（北京市機(jī)械施工有限公司，北京 100045）

1 工程概況

北京市延慶區(qū)葡萄博覽園配套基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目為第十一屆世界葡萄博覽園主會場，總建筑面積約1.5 萬m2，該建筑群設(shè)計(jì)新穎別致，突出了植物世界與大自然的高度融合，異型植物造型具有強(qiáng)烈的視覺沖擊力。北門鋼結(jié)構(gòu)由北大門和北小門組成，作為整個(gè)葡萄博覽園葡萄藤蔓上的一個(gè)支蔓，通過園區(qū)道路融入園區(qū)中，采用大跨度傾斜管桁架結(jié)構(gòu)，造型類似于斜向放置的圓環(huán)。北大門桁架最大懸挑距離接近45.5m，高16.5m；北小門最大懸挑距離接近16.9m，高約8m。桁架截面均隨著高度扭曲不斷變化，大門共由2 280塊裝飾鋼板密拼而成，小門共由567 塊裝飾鋼板密拼而成，裝飾采用6mm 耐候鋼板，耐候鋼板自然銹蝕后的鐵銹色，與周圍環(huán)境融為一體，形成逼真的仿生態(tài)效果。大門與小門連同業(yè)務(wù)用房就像3 粒鮮活的葡萄，自然而大氣。

2 工程的重點(diǎn)及難點(diǎn)分析

1）本工程為截面漸變且扭曲的斜向放置的圓環(huán)，此截面形式給深化建模及加工下料帶來了極大的困難，加工下料需要將扭曲的裝飾板進(jìn)行合理的分塊然后展開，這樣才能在充分利用原材料的前提下進(jìn)行合理的排料和下料。

2）本工程裝飾板全部為沒有規(guī)律的雙曲面。如何保證如此多的裝飾板在安裝時(shí)平滑過渡，控制好建筑的造型，實(shí)現(xiàn)建筑師的意圖，保證扭曲造型裝飾鋼板安裝及立體效果是本工程的重點(diǎn)。

3）如何保證扭曲的裝飾鋼板的加工弧度、尺寸精度是本工程的難點(diǎn)。

4）空間定位放線涉及整個(gè)工程的方方面面，本工程需要測設(shè)的定位點(diǎn)達(dá)3 000 個(gè)，也是決定建筑造型的關(guān)鍵。

5）本工程的采用焊縫連接，裝飾板厚度為6mm，焊縫長度到5 000m，有2/3 屬于仰縫和立縫，且在高空作業(yè)，如何在減小焊接變形，保證焊接質(zhì)量是本工程的重點(diǎn)。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程：前期準(zhǔn)備→建深化設(shè)計(jì)→裝飾鋼板下料→定位放線→安裝主龍骨→安裝次龍骨→安裝裝飾鋼板→焊接→打磨處理。

3.2 深化設(shè)計(jì)

深化設(shè)計(jì)工作包括：建立三維模型、4 條外邊線擬合、確定裝飾鋼板分段點(diǎn)、確定控制點(diǎn)坐標(biāo)、繪制裝飾鋼板展開圖。

本工程具有獨(dú)特的建筑造型、多維的建筑立面、多變的建筑參數(shù)等特點(diǎn)，依據(jù)建筑施工圖紙和復(fù)測調(diào)整后的鋼結(jié)構(gòu)實(shí)體模型用Rhinoceros4.0進(jìn)行三維建模。根據(jù)實(shí)際情況對4 條邊線進(jìn)行擬合，保證裝飾板平滑過渡，生成不同方向的投影視圖。

在擬合后的三維模型上進(jìn)行裝飾板的分格，沿4 條邊線每隔600mm 左右確定1 個(gè)分格點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)行保證同1 個(gè)截面上的4 條切線盡可能扭曲的小，當(dāng)扭曲增大到一定程度時(shí)，采用增加三角形和矩形板的辦法來調(diào)整。為了提高裝飾板材料的利用率和安裝簡便，對于上側(cè)和下側(cè)裝飾板沿切線放線進(jìn)行分段，切線長度9m 以下是分成兩段，切線長度9m 以上是分成3 段。整個(gè)北大門的裝飾板共分為2 280 塊，均為雙曲面。

采用Rhinoceros4.0 軟件把分格后的裝飾板展開，導(dǎo)出為CAD 文件，生成裝飾板分格圖和裝飾板加工圖，交給加工廠安排生產(chǎn)。

如果他買兩分錢的花生米來吃，他的父親便說：“孩子，要記住富蘭克林說過的話——‘省一分錢等于賺一分錢’?！?/p>

本工程裝飾板之間采用焊接，焊縫下設(shè)置龍骨，龍骨既起支架作用也做墊板使用，所以裝飾板的分格線既龍骨上皮的中心線。在分格后的模型中，在裝飾板的內(nèi)部生產(chǎn)龍骨的三維實(shí)體，然后生成施工所需要的三維龍骨定位圖等。

