刘宗增，张晓，秦永江，杨阳，鲁明

（中建八局第一建设有限公司，济南 250000）

1 引言

四角锥钻石切面玻璃穹顶，具有钻石切面梦幻结构，自下向上观看可见一通透、璀璨而具有立体感的多面玻璃顶盖覆盖于高大空间之上，观之使人心生愉悦之感。但四角锥钻石切面玻璃穹顶结构非常复杂，不仅要由钢结构形成形状复杂的骨架结构，还要将玻璃构件严密安装于其上，施工技术精确性要求非常高，在具体施工中应采用信息化技术对施工技术措施进行全面分析与审核【1】。

2 BIM 技术在工程技术设计中运用的作用

BIM 是一种对工程设计及技术进行细化与完善的信息技术，在BIM 技术平台上对玻璃穹顶施工技术进行分析，对穹顶施工结构，尤其是钢结构与玻璃构件的拼接结构进行精准设计检验，探讨施工新技术应用控制标准。本次淄博文化中心大剧院穹顶施工中就应用了BIM 技术，为穹顶施工方案优化与施工技术安全控制提供了坚实保障。

3 在淄博文化中心大剧院穹顶施工中应用四角锥钻石切面玻璃穹顶技术分析

3.1 工程技术概况

本工程四角锥玻璃穹顶位于大剧院入口大厅的中央，距离建筑边线有45m 距离。建筑四周为车库顶板，楼板厚度为150mm。钢结构框架整体自重达到450kN（45t）左右，再加上吊车的重量远远超于楼板承重的载荷。吊车支点位置距离结构位置较远，钢结构框架自重较大，无法使用整体吊装的施工方案【2】。

3.2 该工程施工控制难点分析

目前，国内外采用四角锥钻石切面玻璃穹顶的项目较少，因结构复杂，施工难度大，工艺实现困难，故很少使用。即使偶

撘尔有工程使用，也是采用传统的框架结构，用钢或者铝龙骨出钻石切面骨架，再安装玻璃面板，实现钻石切面造型，现有技术虽然可以实现四角锥钻石切面造型，但采用明框框架结构，所有玻璃面板均须与骨架连接，造成钢或铝龙骨使用量极大，结构较为笨重，效果不够通透，常常达不到建筑师的要求。本工程采用新型式、新工艺、新技术、新材料等内容对四角锥钻石切面玻璃穹顶进行施工，也是一个非常大的挑战，困难重重，结构复杂【3】。

1）造型独特，无法保证构件一次性安装成功，施工难度大；

2）工艺烦琐，施工步骤复杂，需要反复放线复核尺寸校正；

3）钢结构横竖梁易产生伸缩效应，玻璃安装难度大；

4）钢结构圆心管件套割拼装施工难度大；

5）无法实现整体吊装，影响施工工期；

6）多种施工工艺还不完善，缺少专业人员和资料的支撑。

3.3 该工程创新施工技术设计思路

淄博文化中心大剧院项目研究四角锥钻石切面式玻璃穹顶施工技术体系主要包括：基于BIM 深化设计及套割下料施工技术；曲弧面四角锥拉杆连接件调控玻璃穹顶安装施工技术；高悬空、大直径跨度穹顶分段拼装施工技术；采用“原子灰”、氟碳喷涂等装饰原材料实现无缝焊接施工技术；钢结构框架抗形变伸缩、隔声施工技术；钢管件防导电施工技术；四角锥钻石切面玻璃穹顶排水、防水施工技术等。

3.3.1 BIM 深化设计及套割下料施工技术创新点

采用BIM 进行建模、检测、分析，做玻璃穹顶钢骨架排版图，结合不同的弧度，工厂定制不同长度的钢管进行拼接安装。不仅通过3D 模拟技术实现了精确化设计，材料尺寸与现场实际尺寸保持一致，还会有效地提高后续安装的效率，减少施工过程中因返工造成的材料和劳动力浪费，对缩短工期、降低工程造价将产生积极的影响。

