前言：近年來(lái)，鋼結(jié)構(gòu)、ETFE膜結(jié)構(gòu)景觀工程越來(lái)越多，借助BIM軟件，其造型也越來(lái)越豐富，如鳥巢、世博軸等地標(biāo)性建筑。深圳華潤(rùn)前海金融中心項(xiàng)目天幕工程作為國(guó)內(nèi)最大的懸挑網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)由圓鋼管組成菱形格構(gòu)，呈不可解析曲面，由八根樹型柱和一對(duì)接地柱托起，整體造型如同一個(gè)展開(kāi)的翅膀翱翔于天際，成為了深圳前海CBD地標(biāo)性建筑。
一、工程簡(jiǎn)介
天幕水平投影面積約：3500㎡；網(wǎng)殼由一系列樹型柱和一對(duì)接地柱支撐在主體混凝土結(jié)構(gòu)上。天幕的表皮是ETFE氣枕和邊條溝及落水系統(tǒng)組成。天幕東檐角高約為23.5m；西檐角高約為26.3m；一區(qū)最高點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)編號(hào)175高約為27.9m；三區(qū)最高點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)編號(hào)69高約為27.2m。共有X節(jié)點(diǎn)210個(gè)、網(wǎng)殼面桿件464根、拉桿212根、邊梁分段34段、樹狀柱8根。ETFE膜結(jié)構(gòu)
圖1天幕示意圖
二、X節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造及制作標(biāo)準(zhǔn)
1、X節(jié)點(diǎn)構(gòu)造
組成網(wǎng)殼體的X節(jié)點(diǎn)如下圖。
圖2 X節(jié)點(diǎn)及其相關(guān)拉桿
招標(biāo)圖紙給出了標(biāo)準(zhǔn)X節(jié)點(diǎn)的構(gòu)成爆炸圖。該圖明確了三塊加肋板把四段管子連在一起，其中那塊同時(shí)將四段管子連在一起的加肋板兩側(cè)帶有圓孔，作為殼面拉桿的聯(lián)接板。X節(jié)點(diǎn)四段管子帶有不同角度，決定了與殼面桿件聯(lián)接的方向，從而決定了網(wǎng)殼的形狀。
圖3 X節(jié)點(diǎn)構(gòu)成爆炸圖
組成X節(jié)點(diǎn)的四管空中相交，雙曲網(wǎng)殼的數(shù)學(xué)模型決定了其相交角度。在此，將帶拉桿孔的那一整塊加肋板稱為A加肋板，將不帶拉桿孔的兩塊加肋板稱為B加肋板。在相貫線在同一平面的X節(jié)點(diǎn)，B板可以適配左右管子的腔體.在這種情況下，B板形狀與左右管子內(nèi)腔基本相配，其側(cè)邊即為左右管子焊接的襯板，保證管子等強(qiáng)度焊接的情況同時(shí)，焊縫寬度一致，焊后X節(jié)點(diǎn)表面平滑。
2、X節(jié)點(diǎn)制作質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
X節(jié)點(diǎn)制作質(zhì)量包括三個(gè)方面，一是形態(tài)尺寸（即角度與尺寸）的制作質(zhì)量，二是焊接質(zhì)量，三是外觀質(zhì)量。以下就這三個(gè)方面的質(zhì)量控制和檢測(cè)分別闡述。
2.1節(jié)點(diǎn)形態(tài)尺寸質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
X節(jié)點(diǎn)制作所需的加工和檢測(cè)數(shù)據(jù)利用BIM 模型導(dǎo)出，以保證異形結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確。
BIM模型導(dǎo)出數(shù)據(jù)為各個(gè)X節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)中心點(diǎn)和四條支臂端面中心點(diǎn)的五個(gè)控制點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)。通過(guò)對(duì)每個(gè)X節(jié)點(diǎn)的五個(gè)控制點(diǎn)測(cè)量，將實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)比較，可以得到支臂長(zhǎng)度誤差和角度誤差。支臂長(zhǎng)度誤差和角度誤差的允許值（誤差控制標(biāo)準(zhǔn)）如下：
1）長(zhǎng)度公差正負(fù)10mm；角度公差正負(fù)0.5度。
2）具體的長(zhǎng)度和角度是通過(guò)三軸測(cè)量?jī)x測(cè)量空間坐標(biāo)所得。
2.2 X節(jié)點(diǎn)的焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
