高鐵站高跨空間吊裝裝飾裝修分析

高鐵站高跨空間吊裝裝飾裝修分析

1高鐵航站樓建筑裝飾裝修應(yīng)用效果近年來(lái)，我國(guó)長(zhǎng)距離建設(shè)蓬勃發(fā)展，鐵路建設(shè)項(xiàng)目、站區(qū)工程和相關(guān)房建工程日益增加。高鐵站的數(shù)量越來(lái)越大，高鐵列車的等待界面越來(lái)越大，裝飾項(xiàng)目的質(zhì)量越來(lái)越高。不同于普通民用建筑和普通公共建筑，高鐵站房建筑裝飾施工技術(shù)存在其獨(dú)有的具有鐵路特色的規(guī)范準(zhǔn)則、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量要求。尤其是高鐵站房等公共建筑類高跨空間吊頂由于其跨度大、高度高、施工面積大等特點(diǎn)，與普通吊頂裝飾裝修有較多不同。在以上研究背景的基礎(chǔ)上，依托濟(jì)青高速鐵路紅島站項(xiàng)目及魯南高鐵臨沂北站項(xiàng)目(如圖1、圖2所示)，對(duì)高跨空間下的曲面吊頂結(jié)構(gòu)固定技術(shù)、逆向法施工、裝配式工藝及BIM+深化設(shè)計(jì)技術(shù)綜合應(yīng)用進(jìn)行全面地研究，以期對(duì)類似工程提供借鑒和參考價(jià)值。主要從高跨空間吊頂結(jié)構(gòu)固定、逆向法施工、裝配式設(shè)計(jì)施工、BIM+深化技術(shù)四個(gè)方面加以介紹和論述。2專業(yè)技術(shù)研究2.1大跨空間吊桿吊裝設(shè)計(jì)橫向跨越60米以上空間的各類結(jié)構(gòu)可稱為大跨度空間結(jié)構(gòu)。常用的大跨度空間結(jié)構(gòu)形式包括折板結(jié)構(gòu)、殼體結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)、充氣結(jié)構(gòu)、篷帳張力結(jié)構(gòu)等。高鐵站房屬于大型空間結(jié)構(gòu)，尤其是候車大廳，候車乘客較多，安全始終是第一位。吊頂與鋼結(jié)構(gòu)固定連接及吊頂鋁板固定連接的有效性是決定吊頂安全的關(guān)鍵因素。紅島站高架候車大廳東西向跨度達(dá)180m，南北向跨度達(dá)280m，屋脊吊頂最高點(diǎn)距地面近30m，是典型的大跨網(wǎng)架空間結(jié)構(gòu)，紅島站高架候車大廳效果圖如圖3所示。候車大廳吊頂分為鋁板吊頂和遮陽(yáng)兩大系統(tǒng)，由鋁板、穿孔鋁板、電動(dòng)遮陽(yáng)簾等組成，面積約5萬(wàn)㎡。紅島站高架候車大廳吊頂系統(tǒng)跨度大、不平整，在設(shè)計(jì)上存在較大難度。一般民用建筑吊頂采用均布吊桿體系，采用間距900～1200mm的鋼筋吊桿，通過(guò)連接件直接固定于主體樓蓋或屋蓋上。一般大空間高跨吊頂?shù)闹С薪Y(jié)構(gòu)要設(shè)轉(zhuǎn)換層，轉(zhuǎn)換層通過(guò)少量的節(jié)點(diǎn)吊桿懸掛在主體屋架上，再通過(guò)布設(shè)轉(zhuǎn)換層上的“水平向”構(gòu)件來(lái)滿足一般吊頂空間所需的吊桿支撐點(diǎn)要求。設(shè)置支承轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)層時(shí)，轉(zhuǎn)換層的上端與主體鋼結(jié)構(gòu)的受力節(jié)點(diǎn)連接，下部設(shè)置滿足普通吊頂?shù)鯒U懸掛所需要的骨架構(gòu)件。大跨空間吊頂大多采用在原鋼結(jié)構(gòu)桁架下弦梁桁架上安裝焊接L型帶肋鋼板支座，將主龍骨C型鋼利用螺栓與L型帶肋鋼板支座連接。