異型空間幕墻三維掃描測量與彈性可調安裝施工工法完成單位：申報時間：2015年7月1前言2當前異型空間造型的建筑幕墻越來越多，設計師為實現此類造型，往往采用結構復雜的鋼結構作為主體基層，由于此類鋼結構存在制作安裝誤差較大，溫度變形大，空間角度變化多等問題，導致幕墻玻璃的規格尺寸各異，下料制作周期長，而且安裝困難，變形應力大，玻璃易破碎等，傳統的放線測量下料和安裝技術不論從操作安全性、準確性，還是從進度、成本、質量等方面均已不能滿足此類項目的需求。針對以上問題，在2014青島世界園藝博覽會植物館幕墻工程等項目異型空間幕墻工程的施工中，研究實施了三維激光掃描測量下料、基于實體的深化設計及彈性可調安裝等新技術，很好地解決了以上技術難題，并總結提煉形成本工法。效果圖效果圖3該工法中的關鍵技術于2015年4月通過山東省建筑工程管理局的專家鑒定，總體技術水平達到國內領先。科學技術成果鑒定證書4該工法中的關鍵技術于2015年6月通過了青島市科學技術信息研究所組織的查新鑒定，技術先進，創新性較高，國內尚無其他相關技術研究。由青島市科學技術信息研究所出具的科技查新報告5采用本工法施工的“2014青島世界園藝博覽會植物館幕墻工程”和“2014青島世界園藝博覽會睡蓮博物館幕墻工程”作為2014青島世界園藝博覽會主場館之一，憑借精湛的施工工藝、高標準的施工質量順利評為“2014～2015年度中國建設工程魯班獎（國家優質工程）第一批入選工程”。2014～2015年度中國建設工程魯班獎（國家優質工程）第一批入選工程名單6已成功應用于包括2014青島世界園藝博覽會植物館幕墻工程、2014青島世界園藝博覽會睡蓮博物館幕墻工程、青島市偉東城市廣場項目幕墻工程中，技術先進，經濟合理，具有良好的市場前景。2014青島世界園藝博覽會植物館效果圖2014青島世界園藝博覽會睡蓮博物館效果圖青島市偉東城市廣場項目幕墻工程效果圖72工法特點81、采用三維激光掃描、免棱鏡測量與鋼結構無線變形監測相結合的技術，通過AUTOCAD軟件對建筑的三維實景模型進行逆向重建，從而快速完成建筑幕墻尺寸的確定，進行批量下料。2、采用特制的球鉸夾具，實現幕墻單元的多向可調彈性安裝，消化施工尺寸誤差，同時，可多塊玻璃多角度同時安裝，數量可任意增減，安裝速度快。3、采用本工藝，玻璃破碎率低且無需人工攀爬測量，安全可靠。工法特點93工藝流程及操作要點10平面控制網建立立→平面控制測測量→高程控制制測量→燭點布布設（變形監測測）→三維掃描描→內業處理→→坐標轉換→空空間定位→虛擬擬放樣→批量下下料→夾具底盤盤安裝→絲桿及及中心球鉸調節節→玻璃試裝→→肋板嚙合調節節→玻璃對稱安安裝→反復調節節到位→夾具面面板安裝→打膠膠→清理保潔工藝流程11平面控制測量12高程控制測量13燭點布設安裝14三維激光掃描15場館逆向建模ACDABCD三維空間虛擬放放樣生成玻璃尺寸下下料表16夾具底盤安裝絲桿及中心球鉸鉸調節幕墻玻璃試裝18玻璃對稱安裝19反復調節到位、、夾具扣蓋安裝裝玻璃打膠、清理理保潔201平面控制網建立立。根據建筑物的形形狀、大小、所所處的位置等，，沿建筑物四周周布設若干個主主要控制點。控控制點之間的距距離須相對均勻勻、前后通視良良好且在測量儀儀器誤差允許的的測量距離內，，然后由測繪院院提供的基準點點坐標，采用閉閉合導線作業測測量法，即可建建立城市坐標系系下的控制網。。