港珠澳大桥澳门口岸管理区幕墙技术研究

1.概述

港珠澳大桥澳门口岸管理区项目是举世瞩目的粤港澳三地跨境衔接工程-港珠澳大桥项目的重要配套工程。项目位于珠海拱北南侧的珠澳口案人工岛上，四面环水，与澳门半岛隔水相望，因为工作的原因，笔者非常荣幸参与了本项目的幕墙技术工作。因为它的美丽风采，因为它的独一无二，虽时过一载，仍值得笔者用文字记录它的点点滴滴。

图1  港珠澳大桥珠海、澳门口岸管理区俯视图

澳门口岸管理区建筑面积超过60万m²，主要包括一栋6层楼高的旅检大楼、出入境车库，以及市政外围配套设施，建筑幕墙最大高度：46.476m，幕墙类型主要有玻璃幕墙、铝板幕墙、铝合金百叶、格栅玻璃等。本文重点阐述旅检大楼工程中使用的铝板幕墙、开缝铝板幕墙及屋顶铝板遮阳蓬等系统。

图2  旅检大楼图片

2.建筑立面铝板幕墙的介绍

根据本工程建筑设计及构造的要求，外饰面板有镂空雕花铝板、实心铝板两种，均采用开缝式系统的做法。所谓“开缝式铝板幕墙系统”，是指在铝板板块的接缝处采用不打胶的工艺，通过开缝让铝板背后的空气层能够顺畅的流通，可以起到良好的绝热及吸声效果，且在空气层流通的过程中可以将冷凝水挥发掉。由于接缝处采用不打胶的工艺，减少了铝板的表面污染，使铝板表面保持长期清洁。常规采用打胶做法的铝板幕墙，如果铝板安装或精度不足导致缝隙大小不一，可以采用打假胶缝的做法进行弥补，而不打胶的开缝铝板幕墙只有通过提高安装精度或设置更多的可调节构件来弥补，本工程中，我们在构造设计上考虑铝板可三维调节性，确保铝板安装精度高。幕墙构造节点做法如图3所示。 

图3

本系统构造特点如下：

2.1 因工程地处海岛，工程环境复杂，大级别台风频发，且海边腐蚀性特别强，在设计中要重点考虑幕墙安全性、耐久性、美观性，因此在幕墙系统选材上留有一定的富余量，确保幕墙系统能抵抗十七级台风，且幕墙构件尽量选用铝合金型材，确保构件的耐久性。

2.2 因立面效果的要求，铝板分格为2000mmx2000mm，铝板规格较大，海岛风压大，局部位置风荷载达到5.5kPa，经计算后实心铝板采用4.0mm，具有中葡特色的镂空雕花艺铝板采用6.0mm铝板，材质均为30003-H24。铝板采用四涂三烤的表面处理方式，具有很好的抗腐蚀性能，局部立面图片如图4所示。

图4  局部立面图

2.3 铝板面板与附框组合做成小单元板块的形式，板块的竖直方向通过挂接方式进行固定，横向通过铝板附框之间的插接固定，采用这种方法使铝板的四边都有固定，且铝板单元可以自由伸缩变形，提高了铝板幕墙的抗风压能力的同时又避免了铝板出现“鼓肚子”的情况的发生，如图5所示。

图5

2.4 在横剖方向，板块进出位的调节通过M10不锈钢螺栓与铝合金“U”底座之间的移动调节；在纵剖方向，通过“L”型底座与不锈钢螺栓端部铝合金锯齿垫块之间咬合移动调节。

2.5 为了使用铝板的加强及安装更有保证，铝板与铝肋及挂件之间均采用直径6mm不锈钢沉头航空铆钉进行机械固定，并根据计算确定铆钉的间隔及大小。其加工工艺流程为：铝板表面开沉头孔→航空铆钉固定→表面打磨→表面喷涂，喷涂完成后，铝板的外立面效果良好。

2.6 因铝板系统为开缝式，如铝板通过螺钉直接固定在钢龙骨上，螺钉处容易耐腐，为避免这种情况的发生，采用在钢龙骨内预埋钢锚固套件的加工工艺，钢锚固套件由圆钢板与预攻螺纹钢柱组成，其工艺流程为：钢龙骨工艺孔加工→钢锚固套件预埋焊接→钢锚固套件临时封口→钢龙骨热镀锌。待钢龙骨安装后，铝合金底座用带不锈钢螺钉与螺纹钢柱进行固定，有效地避免了因螺钉直接固定在钢龙骨上而出现腐蚀，钢锚固套件预埋如图6所示：

图6

3.开缝铝板及其连接的结构计算介绍

本工程的荷载计算遵循国标荷载规范的同时，还要遵循澳门特别行政区第29/2001号行政法规《建筑钢结构规章(REAE)》、澳门特别行政区第29/2001号行政法规《建筑钢结构规章(REAE)》。旅检楼建筑高度为32.0m，风荷载标准值:Wk=4.113kpa，结构计算过程中，分别对铝板幕墙的主次龙骨、铝板面板、铝板加强肋、铝合金U型底座、铝合金挂件、M10不锈钢螺栓组、直径6mm不锈钢航空铆钉等均进行验算。由于版幅所限，下面仅选取镂空雕花铝板的计算进行介绍。