以三維空間建模為主線，依據(jù)生成的數(shù)據(jù)指導(dǎo)裝飾板加工和安裝等工作。在工程的整個(gè)施工過程中，均采用同一個(gè)三維實(shí)體模型，確保各個(gè)階段的精度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.3 加工制作

本工程裝飾鋼板均為空間扭曲結(jié)構(gòu)，每塊裝飾鋼板都有不同的曲率，由于裝飾鋼板厚度為6mm，其自身韌性較好，且其分塊后均為細(xì)長條狀，所以可以依據(jù)已經(jīng)確定龍骨的位置，人工扭曲成型。也就是說，裝飾鋼板加工出來時(shí)全部都是平板，在安裝工程中，利用其自身韌性形成弧面。這樣大大降低了加工的難度。

采用Rhinoceros4.0 將每塊空間彎曲的裝飾鋼板轉(zhuǎn)展開成平面鋼板，每塊展開后的裝飾鋼板均生成dxf 文件，將dxf 文件導(dǎo)入到排版軟件中自動完成排版，然后進(jìn)行裝飾鋼板的數(shù)控自動加工，再打磨和標(biāo)識，加工完成。必須嚴(yán)格控制加工精度，誤差控制在1mm。

3.4 現(xiàn)場安裝

針對裝飾鋼板空間扭曲大的特點(diǎn)，采用了分塊密拼技術(shù)，由中間同時(shí)向兩側(cè)安裝。保證安裝精度的關(guān)鍵是保證北門4 條邊線的空間位置，本工程采用了每條邊線上每隔500mm 用全站儀測設(shè)1 個(gè)控制點(diǎn)的方案。

具體安裝順序?yàn)椋喊惭b上面龍骨→安裝下面龍骨→安裝上面裝飾板→安裝下面裝飾板→安裝左右兩側(cè)面的龍骨→安裝左右側(cè)面的裝飾板。

3.4.1 測量定位

測量時(shí)本工程的關(guān)鍵工作，而且工程量巨大，每塊裝飾鋼板的4 個(gè)角點(diǎn)坐標(biāo)都需要測設(shè)出來。大、小門共計(jì)測設(shè)4 000 多個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)。

1）鋼結(jié)構(gòu)復(fù)測 為了掌握鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中出現(xiàn)的變形現(xiàn)象，需要對鋼結(jié)構(gòu)整體和局部進(jìn)行變形監(jiān)測。本工程的變形監(jiān)測均采用電子測量儀器進(jìn)行，實(shí)行數(shù)據(jù)采集和分析的自動化、智能化。每次監(jiān)測結(jié)束后，分析得出變形規(guī)律及發(fā)展變化趨勢等信息。裝飾鋼板作為鋼結(jié)構(gòu)的覆蓋層，鋼結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐卸載沉降完成后的實(shí)際情況是影響整個(gè)施工過程的重要條件。針對本工程的實(shí)際情況，采用了全站儀進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)面的數(shù)據(jù)采集。與鋼結(jié)構(gòu)采用相同的坐標(biāo)系，采用全站儀對鋼結(jié)構(gòu)安裝時(shí)的控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測，記錄每個(gè)控制點(diǎn)的x，y，z坐標(biāo)值，將記錄好的坐標(biāo)值輸入到鋼結(jié)構(gòu)模型中，進(jìn)行比對分析，確定現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)的偏移情況和偏移量，作為對設(shè)計(jì)圖紙調(diào)整深化的數(shù)字支撐。

2）控制點(diǎn)測量定位 本工程測量定位采用了三維空間測量技術(shù)，主要使用全站儀。采用與原鋼結(jié)構(gòu)相同的坐標(biāo)系，從所創(chuàng)建的三維模型導(dǎo)出待測點(diǎn)的空間坐標(biāo)。由于待測點(diǎn)在鋼結(jié)構(gòu)外側(cè)，無法標(biāo)在鋼結(jié)構(gòu)主體上，所以用短鋼筋臨時(shí)焊接在鋼結(jié)構(gòu)上，在鋼筋上標(biāo)出待測點(diǎn)的位置。

3）變形監(jiān)測 由于本工程采用傾斜大懸挑結(jié)構(gòu)樣式，鋼結(jié)構(gòu)的下?lián)隙容^大，安裝精度要求又特別高，所以在裝飾板施工時(shí)必須加強(qiáng)監(jiān)測。施工中用全站儀測量鋼結(jié)構(gòu)主體的撓度、水平位置、標(biāo)高和幾何尺寸，進(jìn)行全面跟蹤、精確測量，并與設(shè)計(jì)數(shù)值對比，確保偏移值在允許的范圍內(nèi)，一旦發(fā)現(xiàn)問題，根據(jù)調(diào)整后的數(shù)據(jù)，安裝剩余裝飾鋼板，確保安裝完成后整體建筑效果。

3.4.2 安裝龍骨

龍骨是關(guān)鍵工序，施工質(zhì)量的好壞直接影響裝飾板的平整、美觀以及連接強(qiáng)度。通過支托調(diào)整主龍骨安裝位置，再安裝次龍骨。支托與鋼結(jié)構(gòu)、主龍骨與支托、主龍骨與次龍骨間，均采用焊接連接。