2平面控制測量。。平面控制測量的的主要目的是獲獲取控制網上所所有控制點的平平面坐標，即（（x,y）坐標，該工序序通過全站儀測測量角度和距離離，依次推算各各個點的坐標（（起始點為已知知城市坐標系點點）。操作要點點如下，平面控控制測量示意見見圖1。第一部分：三維維激光掃描測量量、下料操作要點21圖1平面控制測量示示意圖222.1利用全站儀測量量轉折角βi和邊長Si。2.2根據已知點Ｎ和和定向點Ｍ的坐坐標，計算MN的方位角。2.3然后根據方位角角計算公式，計計算每條邊的方方位角。2.4根據閉合網進行行方位角平差和和坐標增量計算算和改正。2.5計算每個點的坐坐標。3高程控制測量。。根據電子平面圖圖先進行圖上選選點，然后到現現場根據測區環環境進行實地選選點，布設若干干個控制點，每每個導線點均以以水泥墩或者木木樁+釘子作為標志，，并做好點記。。高程控制測量量的主要目的是是解決三維坐標標的“Z”值問題，由此此，通過平面控控制測量和高程程控制測量，（（x,y,z）的值均可以得得以解決。23圖2高程控制測量示示意圖244安設燭點。鋼結構管桁架的的每個相貫線的的節點處均有焊焊接的幕墻球鉸鉸基座，為了獲獲取球鉸基座形形心的坐標點，，需在每個球鉸鉸基座上安設樹樹脂燭點，當掃掃描儀工作時，，可以準確的捕捕捉到該點的坐坐標。5變形監測。采用應變計無線線監測系統對鋼鋼結構卸載到幕幕墻安裝全程監監測,及時監測其豎向向變形、支座位位移、及應力的的變化情況,分析鋼結構的安安全穩定性,保證結構安全，，為后續三維掃掃描及安裝提供供保障。遠程無無線自動化數據據采集系統各傳傳感器采集的數數據曲線見圖3.25圖3無線檢測數據曲曲線無線傳輸模塊266三維掃描。待結結構變形監測數數值穩定后采用用三維激光掃描描儀分區掃描所所有燭點形成點點云數據。掃描描過程中，不僅僅需掃描到燭點點，而且要覆蓋蓋該部分的控制制點的坐標，這這樣，便于后續續的坐標轉換。。三維掃描分區區示意見圖4。7內業處理。通過過內業處理，將將掃描儀中的點點云數據轉換成成坐標數據。8坐標轉換。在幕幕墻球鉸基座坐坐標掃描后，需需將所掃描點（（或對象）的坐坐標轉化成城市市坐標系下的坐坐標。具體轉換換方法為：控制網系中坐標標A0（X0,Y0,Z0）掃描坐標系中A1(X1,Y1,Z1)掃描坐標系中目目標點A2（X2,Y2,Z2）相對坐標差控制網系（城市市坐標系）與掃掃描坐標系對目目標點A2進行坐標轉換：：2712634578圖4掃描區域分區示示意289空間定位。根據據所得的燭點的的坐標系值，采采用計算機輔助助設計的方式，，建立空間定位位模型。10虛擬放樣。以上上工序之后，即即可獲得所測區區域的三維空間間定位控制點，，由此，可以借借助計算及進行行虛擬放樣，為為后續工作做好好模型鋪墊。三三維空間虛擬放放樣見圖5。圖5三維空間虛擬放放樣2911批量下料。提取取每塊玻璃的尺尺寸信息，形成成下料單，工廠廠定制加工。圖6玻璃尺寸三維信信息表301夾具底盤安裝。。根據設計要求求、料單進行夾夾具底盤安裝。。2絲桿及中心球鉸鉸調節。夾具底底盤安裝完畢后后，應分區分段段對絲桿及中心心球鉸進行整體體調節，確保幕幕墻玻璃安裝標標高、角度基本本符合設計要求求。絲桿及中心心球鉸調節。3玻璃試裝：1）玻璃整體安裝順順序應依據建筑筑物構造特點分分區分段進行。。