镂空铝板规格为2000x2000mm，面板厚度t=6mm，金属面板型号3003-H24，f1=100Mpa。荷载根据澳门政府法令第56/96/M号:《屋宇结构及桥梁结构之安全及荷载规章》进行荷载计算：阵风风速标准值：Vkh=46(Hz/10)0.12 19 ，Vkh =71.856m.s-1  风压标准值：Wkh = Vkh2/1632  ，得出：Wkh=3.164kPa，而风荷载标准值：Wk= Wkh（Cpe Cpi），建筑物外墙之外风压系数Cpe及内风压系数Cpi可通过查表可得分别为：1.0，0.75。代入公式可得：Wk=5.537kPa。分析得出：利用澳门荷载规范计算出来的风压比根据国标荷载规范约大30%。

根据规范《玻璃幕墙工程技术规范》 JGJ 102-2003，计算出幕墙平面分布水平地震作用标准值：qEK =0.134KN.m-2，荷载组合有：Comby1=1.5 Wk 1.3×0.5×qEK ， 得出：comby1=8.392 kPa，Combwy=1.0 Wk，得出：Combwy=5.537 kPa，将相关数据导入ANSYE之workbench软件中，进行面板的分析。荷载设计值作用下面板的最大应力如图7。

图7

面板最大应力σa=53.2Mpa<f1=100.0Mpa

荷载标准值作用下面板最大挠度如图8。

图8

挠度最大值：df=3.43mm<dflim=6.4mm。因此，铝板面板的强度及挠度都符合要求。

4. BIM技术的应用

我司BIM团队依据施工图按照旅检大楼、通道楼等各系统类型为依据建立工作集，快速搭建LOD200模型直观展示幕墙的真实表现，将模型与主体钢结构、土建模型进行合模后，进行三维可视化、检查碰撞、模型深化等工作，提前发现问题，并及时解决问题 。然后，用基础模型结合最终幕墙施工图的节点图深化建模，将所有的幕墙嵌板都通过参数来驱动幕墙表皮，达到自适应；对幕墙每一个杆件加入相应参数，模型构件的参数可以提取加工、定位所需的数据，依据需求制作加工图、定位图，此阶段模型深度已达到LOD400，这些模型工作，为我司设计外观拟合、下单、施工管理带来了极大的方便。下面以旅检楼屋顶飘带遮阳棚处为例进行介绍。

4.1 BIM技术在屋顶飘带遮阳棚处的应用

旅检楼的屋顶飘带遮阳棚在外立面呈现为流动变化的曲面，造型丰富、视觉冲击效果比较强，由于构造复杂，技术要求高，工序较多，施工难度增大。为了精准定位下料、实现项目精细化管理，保证工期、质量，我司使用REVIT模型和Rhino模型提取幕墙钢龙骨构件、面板板块的加工尺寸及数量、编号，结合现场施工进度分批次运到现场。

图9  旅检楼BIM模型

由于渐变的遮阳棚的形态异样构造与钢结构有发生交叉关系，使幕墙铝板的设计、制作加工难度加大，我们采用 Rhino软件中的插件Grasshopper快速生成铝板表皮，通过其参数化设计，能非常精准地划分铝板表皮分格，同时可以提取铝板板块定位信息（空间三维坐标）。并分析曲面存不存在不共面的情况，如果存在不共面的地方，可以把单曲优化成平板。同时可以取出铝板与钢架交接截面线，作为此处铝板铣口依据，通过对该模型的分析得到的数据我们可以看出是否存在异型板块，这样为我们提供铝板加工图制作提供了大大的方便，并且通过提前拟合，可以确保建筑效果。   

图10  遮阳棚模型分区                                           图11  GH电池组 

通过上述分析、拟合后，按模型导出来的数据生产铝板面板，每块铝板都按照模型编号进行编码，并放置在通过BIM模型合理布局的区域。安装时，先通过模型将面板所对应的编号及位置，转化为图纸交到施工队手中，工人借助现场吊车将面板运送至安装位置，再通过全站仪进行面板定位，确定已调正位置后，按照一定的间距用螺钉固定在钢龙骨上。当每一块安装完成时，都进行检查、调整、校正、固定，使其符合质量要求，保证整个遮阳棚的外观效果。

图12  遮阳棚施工中照片

另外，在现场的施工管理中，我们利用BIM技术对各个环节进行了施工控制，利用模型虚拟施工中遇到的安全、质量、进度、成本、碰撞问题，并提前采用事前预防、事中监控、事后处理的全过程监控措施，起到了良好的效果，节约了工程成本，保证工程质量和进度。最后，在项目的竣工移交后提交一版本项目LOD500阶段竣工模型给总包单位，总包单位对单位的模型进行合模以完成竣工最终模型，为今后几十年的项目运营维护管理提供数据支持。

港珠澳大桥是我国重点战略性工程，它的重要性不言而喻，为确保项目的整个寿命周期内的可靠性，我们每一个环节都精雕细刻，采用可靠的先进技术进行设计、施工，使得工程的各项性能指标都取得了良好的效果，在2018年9月16日17级台风 “山竹”中经受住了考验，得到了社会的认可。随着科学的发展，技术的进步，幕墙技术也日新月异，我们应充分学习并利用先进的科技手段来分析、解决问题，不断地研究、不断应用，不断地总结，不断地提高幕墙应用技术，为我国的幕墙技术的进步添砖加瓦。

参考文献

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[2]GB/T51212-2017建筑信息模型应用统一标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2017.

[3].JGJ133-2001玻璃幕墙工程技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[4]张芹.新编建筑幕墙技术手册[M].济南：山东科学技术出版社，2003:20-51

[5]李云贵、何关培、邱奎宁.建筑施工BIM应用指南[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2007.

[6]T/CBDA-3-2016 建筑装饰装修工程BIM实施标准[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2016.

（作者单位：珠海兴业绿色建筑科技有限公司）

来源：《中国建筑金属结构杂志》