采用焊接方式雖然能夠避免減損材料的截面積，能充分利用材料，但是在鋼結(jié)構(gòu)的使用過(guò)程中鋼結(jié)構(gòu)焊接的部位容易發(fā)生劣勢(shì)變化，在焊接中多見(jiàn)的是延遲裂紋，它主要的特點(diǎn)就是焊接后不會(huì)立即出現(xiàn)，而是有一段“孕育期”，隨著時(shí)間的推移逐漸地發(fā)展成為危害性的裂紋。由于裂紋產(chǎn)生與擴(kuò)展的延遲性，使得無(wú)法在工件焊接完成后無(wú)損檢測(cè)和試驗(yàn)中被及時(shí)地發(fā)現(xiàn)和識(shí)別。往往使用中裂紋擴(kuò)展，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)破壞，從而危及吊頂主龍骨的固定，對(duì)整個(gè)吊頂系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成巨大威脅，嚴(yán)重時(shí)吊頂會(huì)脫落砸傷候車人員。紅島站項(xiàng)目中，為保證吊頂轉(zhuǎn)換層鋼骨架與鋼結(jié)構(gòu)的有效連接，不破壞鋼結(jié)構(gòu)的材料特性，在大跨度吊頂設(shè)計(jì)中采用了抱箍件將水平吊筋結(jié)合L60×60×6mm的鍍鋅角鋼與鋼結(jié)構(gòu)檁條栓接固定。抱箍與鋼結(jié)構(gòu)檁條摩擦接觸處墊一定厚度的防滑套管，以增大摩擦，固定牢固。為了進(jìn)一步提高安全系數(shù)，防治松脫，鍍鋅角鋼與鋼結(jié)構(gòu)檁條的螺栓連接還使用了雙螺母鎖定。水平吊筋采用L50×50×5mm鍍鋅角鋼，并在兩端鉆Φ12mm孔。水平吊筋通過(guò)螺孔與垂直吊筋使用M12螺栓栓接固定。垂直吊筋采用L50×50×5mm鍍鋅角鋼。轉(zhuǎn)換層采用C120×60×20×2.5mm規(guī)格的C型鋼，間距根據(jù)深化圖紙分格。吊頂具有一定的傾斜角度，C型鋼與垂直吊筋采用螺栓栓接，可以根據(jù)吊頂?shù)膬A斜角度來(lái)調(diào)整C型鋼與垂直吊筋的栓接位置，方便后期C型鋼的傾斜角度調(diào)整，如圖4所示。吊頂面層所采用的穿孔鋁板長(zhǎng)達(dá)4m，極易變形。為了防止自身形變，在鋁單板背面設(shè)置背筋。背筋設(shè)置間隔為300mm，有效增強(qiáng)了鋁單板的強(qiáng)度。鋁板之間的拼接十分重要，需保證拼接的間隙滿足規(guī)定要求，不能影響吊頂鋁板的整體美觀效果。鋁板之間的拼接還需保證牢固性，避免鋁板之間的晃動(dòng)。為了有效保證鋁板之間拼接的牢固性和美觀度，特別設(shè)計(jì)了一種如圖5所示的卡件。鋁板拼接專用卡件上面開(kāi)有鋁板折邊卡槽，還設(shè)置有螺栓孔。此卡件可將兩塊鋁板的折邊緊緊卡在一起，可通過(guò)螺栓孔使用螺栓與吊件下面的方管連接，起到連接鋁板和吊件的作用。高鐵站房屋面為曲面，為了增強(qiáng)美觀效果，與屋面整體曲面效果相協(xié)調(diào)，吊頂設(shè)計(jì)為曲面形式。為了實(shí)現(xiàn)吊頂曲面的造型，選擇正確的吊件是十分重要的。在傳統(tǒng)的裝飾裝修當(dāng)中，吊件既是一種裝飾裝修輔材，又發(fā)揮著極其重要的固定作用。但是遇到弧形、傾斜等不規(guī)則吊頂時(shí)，這種垂直于龍骨的吊件不能滿足施工的需求。在施工過(guò)程當(dāng)中甚至為了曲面造型的實(shí)現(xiàn)，會(huì)變更設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)以達(dá)到設(shè)計(jì)需求，無(wú)形中會(huì)增加設(shè)計(jì)等成本，影響工期。