青岛市民健身中心体育场位于高新区岙东路以西、双积路南侧, 体育场建筑面积约14万m², 设看台、运动场地、观众休息厅 (廊) 、赛事用房、设备器材用房、接待室、休息室、办公室及配套商业等辅助用房, 看台可容纳6万人, 建成后将成为2018年山东省运会主会场。

体育场造型为马鞍形, 屋顶与立面呈现波纹状肌理。马鞍形造型符合大规模体育场看台东西高、南北低的形态特征, 满足功能需求又避免空间浪费, 如图1所示。

1) 铝板幕墙主要造型为超长变截面螺旋上升曲线单元, 加工完成的铝板单元桁架最大质量1.5t, 铝板单元最长为13m, 是一种新型的幕墙结构形式, 行业内尚无成熟的安装施工经验可供借鉴;如何有效地组织施工、高效精准定位、控制铝板面层一次成型是施工难点。

2) 本工程铝板线条宽度、角度以及弧度都存在差异, 辅助钢结构与主体钢结构的连接点高度坐标不一致, 如何进行测量放线、材料下单是本工程重点。

3) 本工程主体结构为钢结构, 受温度、沉降、幕墙附属结构安装后质量发生变化等因素影响, 会发生变形, 在铝板安装过程中如何减少结构变形的影响是本工程铝板安装质量控制的重点。

施工工艺流程:RTS机器人全站仪测量放线及数据处理→基层辅助钢结构安装→加工区胎架、措施平台搭设→铝板单元龙骨拼装→铝板面板安装→铝板单元吊装→铝板单元调整。

1) 采用RTS机器人全站仪对幕墙主结构钢桁架进行数据采集, 根据现场扫描后的数据所建的BIM模型与建筑理论三维模型比对碰撞、分析偏差, 调整BIM建筑模型, 为使用BIM进行基层结构下单的准确性提供保证。

2) 过程中监测幕墙辅助结构安装对主体钢结构变形的影响, 完成后对基层结构进行二次数据采集, 调整BIM模型数据, 为铝单板下单提供保证。

3) 在铝板面材安装成型后, 对铝板表面进行第3次数据采集, 对比模型后进行调整, 将第3次数据采集分析后对施工人员进行交底, 进行最后调整。

4) 测量数据处理。将结构返尺的数据进行处理, 将施工CAD图坐标原点建成与测量控制网的坐标原点一致, 将处理后的数据导入BIM模型, 可以清晰得到主体结构偏差情况, 这些信息对于理论下单非常重要, 如果结构标高及左右偏差在幕墙系统标准范围内 (如±20mm) , 可以满足施工要求, 如果标高超过标准范围, 可采用增长或缩短转接件来实现安装。

铝板幕墙所有连接点均位于辅助钢结构上, 并将力传递给主体钢结构, 辅助钢结构为180×10圆管, 通过转接件焊接固定于主体钢结构上。辅助钢结构按照第1次放线调整后的BIM模型中所需要的长度进行加工安装, 确保铝板幕墙能够完全按照模型进行定位加工。安装顺序如图2所示。

1) 胎架搭设

胎架搭设以第2次数据收集为依据, 现场1∶1放样, 定位13个控制坐标 (见图3) , 在胎架搭设区模拟正立面180×10主结构钢桁架。竖向采用180×10圆管, 依据z轴高度尺寸切割、焊接固定, 实现胎架搭设模拟现场。搭设过程中使用RTS机器人全站仪对180×10主结构钢钢架进行校核、固定。竖向固定用圆管底部焊接支座, 侧面焊接斜撑, 防止固定圆管偏心、位移, 保证胎架整体尺寸。

2) 搭设操作平台

操作平台为满堂脚手架, 满铺5cm厚木跳板, 用钢丝绑扎, 四周为1 100mm高围护栏杆。脚手架底高1 800mm, 按照7°向上斜坡。操作平台高度应保证工人正常操作。

为加快现场安装进度, 铝板单元龙骨采用半装配化施工方式, 铝板单元龙骨在现场胎架上制作成型。钢架分为左立柱、中立柱、右立柱。根据第2次放线数据调整后提取出的铝板幕墙龙骨点位, 进行铝板单元主龙骨的定位, 并根据现场定位对幕墙龙骨进行焊接拼装。

