董国庆，张登文，谢海波，汪玉龙
中建八局第四建设有限公司，安徽合肥 230601
摘要：本文涉及一种基于BIM＋逆向建模的双曲面玻璃幕墙施工技术，包括以下步骤：按照建模规范建立玻璃幕墙构件三维模型；导出玻璃幕墙构件详图，对详图进行编号，加工生产；对已加工完毕的玻璃幕墙构件进行三维扫描，获取点云数据，利用点云数据建立三维点云模型；将三维点云模型与三维模型进行比对，得出玻璃幕墙构件实体的偏差值，调整玻璃幕墙构件信息，直至偏差值满足玻璃幕墙规范要求；对满足三维点云模型在Revit中模拟进行整体预拼装，消除拼装过程中的累积误差，直至预拼装的三维点云模型与步三维模型完全匹配，然后玻璃幕墙构件出厂配送到施工现场，进行实体构件安装。此项施工技术减少了双曲面玻璃幕墙现场安装难度、有效提高双曲面玻璃幕墙的安装效率和精度。
关键词：BIM；双曲面；应用效果
1 工程概况
1.1建设工程概况
中国科学院量子信息与量子科技创新研究院项目总投资约70亿元，规划净用地面积724亩，总建筑面积64万平方米，包含科研办公楼和生活配套两个功能区。项目分两期建设，一期总建筑面积约36.5万平方米，主要包括：1#科研楼、1#～15#专家楼、专家接待中心、迎宾楼、1#～3#人才公寓、文体中心等22幢单体建筑和体育运动场、室外道排、景观绿化等配套附属工程。二期总建筑面积约27.5万平方米，主要包括：2#科研楼、4#～8#人才公寓服务中心等7幢单体建筑和室外道排、景观绿化等配套附属工程。
作为合肥综合性国家级科学中心核心工程和安徽科技创新“一号工程”，项目形如爱因斯坦提出的光量子假说公式“E=hv”，未来将承载中国首个“天地一体化”的量子实验室。项目建成后将抢占全球量子信息领域发展制高点，打造国际一流的量子技术研发与转化基地，对提升安徽科技实力，扩大合肥国际影响力，更好地服务由于国家信息安全保障，都具有重要意义。
1.2双曲面玻璃幕墙概况
本工程外立面设计采用玻璃幕墙、石材幕墙、陶土板幕墙，幕墙总面积为15.28万平米，幕墙钢结构总重量1841.53吨。其中6b～9b轴、16a～6b轴、11a～9b轴外立面为双曲面玻璃幕墙，长达73m，高度24m。双曲面玻璃幕墙形式为竖明横隐，幕墙龙骨为铝合金龙骨，铝龙骨安装在已施工完成的钢结构上。随着高度的增加，玻璃角度不断的变化，扭转角度最大超过60度。
双曲面玻璃幕墙面板存在平板、翘曲板和三角板3种情况，且相邻板块之间夹角多变。南楼扭曲面钢架为800×200×20×20焊接矩形管，北楼扭曲面钢结构采用600×20×20×20焊接矩形管。
2 双曲面玻璃幕墙工艺原理
2.1设计阶段
1）进行三维实体建模，根据模型进行数据分析，准确掌握面板间的夹角变化数据，方便指导后期现场施工。
2）采用可调节副框，能更好地吸收面板之间的安装误差。
2.2加工阶段
根据现场施工批次顺序，从云数据库中提取相应材料尺寸数据，将其导入到加工中心进行模拟加工，验证程序的可靠性、防止干涉和碰撞的发生，满足加工要求后，车间采用全自动数控机床（CAM）对材料进行数字自动化加工，保证入场材料精度，通过自行研发的专属插件自动生成玻璃加工图、自动生成玻璃提料单。
2.3钢结构安装阶段
2.3.1扭曲面钢结构分段方案
南楼扭曲面钢架为800×200×20×20焊接矩形管、北楼扭曲面钢结构采用600×20×20×20焊接矩形管。
（1）扭曲面钢结构位于南楼16a～9b轴，北楼11d-2d轴区域。针对此部分钢结构选用3#、4#塔吊及10#塔吊，在作业半径范围内，可覆盖所有的外框钢结构区域以及重型构件堆场，钢柱分段重量应小于塔吊的额定吊重。
（2）钢架底部设置1.3m长的钢架基座，用于上部钢结构的定位。
（3）采用两层一段的分段形式，单根矩形管的最大长度不超过12m。
南楼采用800×200×20×20的焊接矩形管，单根钢件最大重量为3.62吨；北楼采用600×200×20×20的焊接矩形管，单根钢件最大重量为2.87吨。
2.4扭曲面钢结构整体施工顺序
扭曲面钢结构主要有钢架、钢柱和钢梁组成。根据此部分钢结构的特点，首先进行竖向钢架的安装，再进行横向贯通钢梁的安装，最后安装竖向小钢柱。
2.5钢结构吊装
