建筑技术丨大弧度双曲面清水混凝土墙体施工技术研究

1 工程概况

本工程弧形清水混凝土为高8.7 m、长110 m、不规则双曲表面，外墙为900 mm厚的变截面挡土墙，设计对清水混凝土模板禅缝有明确要求。为保证清水混凝土施工一次成优，采用数字化模板全过程管理，利用三维扫描机器人等智能设备辅助深化设计，最终施工质量一次成优。

2 施工重难点

（1）弧形清水混凝土施工过程中，因为清水混凝土消沉庭院高8.7 m、长110 m及不规则双曲表面需一次浇筑成型。

（2）双曲外墙为900 mm厚的变截面挡土墙，楼梯扶手为弧形倒圆角，清水混凝土施工需实现整体弧线流畅柔美。

（3）设计明确禅缝位置，模板分格与加工精度要求高，综合考虑多专业施工交界面特点，整体参数化建模控制，消除专业间碰撞冲突，顺利施工。

3 清水混凝土墙施工

3.1 清水混凝土施工流程

根据设计Rhino模型，确定变截面弧形墙体定位、变截面尺寸、分板模式、禅缝位置、螺栓孔排布等施工重难点部分。使用BIM技术辅助深化设计工作，按照设计要求编排禅缝、螺栓孔位置。结合三维扫描现场预留的水平钢筋点云模型，深化设计并标注冲突位置，现场对钢筋位置进行钢托座矫正，在模板数字加工生产前，进一步消除专业交叉作业之间的实际误差，提升质量的管控。

深化完成后，自动下发至数控机床指导模板切割加工。利用二维码技术，追踪模板定位安装，形成一套完整的异形曲面清水混凝土模板数字化施工技术。

现场安装时，单元模板整拼技术取代传统散拼工艺。三维扫描设备将钢筋点云模型与清水混凝土对拉螺栓模型结合，微调现场预留钢筋位置，达到设计分缝要求。流水线式的管理模式，确保工程施工的安全、高效进行。

3.2 清水模板深化流程

设计方提供Rhino模型→拆分模型特征区域→编排禅缝、螺栓孔→现场预留插筋点云模型合模→深化对拉螺栓定位线→拆分模板→绘制次龙骨模型→编写GH程序→编码→现场放线图纸→现场加工安装图→数控机床加工程序。

3.3 设计模型拆分特征区域

大弧度双曲面清水混凝土墙体变截面、双曲圆弧倒角等特殊部位，根据设计提供的Rhino模型施工，确定弧形墙体的几何尺寸，确定双曲异形轮廓控制线、楼梯扶手的圆弧倒角、变截面挡土墙等部位模型是否准确。

将复核施工阶段深化设计的BIM模型按照以上重难点部分进行特征区域拆分，分区域对重点施工部分展开BIM深化设计工作。

3.4 现场预留插筋点云模型合模

为达到设计要求编排禅缝、螺栓孔位置要求，对BIM模型进行一次深化设计，绘制定位辅助线。模板深化是控制清水混凝土施工效果的关键关节，为进一步提升模板深化设计精度，考虑到现场地板施工完成后预留插筋位置对清水混凝土模板深化中对拉螺栓孔位的影响，采用三维扫描仪生成预留插筋点云模型，将点云模型与初步深化的清水对拉螺栓分布的BIM三维模型进行合模深化，确定混合模型中发生冲突的水平钢筋与对拉螺栓。

在施工现场，对所述位置的水平钢筋进行细微位置调整，以避发生冲突的对拉螺栓。

3.5 深化对拉螺栓定位线

多专业合模深化设计后，在BIM深化设计模型中绘制精准的对拉螺栓定位线，为达到设计分缝要求，确保成品面层的曲面线条流畅、纹理清晰，将模板的配模排布、平整垂直的接缝要求细化到对拉螺栓孔位置，每一对称匹配的螺栓孔位置清晰明确，所有相接点都精细到毫米级。

深化过程中发现，按照传统1 200 mm尺寸木模板分割无法达到设计要求。为达到极尽精微的施工效果，将模板尺寸深化调整为889 mm的模数。一方面为满足设计对禅缝的明确要求，另一方面是增加模板深化的精度以满足工程高标准建设需求。

3.6 数控加工图纸

根据拆分的模板图纸绘制次龙骨模型，完善模板加固体系的设计，并形成施工图纸15张。利用参数化编程对模板进行编码，形成数千张数控机床加工图纸。

现场使用2台基于数控机床改制的模板加工设备，24 h不间断加工。将侧面模板和弧形模板的参数化配模方案输入程序，进行最大误差值不到1 mm的精准切割加工，特别是针对弧形清水混凝土的整体形态控制，全自动上料机上料、数控机床加工、封边机闭水封边、龙骨机拼装等4个环节形成了流水线，最终生产出用于现场支模的清水混凝土模板单元，整个过程无须人工参与。

3.7 模板安装

（1）清水单元模板安装的基本流程。

测量放线定位、标高抄测→调整钢筋位置、垫块、扎丝等→水电、消防、机电洞口等预埋→首块清水单元模板位置、垂直度调整→单元模板竖向拼缝加固→单元模板矫正→螺杆组件安装→另一侧清水单元模板安装→墙体模板水平方钢安装或竖向方钢安装、螺栓孔位置木垫块安放、螺栓紧固→墙体模板加固、垂直度与顺直度调整→明缝条安装→模板根部空隙砂浆封堵→验收。

（2）二维码追踪模板安装定位。

利用二维码技术，追踪千块单元模板施工现场的整拼定位与安装情况。将模板扎起加工区组装成单元模板后，由于模板单元块组合后重量较大，为保证吊装安装过程不变形，背部使用40 mm×70 mm方钢，使用燕尾钉与模板连接，保证单元块整体骨架稳定，组拼成型的单元模板具有足够的刚度及稳定性和承载力。

现场单元块安装过程每3块单元模板安装，需测量竖向禅缝位置进行尺寸校核，确保累计误差最小，保证安装的精度。

4 结论

清水混凝土最大的特点是一次浇筑成型，不做任何外装饰，直接由混凝土本身的肌理、质感和精心设计的明缝、禅缝及螺栓孔眼等组合形成一种自然状态装饰面。

为完美呈现中关村论坛主会场“清水”效果，基于BIM的清水墙体施工方法为墙体施工提供了一种全新的思路和方法。

以BIM模型主导清水混凝土施工全过程，BIM深化设计支撑整个数字化模板施工管理，模板数字化加工精度达到0.1 mm，单元模板整拼技术取代传统散拼，工作效率与施工精度得到大幅提升。

三维扫描设备将钢筋点云模型与清水混凝土对拉螺栓模型结合，微调现场预留钢筋位置，拉螺栓孔达到设计分缝要求。

与相关技术相比，极大地提高了冲突的判断效率，提高了判断的准确性。通过数字化的管理和协同作业，提高施工效率、准确度和质量，降低成本和风险。