紅島站、臨沂北站項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一種旋轉(zhuǎn)式穿心吊件，有效地解決了此類問(wèn)題。旋轉(zhuǎn)式穿心吊件由吊件、掛件、旋轉(zhuǎn)螺栓三部分組成，如圖6所示。此吊件利用旋轉(zhuǎn)螺栓使掛件與吊件相連并達(dá)到固定龍骨及角度可調(diào)的目的。在使用時(shí)，吊件可根據(jù)龍骨弧度、傾斜度自由調(diào)節(jié)角度，角度確定后可通過(guò)對(duì)旋轉(zhuǎn)螺栓進(jìn)行緊固或在吊件底部打螺釘固定防止吊件下滑。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得吊件與龍骨實(shí)現(xiàn)角度調(diào)節(jié)，滿足不規(guī)則吊頂主龍骨安裝時(shí)吊件充分受力的需求。2.2逆向法施工過(guò)程紅島站項(xiàng)目高架候車大廳東西向、南北向跨度分別為180m、280m，屋脊吊頂最高點(diǎn)距地面近30m。在施工現(xiàn)場(chǎng)同時(shí)進(jìn)行候車層裝飾裝修、機(jī)電安裝、采光頂施工、鋼結(jié)構(gòu)施工等多種作業(yè)，施工作業(yè)面有限，協(xié)調(diào)配合繁瑣。候車大廳吊頂系統(tǒng)施工環(huán)境復(fù)雜，在施工組織上面臨較大困難。候車大廳吊頂形狀為曲面造型，各處的坡向及坡度、各轉(zhuǎn)折部位的曲度不同，大吊項(xiàng)與圓柱、大吊頂與玻璃幕墻接口復(fù)雜。此類大空間、大跨度的吊頂施工若采用傳統(tǒng)搭設(shè)滿堂腳手架的施工方式，勢(shì)必會(huì)對(duì)其他施工作業(yè)面產(chǎn)生交叉影響。項(xiàng)目施工人員創(chuàng)新性地對(duì)候車大廳吊頂施工采用逆向法施工，有效利用屋面鋼結(jié)構(gòu)桁架，使得操作人員由吊頂下部施工轉(zhuǎn)為吊頂上部施工，顛覆了傳統(tǒng)的吊頂施工模式。吊頂?shù)哪嫦蚴┕すに囀且环N新型的施工方式，是從上往下安裝，不需搭設(shè)腳手架，能夠在施工現(xiàn)場(chǎng)建立整體控制網(wǎng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的正確安裝起到了關(guān)鍵的指導(dǎo)性作用，同時(shí)又保證了地面工程其他施工單位組織施工及地面的正常使用，大大降低了工程成本，確保了地面施工、人員通行和材料運(yùn)輸?shù)陌踩?，為?xiàng)目安全可靠運(yùn)行、保證施工質(zhì)量及節(jié)約工期提供了強(qiáng)有力的保障。高跨空間吊頂逆向施工過(guò)程如圖7所示。逆向法施工過(guò)程概況如圖8-圖11所示。(1）鋼結(jié)構(gòu)復(fù)測(cè)及定位放樣如圖8所示，利用智能全站儀點(diǎn)定點(diǎn)時(shí)，通過(guò)放樣點(diǎn)坐標(biāo)值，可計(jì)算空間吊桿長(zhǎng)度及空間龍骨尺寸。利用測(cè)量?jī)x器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)可導(dǎo)出的功能，批量生成轉(zhuǎn)換層龍骨及吊桿的加工料單。(2）抱箍系統(tǒng)安裝抱箍系統(tǒng)配件提前在地面組配好，提升到鋼結(jié)構(gòu)下弦桿層面，當(dāng)下弦桿直徑足夠大時(shí)，工人只需在鋼結(jié)構(gòu)下弦桿上，緊固上面的螺栓即可；當(dāng)下弦桿直徑較小時(shí)，可將跳板固定在下弦桿上作為臨時(shí)施工平臺(tái)，工人在臨時(shí)施工平臺(tái)上緊固抱箍件螺栓即可；當(dāng)局部馬道有妨礙時(shí)，可采用單人鋼筋籠輔助施工。