饰面达到平整、过渡顺滑的要求。施工时利用全站仪根据坐标点精确定位龙骨和铝板位置，铝板下料及加工尺寸亦完全由模型中提取，保证现场实际效果与模型完全对应。实现了外墙铝单板跟随建筑外形呈蓝鲸奋力游动式的曲线走向效果，根据建筑造型，每块铝板都是独一无二的，使用燕尾钉连复杂双曲异形铝板是现在公共建筑中一种新型系统，具有较好的便捷施工条件，适用于艺术馆、美术馆、机场、火车站、会展中心、体育馆等大型公共建筑屋面。该系统综合了美学、视觉效果、异形性（不规则）、工艺性等特点。复杂双曲异形铝板高效施工工艺在工程中比较常见，但如果没有掌握便捷的施工方法，不仅耗费大量人力物力，最终效果也不尽如人意。我公司在整个施工过程中进行了积极探索，认真总结经验，形成本工法。通过运用全站仪精密测量和Rhino软件模型来控制龙骨复杂的三维空间定点，实现龙骨和面板的精准安装，保证了施工质量和抢工进度要求1-9。1 工程概况金强赛事体育中心项目位于成都市温江区体育公园用地东侧，南邻温泉大道、东接凤溪大道、西面文体中心体育场、北接规划横七路，场地地势平整，周边自然资源作者简介：何茂林（1998），男，本科，工程师。通信地址：山东省济南市历下区中建文化广场A座3楼（250014）。电子邮箱：收稿日期：2022-05-30结构施工STRUCTURE CONSTRUCTION202212Building Construction2920接在钢龙骨上，将整个钢龙骨外形包裹起来，外表呈现鲸形，十分美观，实现了“跃动双鲸”的建筑立意。作为大运会主场馆之一，为成都市人民交上了一份满意的答卷，受到了各界人士的高度赞赏。2 工程重难点金强赛事体育中心的双曲幕墙为4层及以上体育馆和商业交接部位的双曲面异形铝板幕墙，是双曲造型的三维空间结构，总面积约1 200 m2，以钢结构为主体结构，横跨100 m，纵向弧度最大处为8 m，曲面呈鲸形高低渐变，上下相邻板块翘曲差值最大为150 mm，所有单元体各组成构件无任何相同尺寸。对制作精度要求非常高。项目的造型及设计特点造成了项目具有以下重难点：1）结构复杂、造型新颖，总体形状大致呈现蓝鲸跃动向前姿态，飘逸的造型导致每个单元板块铝板尺寸都不相同，必须进行编号。2）建筑立面为底小上大的倒锥形结构，幕墙形式为框架式铝包钢龙骨玻璃幕墙，竖向龙骨长度17.4 m，以平板玻璃拟合而形成外围护结构。每根竖向龙骨在水平及竖直方向均倾斜放置，玻璃形状为平行四边形，对龙骨定位精确度要求高。长17.4 m的钢龙骨由长11.4 m和6.0 m的矩形钢管拼焊而成，钢管太长在做热镀锌处理和拼焊时很容易变形，造成钢管外的铝板不好安装，铝板与玻璃交接相邻前后进出尺寸在0300 mm不等，定位难度大。3）双曲铝板内部龙骨体量大，龙骨精度要求较高，加工需要控制的参数多。现场生根位置不同，条件复杂，变换较多，在空间定点定位、测量及安装困难。4）体育馆和商业交接部位为双曲面，用直线形变截面铝合金格栅作为幕墙饰面，模拟出双曲面造型。因双曲面由直线模拟而成，对格栅安装整体的平整、顺滑度要求很高，以确保双曲面的格栅与铝板、玻璃三面顺滑过渡。如格栅安装精度保证不好，很容易在交接位置出现阶差、错台，影响整体效果及观感质量。3 Rhino施工工艺应用流程3.1 Rhino技术在弧形铝板加工中的应用本工程形态和类型的多样造成幕墙构件类型和规格种类繁多，导致工艺设计和生产制造成本持续升高，加工厂落后的管理方式和生产模式已经无法满足现在的生产需求。为了解决现有问题，降低生产成本，提高生产效率，提升产品质量，为了提高企业的综合竞争力，在未来的市场竞争中更具优势，乘着“中国制造2025”国家战略的春风，运用数字化智能加工成了必然之路。因本工程具有异形双曲的造型特点，故我们相中了Rhino不受约束的自由造型的3D建模工具里，配备着grasshopper强大的参数化功能，用参数化加工实现曲面铝板造型效果，并且对Rhinograsshopper平台造型建筑的研究提供很高的理论价值与实际意义。3.1.1 利用Rhino建立异形双曲铝板模型因本建筑裙房外立面铝板幕墙为多维几何变化的双曲异形立面，为能精确地将幕墙铝板尺寸及造型展现出来，在深化设计阶段采用Rhino技术，完成建筑表皮效果制作和复杂曲面造型建立（图2）。