主龍骨采用口50mm×50mm×3mm 的鍍鋅方管，次龍骨采用口50mm×25mm×2.5mm 的鍍鋅矩形管。

造型的扭曲，造成了龍骨接口均為毫無規(guī)律的相貫，且每個(gè)接口均不相同，龍骨的制作難度巨大。為了方便操作，經(jīng)與設(shè)計(jì)院協(xié)調(diào)將龍骨的兩端均減短100mm，這樣龍骨兩端都變成了直口。主龍骨安裝采用掛繩法：①安裝上面龍骨時(shí)，將主龍骨上皮的中心線與掛好的安裝線對齊，龍骨兩端各留100mm 距離，然后把龍骨與鋼結(jié)構(gòu)連接；②安裝下面龍骨時(shí)，將主龍骨下皮的中心線與掛好的安裝線對齊，龍骨兩端各留100mm 距離，然后把龍骨與鋼結(jié)構(gòu)連接；③安裝左右兩側(cè)面龍骨時(shí)，將主龍骨側(cè)面的中心線與掛好的安裝線對齊，龍骨兩端各留100mm 距離，然后把龍骨與鋼結(jié)構(gòu)連接。次龍骨安裝時(shí)，用卷尺測出主龍骨的等分點(diǎn)，然后用次龍骨把等分點(diǎn)連接起來。龍骨安裝時(shí)一定控制好精度，誤差控制在2mm，要保證龍骨與鋼結(jié)構(gòu)的可靠連接。

3.4.3 安裝裝飾板

裝飾板進(jìn)場后首先進(jìn)行進(jìn)場驗(yàn)收，一定要控制進(jìn)場裝飾的誤差，并按編號順序擺放好。在龍骨上彈出裝飾板的邊線，將裝飾板一角貼到對應(yīng)的彈好的邊線上，然后向?qū)瞧戒?，利用其自身韌性形成扭曲面。

裝飾鋼板與龍骨連接方式為焊接，由于鋼板較薄，為防止焊接變形過大，故采用多點(diǎn)加固的安裝方式進(jìn)行安裝，即安裝時(shí)盡量將裝飾鋼板與龍骨多點(diǎn)焊幾點(diǎn)，固定牢固，同時(shí)避免較大的焊接變形?，F(xiàn)場安裝時(shí)，調(diào)整好偏差，通過板縫消化誤差，避免造成裝飾板弧形過渡不暢，影響建筑造型。需要控制好裝飾鋼板的拼接順暢，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)造型的流暢、曲面的順滑。本工程每隔15 塊板預(yù)留一道10mm 的安裝調(diào)節(jié)縫，消化安裝誤差。

3.5 焊接工藝

焊接工作是整個(gè)工程的重要工序，直接影響到工程的總體質(zhì)量和工程進(jìn)度。因而必須針對具體結(jié)構(gòu)形式，制定并采用科學(xué)的焊接工藝，合理的安排工序方能確保整個(gè)工程優(yōu)質(zhì)高速的完成。

本工程的裝飾鋼板厚度僅為6mm，焊接變形及應(yīng)力控制是本工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，我們采用了以下幾點(diǎn)關(guān)鍵措施保證焊接質(zhì)量：①構(gòu)件安裝時(shí)不得強(qiáng)行裝配，致使產(chǎn)生初始裝配應(yīng)力；②采用合理的焊接順序，對稱焊、分段焊；③先焊接收縮量大的接頭，后焊接收縮量小的接頭，應(yīng)在盡可能小的約束小焊接；④預(yù)先合理設(shè)置收縮余量；⑤采取高效的CO2焊接方法，可減少焊接道數(shù)，降低焊接變形和殘余應(yīng)力；⑥通過有效的工藝和焊接控制，防止或降低焊接接頭的返修，可避免焊接接頭應(yīng)力增加；⑦同一塊裝飾鋼板兩端不同時(shí)焊接；⑧長焊縫要多人同時(shí)焊接；⑨在焊接施工中嚴(yán)格按確定的工藝參數(shù)執(zhí)行；⑩做好防風(fēng)、防雨、防潮措施。

安裝焊接完成后，為使裝飾鋼板先裝的部分與后裝的部分顏色保持一致，同時(shí)為了提高感官效果，將整個(gè)面板統(tǒng)一打磨一遍，尤其是焊縫部分，更應(yīng)加強(qiáng)處理。

4 結(jié)語

通過的北門裝飾鋼板的施工，解決了延慶區(qū)葡萄大會葡萄博覽園配套基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目北大門和北小門的復(fù)雜性和特殊性技術(shù)難題，將設(shè)計(jì)理念完美地體現(xiàn)出來了，實(shí)現(xiàn)了建筑效果，提高了大門的安全性、實(shí)用性；對于類似項(xiàng)目的深化設(shè)計(jì)具有重要指導(dǎo)意義。