各區段宜按照照自下而上，先先易后難，由曲曲率變化較小面面延伸至曲率變變化較大面的順順序依次安裝。。2）節點玻璃安裝裝。利用汽車吊吊及玻璃吊裝專專用吸盤將玻璃璃根據料單編號號放在調節好的的球鉸夾具玻璃璃肋隔板之間，，隔一布一。4肋板嚙合調節。。根據初裝的玻玻璃調節肋隔板板，確保肋隔板板之間間距適中中，保證各個方方向幕墻玻璃準準確入位。5玻璃對稱安裝。。將各個間隔之之間的玻璃對稱稱安裝就位，完完成該節點內各各塊玻璃的安裝裝。第二部分：幕墻墻彈性多向可調調安裝316反復調節到位位。反復調節節絲桿高度、、球鉸角度確確保玻璃安裝裝平整順滑，，滿足觀感要要求。7夾具前壓蓋安安裝。各個球球鉸夾具處玻玻璃安裝完畢畢后，將夾具具前壓蓋用螺螺栓擰緊。8打膠。玻璃安安裝后，先清清理板縫，然然后嵌入泡沫沫條，泡沫條條嵌好后，貼貼上防污染的的美紋紙，避避免密封膠造造成污染。貼貼美紋紙應保保證縫寬一致致，美紋紙貼貼完后進行打打膠，膠縫要要求寬度均勻勻、橫平豎直直，縫表面光光滑平整。打打膠完成密封封膠半干后撕撕下美紋紙。。刮膠部位，，要注意縫寬寬。用橡膠刮刮刀進行刮膠膠，刮刀根據據大小、形狀狀能任意切割割。325效益分析析33以2014青島世界園藝藝博覽會植物物館幕墻工程程為例，綜合合考慮質量控控制、成本造造價以及對工工期的影響等等三個方面，，與目前常用用的三種可行行方案進行經經濟分析比較較，見下表。。方案經濟效益益分析對比表表通過對以上三三種方案成本本測算分析，，方案三較方方案一、方案案二人工費、、材料費、管管理費分別降降低約952.8萬元、132.8萬元，工期提提分別前約4.5個月、2.5個月左右，截截止2015年5月未發現玻璃璃破損現象，，大大減少了了后續維修費費用，經濟效效益十分顯著著。1經濟效益分析析序號方案名稱測量費材料費管理費測量下料周期安裝工期方案一全站儀測量，人工尺量下料，帶龍骨安裝18萬7920萬650萬4個月9個月方案二全站儀測量，人工尺量下料，多向可調彈性安裝18萬7200萬550萬4個月7個月方案三三維掃描測量下料，多向可調彈性安裝施工10.2萬7200萬425萬1.5個月7個月34采用本工法不不僅施工安全全、節省人工工，加快工期期，而且施工工質量非常高高，完美的呈呈現了設計效效果，給海內內外游客呈現現一幅精美的的視覺盛宴。。同時，運用用三維掃描模模型重建，也也是符合建筑筑業發展的BIM技術，科技、、綠色、節能能環保，社會會和環保效益益十分顯著。。2社會和環保效效益356應用實例例36本工法已已成成功應用于包包括2014青島世界園藝藝博覽會植物物館工程、2014青島世界園藝藝博覽會睡蓮蓮博物館、偉偉東城市廣場場項目工程中中，取得了明明顯的技術經經濟效果。37實例一：2014青島世界園藝藝博覽會植物物館2014青島世界園藝藝博覽會植物物館幕墻工程程位于青島市市天水路以北北，百果山森森林公園內，，占地面積2.44公頃。本工工程地下一層層混凝土結構構、地上一層層鋼結構，總總建筑面積22749㎡，其中地上上建筑面積13522㎡，地下建筑筑面積9227㎡，是全亞洲洲最大的鋼結結構植物館之之一，也是世世界上唯一一一座把海洋展展區建在山區區的建筑物。。植物館地上上主體結構為為大跨度不規規則空間三角角管桁架網格格結構，圍護護構造為玻璃璃幕墻。圖7植物館效果圖圖38圖8植物館幕墻工工程完成效果果39實例二：2014青島世界園藝