图2 整体铝板下单模型在深化初期，由现场实际放线得出外立面各竖向主龙骨的相对位置尺寸，根据事先确认好的图纸，结合钢构造型，以及墙面的推拉窗、救援窗、伸缩缝的位置，建立三维实体模型的信息数据。在得到各项数据之后，利用犀牛三维建模，将胶缝、窗口、伸缩缝等直接表现在实体模型中，利用Rhino技术的便捷性及准确性，将此工程的铝板外幕墙完完全全地展现出来，并进行铝板编号，以便于指导施工和结算对量。3.1.2 工厂二次深化设计加工阶段首要环节是图纸二次深化（放样）阶段：随着国内建筑行业发展，各建筑应用软件间的配合也得到很好的应用。在工厂二次深化阶段，能够与前期的Rhino三维模型无缝对接，利用Rhinograsshopper参数化加工曲面铝板，工厂大量的数控铣床、全自动转塔冲床等能够直接从模型中引出11尺寸图自动识别加工，保证各项尺寸精度以及铝板的弧度完全满足三维模型，贴合现场避免了现场铝板的二次加工。3.1.3 加工和喷涂钣金阶段（折弯、焊接、打磨）：铝板单块的节点造型基本一致，局部标准立面的铝板加工相对较为简单，圆弧立面以及纵向为逐渐变化的板块加工较为复杂。但均可利用数控铣床、全自动转塔冲床等直接从模型中引出11尺寸图自动识别加工，然后采用焊接或者拉弯进行辅助 加工。喷涂阶段（前处理、喷涂）：钣金完成后转入喷涂线上的自动喷枪进行自动喷涂，由于铝板板面为不规则的M形结构，完全依靠喷涂线上的自动喷枪无法满足水平板面上漆面膜厚的要求，需要补喷，操作比较烦琐。何茂林、刘家平、严琳、张振恒、李垤辉:基于Rhino技术的双曲铝板幕墙施工方法建筑施工第44卷第12期2921为了提高加工厂生产效率，我公司基于Rhinograsshopper参数研发了新的生产流程，彻底摒弃了传统CAD二维加工图，实现了由模型直接导出数控模型，数控编程软件自动生成加工代码，下发到数控加工中心自动加工，产品质检的新模式。仅仅出CAD加工图这一步就直接节省了总体设计工作量的60%，效率提升立竿见影。金强国际赛事中心项目大约需安装20 000 m2铝板，每个双曲面8 000块异形铝板需要数控编程，总计约15 000块。用Rhino指导材料加工的新工作模式下综合生产效率提升3倍，综合生产成本较低约28%，解决了造型新颖导致每个单元板块铝板尺寸都不相同的难题。3.2 Rhino技术在施工中的应用3.2.1 测量放线 工程中最大的难点就在于幕墙主龙骨需空间定位、钢结构上生根点确认及龙骨安装困难，由于龙骨不能在钢结构上直接生根，必须在空中定位连接骨架，才能保证弧形的龙骨安装和铝板顺滑效果。但这种钢结构上测量放线的施工条件极其困难，空间点位定位是对施工人员的重大考验。故采用Rhino技术指导现场测放线，根据11的三维模型，严格按照模型数据，利用全站仪定点，实现格栅、铝板、玻璃三面相接的平整、顺滑。具体顺序如下：1）结合现场实际条件，布置现场的坐标控制点，并且控制点的布置必须保证2个控制点互相能看见，方便全站仪架站放样；2个点连线范围要覆盖工作面，才能保证精度，并整体复测现场钢结构的尺寸和点位，检查是否有干涉，及时反馈。2）利用全站仪放样空中定位一点非常困难不便，故需要转换思维，将坐标参数拆分左右位、进出位、标高来分开定位。现场先定位龙骨左右位（即分格尺寸），为方便龙骨在钢结构上生根，需根据复测后的钢结构位置，在双曲主龙骨合适位置（必须在生根钢结构与主龙骨俯视图交叉位置）提取坐标，将坐标放样至现场钢结构上，并将现场点位记录；将现场记录的位置导入犀牛模型，利用犀牛模型可得到现场结构与龙骨理论位置的相对关系，提取现场点位与主龙骨的标高差及进出位参数，在现场放样点上焊接定位连接件；根据现场生根点的不同，需采取不同的定位顺序（如主龙骨尾部和格栅主龙骨连接，需先控制标高，再定位平面坐标）。3）确定双曲铝板施工测量放线，保证双曲面钢连接件与模型坐标一致。根据造型施工节点及面材完成面校核土建结构偏差。若发现偏差在允许范围内，应进行均差处理消化误差；若偏差过大，应及时上报并进行龙骨调整，保证施工顺利进行。3.2.2 埋件安装放线定位完成后对后置埋件进行安装，首先要根据放线定位确定埋件固定点孔位，进行打孔。打孔过程中经常会遇到土建结构钢筋密集区域无法进行，这时需要对埋件的垂直位置进行