1组立柱有2~3段200mm×200mm×10mm弧形钢方通组成, 钢方通拉弯加工成型后根据单管组装图进行组装加工, 并进行端部斜角切割。拼装时采用热镀锌钢插芯将2~3段钢管插接拼焊。

钢方管弯曲完成2d后进行弯曲度二次校核, 误差超过5mm需要及时修改。

按照BIM模型数据制作钢桁架;桁架定位及校核采用RTS机器人全站仪, 内容包括:定位200mm×200mm×10mm钢方通中心点、定位铝板固定角钢架中心点、定位铝板固定角钢架拱高、铝板固定角钢端点定位、定位100mm×100mm×4mm钢方通中心点、校核所有点位, 避免安装误差, 如图4所示。

1) 定位200mm×200mm×10mm钢方通上端口中心点, 按条从门拱处向上将钢方通满铺固定, 钢方通焊接时钢材端头倒坡口, 采用V形坡口焊。

2) 2块12mm厚钢板采用M16螺栓连接成整体;为防止进水, 端口采用钢板焊接封堵。

3) 上下100mm×100mm×4mm钢方通铺设, 临时固定。

4) 铝板固定钢架按图在组装钢板平台上划控制线, 比对尺寸后焊接加工。

5) 按照限位点控制铝板角钢位置, 并与上下100mm×100mm×4mm钢方通焊接固定。

6) 上下100mm×100mm×4mm钢方通按照角钢架控制点位置进行调节固定。

7) 焊接横向100mm×100mm×4mm支撑方通, 钢方通焊接时需预留3~5mm间隙, 采用I形焊接。

8) 防腐处理 (2道环氧富锌防锈底漆, 2道环氧云铁灰防锈中间漆, 2道面漆) 。

铝板固定在桁架上, 为了保证稳固、平滑, 铝板密拼缝按照要求加设销钉, 自下而上插接安装。铝板单元有密拼缝和打胶缝, 施工中按照铝板编号安装。铝板角码固定点有缝隙处, 加垫铝条保证铝板安装的稳固, 硬性接触时铝板角码下方需加橡胶垫。铝板角码固定用紧固件, 采用不锈钢自攻钉, 铝板打胶前, 需粘贴美纹纸, 防止铝板表面污染。

加工完成的铝板单元桁架最重1.5t, 铝板单元最长为13m;体育场主体钢结构最低点约为26m, 最高点为49m。采用25, 50t两种型号汽车式起重机进行吊装。板块按照顺序从门拱处起底吊装, 依次向上延伸。

铝板单元采用2部手动葫芦临时固定于幕墙辅助钢结构上, 通过对BIM模型中点位提取以及对现场测量放线进行调整, 利用定制对插转接件, 将铝板单元固定于幕墙辅助钢结构上。单块铝板单元与铝板单元之间采用调节螺栓以及限位钢板进行限位、固定, 同时此处具有伸缩缝功能。

调节完成后点焊固定, RTS机器人全站仪校核端口控制点完毕后满焊固定。吊装注意要点如下。

1) 吊装时严格落实高空作业安全施工方案防护措施, 安排专职安全员巡视。

2) 铝板单元拼装、吊装、运输过程中注意成品保护, 防止铝板摩擦受损。

3) 铝板单元运输过程中垫木方, 吊装钢架两侧采用飞机带绑扎固定牢固, 防止板块脱落。

4) 侧向采用防风绳, 设置定向滑轨, 防止板块侧倾摇摆。风力超过5级时, 停止吊装。

5) 板块吊装时四周设警戒线, 禁止行人通行, 防止板块脱落伤人。

6) 铝板单元焊接固定时, 铺设防火布, 防止铝板烫伤。

7) 安装完毕后, 利用RTS机器人全站仪对整体安装区域进行扫描, 扫描数据对比BIM模型, 如有偏位, 通过调整铝板面板胶垫高度等方法进行细微的面板调整。

超长变截面螺旋铝板单元整体组装技术将RTS机器人全站仪结合BIM技术运用于放线、安装、调整及变形监测的整个过程;通过在现场1∶1放样模拟正立面180×10主结构钢桁架, 实现胎架搭设, 地面拼装后整体吊装, 施工安全得到有效保障, 安装速度明显提升, 在保证施工质量前提下, 提高了安装工效。