(3）吊桿及主龍骨安裝如圖9所示，轉(zhuǎn)換層龍骨與連接配件及吊桿在地面組配好，并按照不同的區(qū)域進(jìn)行編號(hào)，起吊到鋼結(jié)構(gòu)下弦層面時(shí)，高空作業(yè)人員2人為一組，以跳板為平臺(tái)，將吊桿的螺栓和抱箍連接在一起。(4）安裝配套龍骨如圖10所示，鋁板配套龍骨時(shí)，高空2～3個(gè)人配合，以已施工完成的轉(zhuǎn)換層龍骨做支撐，鋪設(shè)鋼/木跳板作為平臺(tái)，方便固定配件及螺栓；地面由1人配合，搬運(yùn)材料及配合系繩。配套龍骨施工一般3～4名施工人員為一個(gè)小組進(jìn)行安裝。(5）鋁單板安裝（各區(qū)域采用平行施工）如圖11所示，鋁單板在安裝時(shí)，高空2～3個(gè)人配合，以已施工完成的轉(zhuǎn)換層龍骨做支撐，鋪鋼板作為平臺(tái)，方便固定配件及螺栓；地面由1人配合，搬運(yùn)材料及配合系繩。鋁板安裝一般3～4名施工人員為一個(gè)小組進(jìn)行施工作業(yè)。(6）細(xì)部調(diào)整每跨鋁板安裝完成后要根據(jù)整體弧度和面層效果進(jìn)行調(diào)整，確保整體的平整。調(diào)整完成后鋁板卡件和方管要進(jìn)行鎖絲固定。應(yīng)特別注意的是，高跨空間吊頂?shù)陌惭b屬于高空作業(yè)，要采取嚴(yán)密的安全措施來(lái)保障工程項(xiàng)目的順利進(jìn)行，防范高空墜落等安全事故的發(fā)生。吊頂逆向施工與傳統(tǒng)施工方式不同，采用的安全措施也不同，具體如圖12～圖14所示。(1）布設(shè)鋼絲繩生命線。鋼絲繩是安全施工的第一道工序，也是安全風(fēng)險(xiǎn)最高的一道工序。在這一道工序中，必須使用雙鉤安全帶。雙鉤安全帶的一個(gè)掛鉤掛在鋼結(jié)構(gòu)下弦桿上，另一個(gè)掛鉤掛在鐵桿上，始終保證有一道鉤是不松開(kāi)的，起到雙層保護(hù)作用。鐵桿兩端彎起，卡在鋼結(jié)構(gòu)兩根腹桿之間，鐵桿越是往下，卡的會(huì)越緊，既起到扶手的作用，也起到保障安全的作用（見(jiàn)圖12）。在后續(xù)的抱箍件、龍骨、曲面鋁板安裝時(shí)，施工人員必須嚴(yán)格按照要求佩戴安全帽和雙鉤安全帶。在高空作業(yè)時(shí)，可將雙鉤安全帶一條繩子掛在安全鋼絲繩上，另一條繩子系在桿結(jié)構(gòu)桿件上，起到“雙重保險(xiǎn)”作用（見(jiàn)圖13）。(2）滿拉安全網(wǎng)。安全網(wǎng)可以定制，寬度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)的寬度而定，一般長(zhǎng)度方向定為18m左右。安全網(wǎng)的邊繩規(guī)格為?10的高密度聚乙烯合成的錦綸繩，系繩規(guī)格為?6，筋繩規(guī)格為?6，能夠承受75KG的物體從3m高的地方?jīng)_擊不破壞。安全網(wǎng)平鋪在鋼結(jié)構(gòu)下弦桿上，網(wǎng)與網(wǎng)之間用系繩編織在一起，和鋼結(jié)構(gòu)下弦桿連接。下弦桿上滿鋪安全網(wǎng)，對(duì)高空作業(yè)人員能夠起到一個(gè)二次保護(hù)的作用（見(jiàn)圖14）。2.3吊桿的安裝紅島站、臨沂北站候車層吊頂均屬于不規(guī)則吊頂，面積大，弧面半徑不統(tǒng)一。在尋找一定規(guī)律性的基礎(chǔ)上，為更好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)造型，項(xiàng)目采用鋼骨架、鋁板裝配式的安裝方式，將轉(zhuǎn)換層鋼龍骨、吊頂鋁板提前組裝完成，現(xiàn)場(chǎng)直接吊裝的施工方式，可有效加快施工進(jìn)度，節(jié)約施工成本。