X節(jié)點(diǎn)焊縫標(biāo)準(zhǔn)如下：
圖4焊縫檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)分區(qū)
在完成焊接24小時(shí)后，對(duì)焊縫進(jìn)行探傷，對(duì)一級(jí)焊縫部分，100%超聲波探傷或者100%磁粉探傷。三級(jí)焊縫作外觀檢查和磁粉探傷。
2.3 X節(jié)點(diǎn)外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如下：
1）必須打磨平滑，無(wú)明顯凹凸或打磨痕跡；
2）完全與封樣一致。
三、X節(jié)點(diǎn)制作的重要技術(shù)
X節(jié)點(diǎn)制作是難度最高且最關(guān)鍵的，以下為節(jié)點(diǎn)制作的工藝技術(shù)：
1、工序一 計(jì)算機(jī)繪制加工數(shù)據(jù)
工具：自編軟件，可直接從數(shù)學(xué)模型取值。
目的：取得數(shù)據(jù)直接輸入CNC機(jī)器，以保證加工精度。
作業(yè)方法：A、與節(jié)點(diǎn)加工有關(guān)的是加工牛腿之間相貫線的數(shù)據(jù)和銑削角度。B、要按安裝順序編加工數(shù)據(jù)組，以保證節(jié)點(diǎn)加工進(jìn)度與工地需求一致。
2、工序二 數(shù)控切相貫線及肋板切割
2.1數(shù)控相貫線切割
工具：數(shù)控相貫線切割機(jī)、相貫線切割機(jī)器人。
目的：將組成節(jié)點(diǎn)的管子切出相貫線，以保證管子等強(qiáng)度焊接，并有合格外形。
作業(yè)方法：A、數(shù)據(jù)輸入按組，每個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)為一組；B、每根管子標(biāo)注基準(zhǔn)面；C、每個(gè)節(jié)點(diǎn)的管子半成品成組堆放；D、崗位定員并記錄。
作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：角度偏差小于正負(fù)0.5度。
2.2肋板切割
工具：數(shù)控等離子切割機(jī)、數(shù)控水切割機(jī)。
目的：A、加肋板用數(shù)控水切割機(jī)加工，以保證拉桿軸孔的精度；B、加肋板用數(shù)控等離子切割機(jī)加工，以保證高效生產(chǎn)。
作業(yè)方法：A、根據(jù)模型1：1畫出加肋板的cad圖并進(jìn)行編號(hào)；B、將cad圖導(dǎo)入數(shù)控切割機(jī)進(jìn)行切割； C、割完之后在肋板上進(jìn)行編號(hào)并按序號(hào)堆放。D、崗位定員并記錄。
作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：長(zhǎng)度偏差小于正負(fù)0.5mm。
2.3工序三 相鄰支臂管子與B加筋板組合
工具：1000*3000劃線平臺(tái)、角度量具、輔助夾具、氣體保護(hù)焊機(jī)。
目的：將相鄰支臂管子根據(jù)BIM標(biāo)注的角度與B加筋板組成基本單元，為X節(jié)點(diǎn)組立做好準(zhǔn)備。
作業(yè)方法：A、在1000*3000劃線平臺(tái)上，用90度角尺將相鄰支臂管子的相貫線截面調(diào)整到垂直；B、將角鐵墊塊插入管子底部，并點(diǎn)焊固定，以保證管子不再轉(zhuǎn)動(dòng)；C、依靠BIM數(shù)據(jù)，利用角度量具，將輔助夾具調(diào)整到規(guī)定角度，并固定；D、將平面上的固定好的夾具劃線，延長(zhǎng)成一定的角度，然后進(jìn)行測(cè)量和調(diào)整，從而保證角度的偏差范圍在0.5度左右；
E、將相鄰管子和B加筋板組合，并嵌入輔助夾具；F、復(fù)測(cè)無(wú)誤后，將該組合點(diǎn)焊固定；G、在V型腿上表面標(biāo)上樣沖孔，并在每個(gè)腿上標(biāo)上腿號(hào)，并進(jìn)行復(fù)核。
圖5輔助夾具
作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：A、角度偏差小于正負(fù)0.5度；B、B加筋板與相鄰支臂修正過(guò)的相貫線內(nèi)腔基本貼合，縫隙小于2mm；C、崗位定員并記錄。
2.4工序四 節(jié)點(diǎn)數(shù)控組立
工具：數(shù)控組立機(jī)。
圖6數(shù)控組立機(jī)
目的：通過(guò)數(shù)控組裝機(jī)上轉(zhuǎn)臺(tái)的三維旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)節(jié)點(diǎn)基座三維旋轉(zhuǎn)幫助管子就位，保證節(jié)點(diǎn)的每根管子的角度準(zhǔn)確性。
