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基于三维激光扫描和Rhino建模的复杂造型幕墙施工方法

2025-07-19 118 上传者：管理员

摘要：随着工业现代化和社会经济的高速发展，人们对建筑外观美感的要求越来越高，建筑外立面造型也愈发复杂，结合安义县人民医院新院区建设工程，针对复杂造型要求的铝板幕墙施工质量保证问题，介绍了基于三维激光扫描和Rhino建模的复杂造型铝板幕墙安装施工方法。该方法基于三维激光扫描对建筑构件进行空间尺寸复核，通过Rhino软件建立BIM模型，深化龙骨加工制作模型图和铝板安装排版模型图，实现对龙骨和铝板做到精准下料及加工，操作便捷，质量可靠，取得了较好的经济效益和社会效益，具有较好的推广应用前景。

关键词：
Rhino建模
三维激光扫描
复杂造型
建筑美感
铝板幕墙
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幕墙作为一种集建筑美学､轻量化和实用性于一身的外立面装饰工程,对建筑美感和形式进行了前所未有的探索｡从传统的笔直立面的单一结构形式到单曲面再到双曲面的复杂形式,尤其是各种材质搭配,凹凸､曲折的墙体不同组合,造型新颖多变,不拘一格,虚实结合,给人以强烈的视觉效果,为现代都市外观增添了韵味,但特殊造型的奇特性也直接导致了施工难度大大增加｡因此,迫切需要一种可保证复杂造型下铝板幕墙安装质量的施工方法,为类似铝板幕墙高质量施工提供技术支持｡以此为契机,本文提出了基于三维激光扫描对建筑构件进行空间尺寸复核,将干扰数据处理后得到的关键特征坐标导入Rhino软件中建立BIM模型,接着深化龙骨加工制作模型图和铝板安装排版模型图,不仅可以实现对龙骨和铝板下料进行双控制,做到精准下料及加工,操作便捷,质量可靠,还能最大限度降低材料损耗率｡

1、工程概况

本工程位于安义县鼎湖镇龙安大道旁南边山,安义县人民医院新院区建设工程占地面积83882m2,总建筑面积108687.45m2,如图1所示,地上有4个单体建筑,分别为住院楼､门诊医技楼､后勤楼和感染楼,4个单体外立面均采用幕墙结构,其中门诊医技楼南面存在一个弧形大雨棚,铝板幕墙工程约450m2｡

图1安义县人民医院效果图

2、施工工艺特点

1)可实现生产工业化､标准化,施工装配化｡一方面,铝板龙骨下料可根据BIM模型中龙骨加工要求,在施工现场就可以实现对铝板龙骨的精准加工,减少现场的二次加工;另一方面,所有的铝板可根据BIM排版模型中的尺寸要求进行下料,在铝板厂内精确加工至任意形状,整个现场以安装为主,可实现装配式施工｡

2)实现轻量化绿色施工｡铝板幕墙作为一种轻量化外立面材料,且由于不同规格板材均在厂内标准化生产,避免了铝板材料的二次加工,提高了材料的利用率,降低损耗｡

3)可更好地保证下料模型的建模精确性,适用于各种复杂的形状｡Rhino软件对于曲线､曲面的创建能力出众,弥补了Revit软件在此方面的欠缺｡此外,Rhino建模过程中是通过Grasshopper实现参数化设计,Grasshopper是基于Rhino(犀牛)软件的一款参数化设计软件｡Rhino在其多视角显示模式下可以更为轻松､便捷､准确地绘制自由曲线､异形曲面,并由此生成复杂形体｡