大空間吊頂?shù)闹С薪Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層通過(guò)少量節(jié)點(diǎn)吊桿懸掛在主體屋架上，通過(guò)布設(shè)轉(zhuǎn)換層上的“水平向”構(gòu)件滿足吊頂空間所需的吊桿支撐點(diǎn)要求。轉(zhuǎn)換層采用C型鋼，在地面預(yù)先將C型鋼與垂直吊筋用兩個(gè)M12螺栓栓接，并根據(jù)不同位置設(shè)置吊筋長(zhǎng)度。將組裝好的轉(zhuǎn)換層鋼骨架起吊到鋼結(jié)構(gòu)下弦層面，高空作業(yè)人員每2人為一組，在操作平臺(tái)上，將垂直吊筋與水平吊筋使用M10螺栓栓接固定。安裝完成后對(duì)C型鋼按設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行順直度調(diào)整。穿孔鋁板規(guī)格為920×3600mm，大約占比60%以上。按照3塊鋁板為一個(gè)單元，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)其進(jìn)行拼裝后固定于龍骨上，通過(guò)機(jī)械設(shè)備將單元式鋁板吊起至相應(yīng)高度后通過(guò)吊件將其和C型鋼固定安裝。具體施工流程如圖15～圖17所示。(1）根據(jù)設(shè)計(jì)方案及施工圖紙對(duì)鋁板分格進(jìn)行單元化，在單元化基礎(chǔ)上進(jìn)行小分格的劃分，組成一個(gè)鋁板組合。(2）將加工完成的鋁板按照鋁板編號(hào)及模數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼裝，用鋁板卡件將3塊鋁板固定在一起。(3）將50×16×2mm的鍍鋅方管按模數(shù)進(jìn)行分段，并按照鋁板模數(shù)穿于鋁板卡件中，鎖絲固定。（見(jiàn)圖15)(4）按照一定間距，將特制的鋁板專用吊件將鍍鋅方管穿入其中（見(jiàn)圖16）。(5）使用機(jī)械設(shè)備將鋁板起吊到轉(zhuǎn)換層下，吊件將單元式鋁板固定于吊頂轉(zhuǎn)換層上，吊裝完成（見(jiàn)圖17）。2.4bim技術(shù)應(yīng)用通過(guò)軟件與硬件的整合，結(jié)合先進(jìn)的智能化測(cè)量放線設(shè)備，將BIM技術(shù)與智能全站儀進(jìn)行集成應(yīng)用，將大型、異形吊頂整體BIM模型融入施工現(xiàn)場(chǎng)，利用BIM模型中的三維空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)智能全站儀進(jìn)行測(cè)量放樣、點(diǎn)位復(fù)核，確保實(shí)現(xiàn)BIM模型基于多專業(yè)間的充分協(xié)調(diào)作用，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確高效地傳遞至施工現(xiàn)場(chǎng)，促進(jìn)異形吊頂材料的精細(xì)化下單，實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)應(yīng)用價(jià)值的最大化。同時(shí)，竣工信息逆向反饋至竣工模型，實(shí)現(xiàn)了基于竣工模型的竣工檢查、驗(yàn)收。應(yīng)用結(jié)果表明，BIM三維協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)提高了各專業(yè)協(xié)調(diào)水平、深化設(shè)計(jì)質(zhì)量以及主材加工精度。