基于BIM技术的刻字干挂石材幕墙施工技术

随着人民生活水平的不断提高，大量公共建筑应运而生，建筑设计在综合场馆设计上，更多倾向选用石材，因其庄重、质朴的材料品性展现了建筑师的设计风格，使建筑物更具时代感，开槽背锚式石材干挂施工工艺，利用石材具有高耐腐蚀性，冷暖温差变形小，从而有效克服了板材内部的附加变形应力，其施工方法简单便捷，同时利用BIM信息化技术，通过三维虚拟建造技术，模拟了刻字石材幕墙板的安装全过程，使施工人员对操作的重点、难点有了深入、细致的理解，确保了工程质量安全，并圆满完成了施工任务。

1   工程概况

济南市长清区四馆（图书馆、文化馆、博物馆、档案馆）项目幕墙工程，位于长清区文昌片区清河街以北、莲台山路以东、宾谷街以南、东至规划路，结构形式为框架剪力墙结构,总建筑面积57694.50m ² ，其中外墙石材幕墙工程中，图书馆及文化馆南立面，刻字石材厚度为40mm厚干挂石材，其它立面石材均为30mm厚干挂石材，该石材幕墙工程于2020年5月开始施工，2020年11月竣工。如图1、图2所示。

图1工程全景图

图2南立面刻字图

2   工艺原理

前期利用BIM技术对石材幕墙进行建模，对结构受力特点进行分析，布置合理的幕墙预埋件，然后布设主龙骨及次龙骨，采用金属连接角件，固定在主体结构钢骨架上，在石材背面利用电锯开槽，使用结构胶安装固定，其中每块石材大小控制在1.2?m ² 左右，石材板块的加工与龙骨安装可分别进行，这样可大幅提高施工效率。

3   工艺流程和操作要点

3.1   工艺流程

施工工艺流程：利用BIM技术建模→对幕墙进行测量定位放线→墙体处理，安置预埋件→安装主、次龙骨→连接铝合金固定件→石材安装→勾缝、密封、打胶。

3.2   操作要点

（1）BIM建模优化设计。

为保证刻字石材立面效果，加工运输施工方便快捷，先对石材幕墙图纸进行BIM优化设计。

（2）定位放线。

以各楼层50cm水平控制线为基准，控制幕墙石材的水平线和垂直线，以建筑物立面中间墙体窗口中心线为依据，向墙体两端测量放线，然后由墙体端部向窗口中部倒推复核，误差要求在设计允许误差之内。

（3）外墙墙体表面处理。

为保证主龙骨纵向铅垂度满足规范要求，先用剁斧将结构主体混凝土外墙面剁平，如遇模板穿墙洞用干硬性砂浆分次做填补捣实处理。

（4）主龙骨预埋件安设。

在建筑物主体施工阶段，幕墙专业施工队伍要将预埋件及时准确埋设，并与混凝土同时浇筑，误差要求控制在纵向不大于10mm，水平方向不大于15mm，如在主体施工过程中，预埋件单向出现误差，可通过焊接角码补长，如双向出现误差，则应对预埋钢板进行焊接加补处理，使其节点受力强度满足图纸设计要求。

（5）主龙骨安装。

首先根据BIM图纸，将运到工地的立柱运到指定地点进行编号存放，由底部向上逐次安装，两根立柱要留有一定间隙，连接角码与套芯要提前固定到主龙骨上，缝隙间距不小于20?mm，按照建筑物结构标高及现场弹设在建筑物的轴线，在埋件上临时点焊角码，确认无误后，再行施焊，上下节主龙骨钢管与钢管连接套芯通过不锈钢螺栓牢固固定，确保上下节钢管立柱能够可靠连接，同理完成后续钢管立柱的施工，而后用经纬仪对龙骨进行复测检查调整。

（6）次龙骨安装。

首先在主龙骨热镀锌钢方管120×60×4侧面打孔，用M10螺栓通过金属角码与次龙骨L50×5热镀锌角钢连接，在与主龙骨热镀锌钢管接触面处开设椭圆形孔洞，以便灵活调整，M10螺栓将次龙骨L50×5热镀锌角钢固定牢固，进行检查复核后，进行金属挂件固定，确保石材位置安放准确。

（7）石材挂件的安装。

挂件安装是幕墙施工中的重要步骤，其施工质量好坏将决定石材幕墙的表面平整度，施工中采用断续连接方式，用螺栓与次龙骨L50×5热镀锌角钢连接，石材板块的开槽部位要留有余地，以石材能在水平方向适当调整为宜。

（8）层间防火。

因石材幕墙与混凝土结构墙体有一定的间隙，一旦发生火灾要能阻断火势，在楼层楼板面处，需在石材板材与结构主体之间设置岩棉阻火带，在结构主体一侧采用射钉连接方式固定耐热钢板，另一侧固定在水平龙骨上，上部设置A级不燃材料岩棉做防火处理。

（9）石材安装。

1）工厂加工制作的石材要在现场进行二次复验，要确保满足BIM设计图纸的尺寸精度要求，把金属挂件用螺栓固定于次龙骨上，石材安装由下而上的步骤展开，对石材连接点利用机具进行开槽，然后在其上安装金属挂件，并进行微调，确保挂件受力均匀，石材表面垂直，依次完成外墙石材幕墙安装。