4)具有良好的节能环保特性｡铝板幕墙施工后不会对周边环境造成任何污染,同时还具有一定的隔热､隔音等节能效果,符合现代建筑节能环保的要求｡

5)可节约铝板龙骨料加工成本｡标准龙骨是根据加工图进行现场切料,针对特殊弧形龙骨,标准弧形龙骨批量采用弯弧机,而零星弧形龙骨则采用人工切割拉弯的方式｡

3、关键技术实施

3.1现场实际尺寸复核结合工程项目特点,本工程采用徕卡BLK360三维激光扫描技术对幕墙工程进行深化设计与指导施工,通过建立高精度的控制网络,然后利用3D扫描技术对慢扫描结构进行实维审查,得到所有结构信息,包括各种图像的3D模型､坐标数据､像素和其他相关测量数据｡测量点支架上安装了3D可调适配器｡3min内可以实现全景扫描､拍照及热成像,得到已完工构筑物的现场实际尺寸,如图2所示

图2现场钢结构实际完工尺寸复核情况图

3.2图纸深化

在初版模型的基础上利用Rhino软件进行参数化建模,使用Grasshopper建立参数化模型,按照优化技术对钢结构雨棚的每一块面板的板面翘角和拱高进行分析｡针对现场实际情况,先对弧形铝板进行分格,确定明胶缝位置和弧形铝板固定点,并确定龙骨的位置和形状,基于此绘制龙骨和铝板加工图｡最终得到龙骨加工图和铝板拼装的深化图如图3,图4所示[1-3]｡

3.3焊接连接件

在主体结构的柱上焊接连接件固定骨架,这一步骤是确保幕墙的铝板骨架与主体结构正确连接的关键,因此对于烧好的连接件,需保证连接件两边都必须满焊[4]｡

图3龙骨加工布置深化大样图

图4铝板排版安装布置深化大样图

3.4测量定位放线

根据铝板幕墙深化后的分格大样图和标高控制点､进出口线及轴线位置,采用全站仪对控制点位进行定位放样,采用重锤､钢丝线､测量器具及水平仪等测量工具在主体结构上测出幕墙平面､分格及转角基准线,为铝板幕墙安装提供基准点位[5]｡

3.5铝板龙骨及铝板下料

针对龙骨下料阶段,主要采用40×40×3的标准镀锌方钢和镀锌角铁,考虑到实际使用过程中还存在拉弯情况,为节约拉弯及材料加工成本,对主要的弧形材料统一采用6000mm长度,可实现批量加工,而针对零星的弧形龙骨,则由人工根据拉弯半径进行人工弯折｡铝板加工要准确贴合现场实际尺寸,造型符合加工图要求,基于铝板排版安装深化图中的材料尺寸,向铝板加工厂下料,铝板进场后质量管理人员要对其质量进行检查,做好材料进场验收工作,特别是铝板的厚度､交界处的焊点和角码点位等,对于不合格的铝板要求供应商退场更换｡

3.6安装铝板龙骨

依据放线所得到的龙骨点位,首先进行点焊固定龙骨,调整龙骨的垂直度､水平度等参数,使得龙骨焊接误差满足铝板安装的要求后方可进行满焊作业,焊缝宽度不得小于6mm,待焊缝冷却后敲除焊渣并喷刷防锈漆｡

3.7安装铝板

根据铝板安装排版深化图中的编号对铝板进行分类,铝板安装前进行试装,确认无误后在铝板折边处角码的位置打入铆钉,弧形铝板的角码固定在铝板竖龙骨横向端和横龙骨上[6]｡

3.8打胶

首先在板间接缝两侧贴好蓝色保护胶带,将胶缝部位做好净化处理,去除杂质,净化后及时进行注胶施工,注胶后使用专用的刮胶板刮掉多余的胶,并做适当的修整,拆掉蓝色保护胶带并及时清理胶缝四周(见图5)｡

图5接缝注胶

3.9铝板幕墙表面清洗

在幕墙施工过程中,幕墙板块表面难免会出现腐蚀的粘附物等,故在铝板安装完成后,及时用中性清洁剂清洗幕墙表面,并用清水冲洗干净,做好成品保护｡

4、施工工艺效益分析

4.1经济效益使用本方法完成铝板幕墙工程约450m2,经核算部门核定,产生经济效益35820元｡详细计算表如表1所示｡

表1工法经济效益评价分析表