BIM技術(shù)的多層次應(yīng)用提升了項(xiàng)目精細(xì)化管理水平，確保模型數(shù)據(jù)與測(cè)量雙向數(shù)據(jù)準(zhǔn)確傳遞，進(jìn)一步提高了吊頂施工放樣和竣工驗(yàn)收的效率以及精確性，取得了良好的綜合效益。(1)BIM推動(dòng)設(shè)計(jì)深化、優(yōu)化方案的落地。紅島站為“浪花”多曲面造型，若單純地采用傳統(tǒng)的二維深化設(shè)計(jì)及材料下單方式已不滿足項(xiàng)目實(shí)際施工需求，無(wú)形中會(huì)造成工期的拖延和成本的增加。項(xiàng)目深化設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)初期通過(guò)與設(shè)計(jì)單位有效溝通，充分理解設(shè)計(jì)意圖，通過(guò)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)TEKLA模型的校核及初步方案設(shè)計(jì)，利用犀牛軟件對(duì)候車大廳吊頂方案進(jìn)行的建模，對(duì)不滿足設(shè)計(jì)要求之處及時(shí)進(jìn)行深化、優(yōu)化，建立全方位可視化的方案模型，如圖18所示。(2)BIM助力節(jié)點(diǎn)優(yōu)化，節(jié)流創(chuàng)效。候車大廳吊頂節(jié)點(diǎn)在設(shè)計(jì)初期建筑設(shè)計(jì)院的方案中采用的是傳統(tǒng)吊頂做法，未充分考慮實(shí)際施工中的作業(yè)面交叉、成本的節(jié)省等因素。通過(guò)BIM模型對(duì)節(jié)點(diǎn)的推敲，顛覆原有設(shè)計(jì)思路采用逆向施工吊頂?shù)姆绞綄?duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，既保證了地面作業(yè)面的有效利用和各專業(yè)間的施工穿插又達(dá)到了創(chuàng)優(yōu)創(chuàng)效的目的，詳見(jiàn)圖19。(3)BIM參數(shù)化下單，提高材料下單精度。通過(guò)與鋼結(jié)構(gòu)TEKLA模型合模檢測(cè)，利用智能全站儀采集現(xiàn)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)并導(dǎo)入電腦，對(duì)鋁單板表皮進(jìn)行分析、優(yōu)化。根據(jù)建筑設(shè)計(jì)院方案的要求，對(duì)優(yōu)化完成的鋁單板表皮進(jìn)行分格。通過(guò)參數(shù)化曲率分析，對(duì)鋁單板進(jìn)行板塊平板化優(yōu)化，同時(shí)保證設(shè)計(jì)效果。根據(jù)已優(yōu)化板塊進(jìn)行排序，利用犀牛+GH導(dǎo)出鋁板編號(hào)及加工尺寸。(4)BIM對(duì)工序、工期的管控。根據(jù)施工總進(jìn)度計(jì)劃，模擬預(yù)演，分析施工工序、工作區(qū)安排及存在的技術(shù)質(zhì)量問(wèn)題。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行劃分，通過(guò)Navisworks軟件從材料提取、施工方案、施工工藝、工程進(jìn)度等方面進(jìn)行動(dòng)畫(huà)模擬演示，有效保證了工期的順利進(jìn)行。3施工技術(shù)體系的應(yīng)用效果高鐵紅島站、臨沂北站通過(guò)采用專用固定技術(shù)、逆向法施工、裝配式工藝及BIM+深化設(shè)計(jì)技術(shù)等，雙優(yōu)化效益達(dá)8.3%以上，并在以下方面體現(xiàn)了一定的優(yōu)越性：(1）安全：運(yùn)用逆向施工法代替?zhèn)鹘y(tǒng)