2）石材精准度控制：为防止施工误差，以每层楼50cm水平线为准，全面检查石材安装累计误差，误差要求≤±2mm，如误差超过要求，需在上层石材安装时进行调整，并通过经纬仪，精确检测确保外墙石材安装的准确性。

（10）缝隙打胶。

经相关单位人员检查验收合格后，在缝隙两侧贴上保护带，然后对缝隙进行仔细清理，防止污染石材，对石材板缝灌注结构胶，注胶完成后撕下保护带，完成打胶操作。

（11）清理与成品保护。

1）清理检查：首先确定螺栓的紧固程度，刻字石材板块的垂直平整度，缝隙误差，清理表面轻微污染，确保安装符合验收标准。

2）保护：距地面≤1.8m高处采用金属挡板围护，防止人员磕碰，＞1.8m以上墙面采用密目网进行封闭保护。

4   材料

原材料质量的好坏与工程质量密切相关，必须高度重视，因而要对进场石材板与金属连接件进行严格把关，要对材料商的诚信、质量、价格、生产能力、售后进行全面评估，而后才能签订供货合同。

4.1   石材选择

用GB 18601—2009《天然花岗石建筑板材》标准选择石材，用GB/T 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》标准确保选购的石材不危害人体健康。

4.2   主龙骨及次龙骨

要查验热镀锌钢管及角铁的出厂合格证及产地证明、金属元素含量、力学性能检测指标满足规范要求。

4.3   专用配件

预埋件钢板选用Q235B碳素结构钢，锚爪用HRB?400钢筋制作，连接金属角码要满足JGJ133—2001《金属与石材幕墙工程技术规范》相关要求，在螺栓的选用上，要确保螺栓已进行过防腐、防锈处理。

4.4   幕墙胶

查验胶的型号、生产厂家、有效期、幕墙结构胶的邵氏硬度等证明文件，并要求生产厂家提供具有正规资质检测部门出具的检验报告。

5   质量控制

5.1   施工过程中执行的国家及行业标准

GB/T 21086—2007《建筑幕墙》。

GB/T32834—2016 《干挂饰面石材》。

GB/T32839—2016《干挂石材用金属挂件》。

5.2   幕墙安装允许偏差

幕墙安装允许偏差按表1规定执行。

表1幕墙安装允许偏差表          mm

5.3   质量保证措施

（1）预埋件焊接与保护：施工前对预埋件焊缝高度进行检查，防止出现未焊满、咬边、根部收缩等现象，在混凝土振捣时，在接近预埋件处要小心振捣，防止触碰预埋件，发生变形，如遇变形，要及时调整到位，确保预埋件浇筑质量。

（2）防水要求：为确保干挂石材板件有利于抗震及自由伸缩，因而板材之间留有10mm左右的缝隙，为防止外界雨水渗入，要确保结构胶和密封胶的打胶质量不留 隐患。

（3）幕墙四周主体结构之间的缝隙，特别是左右两侧，应用防火密封胶封闭，确保严密。

6   安全与环保

（1）施工中严格按照国家和地方相关规范标准，加强施工管理及作业人员的岗位责任制考核，对操作人员要加强技术培训与交底，确保安全作业。

（2）电工、焊工等特殊工种作业人员均要求持证上岗，焊接作业时需先办理动火证，施工作业时下层需设立防火监护人，避免焊渣坠落引起失火。

（3）登高作业人员，要求在正确佩戴安全帽的同时，安全带要系挂牢固可靠结构物上，并锁好保险钩，高处作业人员操作工具要注意随时存放在安全包内，不得随意 堆放。

（4）用电设备要执行一机一闸漏电开关，现场临时用电要架空布设，在过路面处的电线要加设钢套管保护，防止压裂从而导致人员触电。

（5）石材幕墙全部在工厂完成加工生产制作，运输车辆尾气排放标准要求，进场运输石材的车辆进场前要经过洗车台冲刷，防止污染现场环境。

（6）在现场主要作业区高处架设雾炮，确保消尘效果，同时设置噪声实时监测装置，防止噪声扰民，幕墙作业时，如用强噪声机械，要尽量控制在白天使用，防止噪声扰民。

（7）对于幕墙作业产生的包装垃圾、密封材料、清洗剂等可能产生有害的物质要分类收集处理，有害垃圾要运送到环保部门指定的处理场地，避免对环境造成污染。

7   效益分析

应用BIM信息化技术，成功缩短了施工工期30d，经测算，累计节约成本23万元，为企业创造了较高的经济效益，由于施工质量精湛，且防水性能优良可靠，使企业在市场上赢得了较高的社会信誉和口碑。

8   结束语

BIM信息化技术在大型公共建筑刻字石材幕墙施工中的成功应用，与传统干挂石材幕墙施工方案相比，具有低碳环保，缩短建设周期，节约社会资源等诸多优点，为今后智慧建造提供了宝贵的可借鉴施工经验，同时也为企业创造了较高的经济和社会 效益。