吊装前，要将安装的钢结构按位置、方向摆至起重机吊装回转工作半径上。从安装位置以上1米处弹一条水平线，以便安装固定前作复查钢结构标高的基准线。同时根据基础编号，吊装与之对应的柱子。
吊装准备就绪后，首先进行试吊。当柱一端吊起高度为100～200mm时停吊，检查吊具无异常情况后，继续起吊至其安装位置，然后缓慢下降。当钢结构底距离基础位置30～50mm时调整钢结构与基础两基准线对位，使钢结构基础上的轴线与钢结构的轴线相对应。对位检查无误后，及时将钢柱加固（必要时增设缆风绳拉锚），确认安全后方可摘除吊钩。依此吊装完所有的钢架。每装完两个钢柱，安装两个钢柱之间的钢梁，保证墙架的稳定性。
2.6幕墙钢结构三维坐标定位、逆向建模过程纠偏
BIM模型中利用切片技术提取幕墙构件控制点三维坐标，将现场所需安装坐标点导出为excel数据，辅助现场安装。提取云端数字模型中构件的编号及位置坐标点，确定构件安装位置。现场采用放线机器人对幕墙构件进行定位。
通过全站仪对已经安装完成的幕墙钢结构及钢支座进行校核，检查无误后进行下一道工序安装。玻璃尺寸根据全站仪返尺实际情况进行下单，做到过程中控制。校核必须在钢结构全部安装完成且满焊完成情况下进行，如无重大偏差才能进行下到工序
采用全站仪对安装完毕的扭曲钢构进行点坐标复测，将复测结果重新导入BIM模型，结合施工方案、实际安装的钢结构与理论的偏差及深化设计方案查找碰撞点，当偏差超理论允许值时，通过逆向建模对BIM进行微调纠偏，减少设计变更和施工中的返工，提高施工现场的生产率，确保现场后续工序顺利无误。
2.7铝型材龙骨安装
通过脚手架辅助安装铝合金龙骨，先安装顶部位置龙骨，然后安装斜面龙骨，最后安装直面龙骨，按照从上到下的顺序逐层安装。
2.8玻璃面板安装
（1）玻璃在安装调整过程中，相邻二玻璃板块高低差控制在＜1mm，缝宽控制在±1mm。
（2）玻璃板块依据编号图进行安装，施工过程中不得将不同编号的板块进行互换。同时注意内外片的关系。
2.9密封打胶
（1）清理板缝，打底漆防止密封胶与玻璃接不牢，然后进行泡沫条的填塞工作，泡沫条填塞深浅度要一致，不得出现高低不平现象。
（2）泡沫条填塞后，进行美纹纸的粘贴，美纹纸的粘贴应横平竖直，不得有扭曲现象。
（3）打胶过程中，注胶应连续饱满，刮胶应均匀平滑，不得有跳刀现象。
（4）贴胶带纸牢固密实，转角及接头处连接顺畅且紧贴板边。胶带纸粘贴时不允许有张口、脱落，不顺直等现象。
（5）在隔日打胶时，胶缝连接在先清理已打好的胶头，切除圆弧头部以保证两次打胶的连接紧密；如在自检中发现有局部打胶缺陷，(如：气泡、空心、断缝、表面严重波纹)必须将该部分全部切除清理后再进行补胶。
（6）打胶后，应在胶快干时及时将胶带纸清理干净，并立即处理因撕胶带时碰伤的胶表面。
2.10装饰条安装
由于采用室内搭设满堂架进行辅助安装，所以室外的打胶工序和安装装饰条工序需跟玻璃面板同步进行。面板从上往下进行安装，脚手架随安装进度边装边拆。装饰条通过不锈钢螺栓、钢连接件固定在钢结构上。
2.11幕墙安装与防火涂料及氟碳喷涂的交叉施工
钢结构安装完成之后需做防火涂料处理，安装过程中须做好成品保护工作，且防火涂料及氟碳喷涂完成之后及时完成玻璃封闭，避免雨水污染。
3 工程应用效果
采用BIM技术进行三维实体建模，根据模型进行数据分析，准确掌握面板间的夹角变化数据将其导入到加工中心CAM相关软件进行模拟加工，可实现自动化加工且精度更为准确。将BIM图纸导入放线机器人，精确定位幕墙龙骨及面材空间位置，室内搭设脚手架通过BIM技术的精确避开与龙骨碰撞位置并保留幕墙安装的合理操作空间，搭设一步到位，降低施工操作难度，提高过程施工效率。本工程幕墙钢件体量大，非标型钢多，钢柱长且截面大，焊接收缩变形控制困难，通过三维扫描逆向建模对BIM进行微调纠偏，实时调整玻璃面板深化尺寸，减少设计变更和施工中的返工，提高施工现场的生产率，确保现场后续工序顺利开展。
4 结语
通过中国科学院量子信息与量子科技创新研究院项目双曲面玻璃幕墙的应用实践，我们可以得出以下结论：
1、三维扫描逆向建模，图纸进一步深化，提高双曲面玻璃幕墙安装精度；
2、减少现场安装返工量，提高施工效率，节约成本；
3、实用性强，适用于双曲面玻璃幕墙施工技术的推广使用。