3.3.2 曲弧面四角锥拉杆连接件调控玻璃穹顶安装施工技术创新点

通过交拉杆叉鱼腹结构作为钻石切面玻璃面板的连接构造，可实现通透轻盈的视觉效果，满足建筑师和业主对建筑效果的要求；通过多面点式驳接爪连接4 个三角玻璃的顶点，采用多维度可调节设计，能与玻璃面板完美配合，解决了玻璃顶点固定的难题；通过可调式支撑杆为多面点式驳接爪提供支撑并可进行高度调节，连接耳板可旋转调节，为爪件精确定位提供保障【4】。

3.3.3 高悬空、大直径跨度穹顶分段拼装施工技术创新点

在工程技术方案设计工作中，利用软件技术将整体划分为多个单元体进行分段吊装，将整体分为顶部结构和周圈10 个单位结构组成。先进行顶部吊装定位，为解决预防拼装时重力下沉或偏离再决定将10 个单位体分为两两对应吊装，让单元体的受力分布均匀，保证了支架的整体性。解决了自重大、场地小的问题，降低了施工风险程度保证了施工安全，提前工期进度，确保了玻璃安装的节点。

3.3.4“原子灰”、氟碳喷涂等装饰原材料实现无缝焊接施工技术创新点

采用原子灰+氟碳喷涂施工技术代替圆管件无缝焊接施工技术，同样展现出一样的装饰效果。节省工厂加工运输时间，节省费用。

3.3.5 钢结构框架抗形变伸缩、防导电施工技术创新点

采用受力分解的施工技术方式很好地解决了钢结构载荷的问题，使每个受力点全部进行传导埋件位置，利用新材料的活性连接方式既解决了外界导电的危险，还能保护玻璃的成品安装。使用新的工艺和新的材料使玻璃穹顶整体达到了良好的效果。

3.3.6 四角锥钻石切面玻璃穹顶排水、防水施工技术创新点

载荷超大是建筑结构上的严重问题，根据本结构的情况在原设计上进行优化设计。在四角锥穹顶周圈增加虹吸排水系统和电伴热系统，不仅实现了雨水的排放，还防止雨雪堆积较大载荷的问题，同时还在通常的防水做法基础上增强了防水能力。

4 采用创新施工技术的经济效益分析

采用BIM 等设计信息技术对玻璃穹顶方案进行建模分析后，优化设计及科学排版下料的执行提升了钢材的利用率。实践证明，圆形管件利用率达到92%～94%，提高了切割效率，减少了管件的浪费。传统切割方案管件利用率仅为85%左右，本工程用钢量约10 000t，除去管件回收成本，至少可以节约钢板费用：（92%-85%）×10000t×（4000-1000）元/t=210 万元。而同时，本次施工中采用设备与人工结合的施工方式，施工操作简便高效，人工及材料费用都得到了控制，节省人工100 工日，节省机械台班15 个，经济效益25.8 万元。纵观整个玻璃穹顶施工过程，创新技术应用的经济效益非常可观，有较大推广价值。

5 本工程项目对行业发展的意义

近年来，我国工程行业创新之风盛行，各地工程项目建设都在积极运用创新施工技术。本次淄博文化中心大剧院穹顶施工中针对四角锥钻石切面玻璃穹顶进行施工建设的过程积极应用了多种创新施工技术，并有机协调了多种技术的综合应用，不仅提升了穹顶施工项目的经济效益，为工程施工及建设方节省了资金，而且还提升了创新施工技术应用的产品体验，为新型工程施工技术的口碑营销提供了良好的素材。未来我国工程行业新型技术有广阔的发展空间及应用舞台，工程行业同仁应审视创新技术应用案例的产品特点及效益，根据现有工程需求进行创新技术应用及推广。本工程的施工建设为BIM 设计及下料技术应用、新型框架设计及施工技术应用、新型穹顶防水施工技术应用等提供分析案例及行业标杆产品，对工程行业未来发展有一定推动作用。

6 结语

总之，在高大空间穹顶施工中采用先进的信息化技术进行施工方案优化，四角锥钻石切面玻璃穹顶结构复杂，并且有诸多技术难点，采用BIM 技术对穹顶施工结构的应力关系进行分析后可以优化整体施工技术实施的效果，在实际施工中还可以利用BIM 技术对施工进度与协调控制进行检验，进而保证穹顶施工有序推进。