作業(yè)方法：A、找到每個(gè)節(jié)點(diǎn)想對(duì)應(yīng)的兩個(gè)V型腿；B、在每個(gè)節(jié)點(diǎn)的基準(zhǔn)腿的上表面敲鋼??；C、在V型腿固定于機(jī)器時(shí)，先將機(jī)器的零點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)，并進(jìn)行回零的操作，并且每次進(jìn)行V型腿加工的操作時(shí)都需操作此步驟；D、一個(gè)V腿組立完之后，另一個(gè)V腿由于前V腿自重下層需通過(guò)水準(zhǔn)儀檢查補(bǔ)償；E、點(diǎn)焊固定時(shí)要考慮牢固問(wèn)題；F、每當(dāng)做完20個(gè)節(jié)點(diǎn)后，都要復(fù)核一次刻度盤的精度；G、崗位定員并記錄。
作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：角度偏差小于正負(fù)0.5度。
2.5 工序五 三座標(biāo)測(cè)量
工具：三座標(biāo)測(cè)量?jī)x。
目的：利用三座標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)節(jié)點(diǎn)逐一測(cè)量，以保證配合角度和座標(biāo)準(zhǔn)確性；
作業(yè)方法：A、將節(jié)點(diǎn)置于測(cè)量?jī)x大理臺(tái)，將支點(diǎn)調(diào)節(jié)到穩(wěn)定；B、每個(gè)節(jié)點(diǎn)測(cè)量三次，取平均座標(biāo)值與標(biāo)準(zhǔn)座標(biāo)值照。
作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：A、數(shù)據(jù)需要反復(fù)核對(duì)，并作記錄；B、通過(guò)對(duì)每個(gè)X節(jié)點(diǎn)的控制點(diǎn)測(cè)量，將實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過(guò)BIM模型進(jìn)行比較，可以得到支臂長(zhǎng)度誤差；C、崗位定員并記錄。
支臂長(zhǎng)度誤差的允許值（誤差控制標(biāo)準(zhǔn)）：空間長(zhǎng)度坐標(biāo)公差10mm以內(nèi)；將對(duì)應(yīng)的正度公差值標(biāo)注在每個(gè)圓管的上表面，以便于清楚焊接方向。
2.6 工序六 大焊
工具：氣體保護(hù)焊機(jī)。
目的：利用氣體保護(hù)焊機(jī)，通過(guò)圓管標(biāo)注的數(shù)值正負(fù)來(lái)確定焊接方向從而降低焊接時(shí)的溫度產(chǎn)生的變形。
注意事項(xiàng)：A、采用混合氣體以保證穩(wěn)定性；B、關(guān)鍵打底焊要小心，以保證焊縫質(zhì)量； C、焊接負(fù)責(zé)人根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行逐項(xiàng)交底，做好反變形的控制，并嚴(yán)格按照加焊接工藝進(jìn)行焊接工作。D、焊接負(fù)責(zé)任必須保證每個(gè)焊接人員都有相應(yīng)的焊接資質(zhì)。
作業(yè)方法：對(duì)應(yīng)圓管上標(biāo)注的測(cè)量出的數(shù)值差，來(lái)確定焊接的方向，從而降低焊接的溫度變化產(chǎn)生的變形。
焊接順序：A、將x節(jié)點(diǎn)固定在鋼架上；B、從圓管內(nèi)腔將兩側(cè)圓管與耳板連接處進(jìn)行打底；C、翻轉(zhuǎn)，再將另外兩個(gè)圓管與耳板連接處進(jìn)行打底；D、將X節(jié)點(diǎn)平放在地面，將相貫板與圓管連接處進(jìn)行打底；E、翻轉(zhuǎn)，將另一面的相貫板與圓管連接處進(jìn)行打底；F、圓管與耳板打底處進(jìn)行碳刨清根；G、將X節(jié)點(diǎn)平放在地面上，將圓管與耳板連接處進(jìn)行交叉打底至2/3管壁壁厚并將相貫板與圓管連接處打底至2/3管壁壁厚；H、翻轉(zhuǎn)X節(jié)點(diǎn)，重復(fù)G步驟；I、將打好底的這面進(jìn)行滿焊，然后翻轉(zhuǎn)，將另一面進(jìn)行滿焊；J、打磨及焊渣處理。
圖7 X節(jié)點(diǎn)的焊接過(guò)程
作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：A、根據(jù)三坐標(biāo)檢測(cè)數(shù)據(jù)，焊接時(shí)控制反向變形；B、焊接過(guò)程要求連續(xù)進(jìn)行，并按工序一步步施焊，要求焊縫表面呈凹形，緩和過(guò)渡到母材，無(wú)咬邊缺陷；C、相鄰管子壁厚不等時(shí)，需將B加筋板靠近厚壁的一側(cè)進(jìn)行碳刨至與內(nèi)腔基本貼合；D、崗位定員并記錄，可根據(jù)實(shí)際情況增加所需人員；E、建議前20個(gè)X節(jié)點(diǎn)焊接完成后，測(cè)量一次三坐標(biāo)，及時(shí)了解焊后變形量，對(duì)后續(xù)工作也有保障。
2.7工序七 焊縫檢測(cè)和修復(fù)：
工具：電腦超聲波焊縫檢測(cè)儀、磁粉、氣體保護(hù)焊機(jī)。
目的：保證焊縫質(zhì)量，在達(dá)到等強(qiáng)度焊縫連接的同時(shí)，最大限度防止熱變形。
作業(yè)方法：A、對(duì)焊縫用超聲波檢測(cè)，面角焊縫用磁粉探傷；B、每個(gè)節(jié)點(diǎn)的焊縫100%檢測(cè)；C、對(duì)有缺陷的焊縫修復(fù)，反修次數(shù)按照國(guó)標(biāo)要求，利用碳棒和氣體保護(hù)焊機(jī)將焊縫刨開(kāi)并重焊。
作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：在完成焊接24小時(shí)后，對(duì)焊縫進(jìn)行探傷，對(duì)一級(jí)焊縫部分，100%超聲波探傷或者100%磁粉探傷。三級(jí)焊縫作外觀檢查和磁粉探傷，具體標(biāo)準(zhǔn)詳見(jiàn)國(guó)標(biāo)。
2.8工序八 數(shù)控銑端面：
工具：五軸數(shù)控端面銑。
目的：大焊后，節(jié)點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生焊接變形，需要用五軸數(shù)控端面銑加工每個(gè)節(jié)點(diǎn)牛腿端面，以保證配合精度。通過(guò)該設(shè)備的轉(zhuǎn)臺(tái)三維旋轉(zhuǎn)，將管子轉(zhuǎn)到數(shù)字模型所決定的角度位置進(jìn)行端面切削，在保證長(zhǎng)度的同時(shí)，修正大焊造成的管子的角度偏差。
作業(yè)方法：A、將節(jié)點(diǎn)放置在工作臺(tái)上，要對(duì)準(zhǔn)基準(zhǔn)牛腿和基準(zhǔn)角；B、數(shù)控?cái)?shù)據(jù)輸入要反復(fù)核對(duì)，保證節(jié)點(diǎn)一致；
作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：A、數(shù)控?cái)?shù)據(jù)需要反復(fù)核對(duì)，需要作記錄；B、X節(jié)點(diǎn)必須放穩(wěn)；C、一旦機(jī)器開(kāi)始運(yùn)作，必須加工完成，不得中途停止、拆上拆下，否則影響精度；D、崗位定員并記錄。
2.9 工序九 三座標(biāo)測(cè)量
工具：三座標(biāo)測(cè)量?jī)x
目的：利用三座標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)節(jié)點(diǎn)逐一測(cè)量，以保證配合角度和座標(biāo)準(zhǔn)確性；
作業(yè)方法：A、將節(jié)點(diǎn)置于測(cè)量?jī)x大理臺(tái)，將支點(diǎn)調(diào)節(jié)到穩(wěn)定；B、每個(gè)節(jié)點(diǎn)測(cè)量三次，取平均座標(biāo)值與標(biāo)準(zhǔn)座標(biāo)值照。
作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：A、數(shù)據(jù)需要反復(fù)核對(duì)，并作記錄；B、通過(guò)對(duì)每個(gè)X節(jié)點(diǎn)的控制點(diǎn)測(cè)量，將實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)比較，可以得到支臂長(zhǎng)度誤差。支臂長(zhǎng)度誤差允許值（誤差控制標(biāo)準(zhǔn)）：空間長(zhǎng)度坐標(biāo)公差10mm以內(nèi)；C、崗位定員并記錄；D、根據(jù)實(shí)際的測(cè)量情況與BIM模型的結(jié)合進(jìn)行比較和分析；E、為合格的X節(jié)點(diǎn)附上合格證，合格證附上相應(yīng)的質(zhì)量數(shù)據(jù)，以便現(xiàn)場(chǎng)安裝。
結(jié)語(yǔ)：現(xiàn)在幕墻工程涉及的范圍越來(lái)越廣，對(duì)設(shè)計(jì)人員而言要求掌握的專業(yè)技能也越來(lái)越多，建筑類和機(jī)械類的知識(shí)是重中之重。作為一個(gè)幕墻設(shè)計(jì)人員，設(shè)計(jì)出來(lái)的幕墻不僅要滿足設(shè)計(jì)師外觀要求、要符合建筑類相應(yīng)規(guī)范要求，還要使其易加工制作，易安裝調(diào)節(jié)。面對(duì)復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，我們要盡量?jī)?yōu)化趨同，要集思廣益制定制作工序，保證質(zhì)量要求。 一個(gè)成功的產(chǎn)品是所有失敗的積累，是所有苛刻要求的堅(jiān)持，是所有崗位的付出。
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