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摘要：装配化是幕墙行业发展的必然趋势，但构件式幕墙（词条“构件式幕墙”由行业大百科提供）因为低成本的优势仍有巨大的市场。将构件式幕墙进行装配式改造，不仅保留了构件式幕墙经济性好的特点，也继承了单元式幕墙质量稳定、施工效率高的优势。本文从构造设计、加工工艺、施工方法和施工机械几个方面，展示构件式幕墙装配化的一种施工技术路线。
关键词：构件式幕墙，装配化，一体化支座（词条“支座”由行业大百科提供），区段施工法，移动式轨道吊机
1 引言
近年来，建筑工业化成为新的发展方向，住建部也在“十四五”建筑业发展规划中重点提到了要大力发展装配式建筑，单元式幕墙的市场占比显著提高。但对于建筑高度100米左右的建筑，应用单元式幕墙带来的优势并不明显，因为施工吊装（词条“吊装”由行业大百科提供）设施利用率偏低，措施成本较高。这就给构件式幕墙继续使用带来了稳定的市场空间，不过构件式幕墙存在的施工质量和效率等问题仍然无解，在当下建筑业下行的大环境中，其给建设方带来的困扰显得越发突出。
我们很早就开始关注“构件式幕墙单元化”的技术研究。早期主要是为了解决“石材线条”、“铝板造型”等特殊构件施工难度和效率问题，后来发现构件式幕墙单元化过程不仅是结构层面的改进，还深刻影响其生产、施工组织方式，派生出新的施工方法及施工机械。如今，我们已从“构件式幕墙单元化”的1.0版本迭代到“构件式幕墙的装配化施工技术”的2.0版本，并为客户创造了价值。
2构件式幕墙的装配化思路
“构件式幕墙单元化”的原理非常简单，即在不改变构件式幕墙基本构造的前提下，通过定位、约束，将构件式幕墙的零件在地面拼装成单元，然后整体安装。在这种思路的指导下，各种线条、造型类特殊构件都可以很容易地“单元化”，如图1的铝板飘檐、图2的铝板造型。
在构件式幕墙单元化获得成功后，我们开始把视野拓展到其加工工艺、施工方法以及施工机械等方向，并对这项技术进行了系统化整理，初步形成了构件式幕墙的装配化思路：通过单元划分，满足现场拼装和吊装的要求;通过解决构件式幕墙在上墙前零件的定位和约束，使拼装质量满足安装需求;通过采取辅助措施，确保拼装单元在起吊和安装过程能够保持形位精度及承受安装荷载;通过采取“区段施工”的方法降低对施工设施等条件的要求。
2.1 幕墙单元的划分
“幕墙单元划分”主要是指以合适的方式对幕墙进行单元划分，满足现场单元拼装和吊装的要求。就单元划分原则来说，一般采用以下几种方法：
以幕墙的造型元素划分单元。这类幕墙通常是规律地分布着装饰线条或造型元素，可以简单地以线条或造型元素进行划分，将整面幕墙划分为合适的单元(如图3)。在这种做法中，由于线条本身的构造与幕墙的构造相对独立，所以单元化的工作就相对简单。一般来说线条单元和幕墙单元可以维持各自的构造做法，自行形成独立的单元。工作重点是解决一体化支座的设计问题，确保两种不同的单元板块能够保持准确的空间位置，并且其连接方式需便于吊装作业。
以复杂造型整体吊装为原则划分单元。这类应用场景主要是针对幕墙上复杂的造型元素，解决其现场拼装复杂、施工难度大的问题。具体操作时，会把立面上难度大的工序放到地面实施，同时兼顾现场的吊装条件，将一个复杂造型分解成数个可拼装的单元。这一类单元化改造重点是分解单元的规模，在允许的范围内尽可能减少拼接次数(图4)。
以提高幕墙施工效率为原则划分单元。这类应用场景通常为分格较为零碎、现场作业工作量较大的常规幕墙。这类幕墙在划分单元时就非常灵活，可以采用“连续单元化”，即所有面板均归纳到各自单元中，但会导致单元拼接处幕墙龙骨需要采取“半单元附框构造”或类似单元幕墙的分体龙骨插接构造。还有一种做法是间隔单元化，即把一部分面板排除在单元外，与之相关的横向龙骨也不纳入单元，在其相邻单元吊装后再安装间隔处的横向龙骨和面板。
所谓“半单元附框构造”其实就是利用“附框单元”来解决相邻两个主单元之间空位的镶嵌问题，两个主单元之间空出一个分格，在主单元安装到位后，“附框单元”再固定于左右两个主单元的龙骨上(图5)。由于“附框单元”只负责将面板材料集成在一起，其重量较轻安装方便，当其固定到两个主单元上后，便可利用主单元龙骨进行承载。这种做法非常适合窗扇与立柱平齐的幕墙构造，其单元化改造可轻松实现。除此之外，在分片整体吊装的幕墙和吊顶系统中也有较广泛的应用。
模仿单元式幕墙横竖龙骨插接的做法一般不建议采用，主要是这种做法会导致材料成本增加，并且一旦采用插接构造，将丧失板块无次序自由安装的优势，对施工组织不利。但插接做法对于单元划分来说自由度大，是一种简单易行的单元化改造方案。这两种方法均有优缺点，主要看项目需求。
2.2 装配化改造的工艺措施
构件式幕墙装配化首先面对的是加工组装问题。由于装配单元在工厂或现场地面完成，所以有机会使用各类辅助定位夹具来提高组装精度和效率。尤其是对于较为复杂的造型，可使用专用的胎具将龙骨和面板一次性的准确定位，极大地提高了组装精度和效率(图6)。
涉及到单元体与主体结构（词条“主体结构”由行业大百科提供）有多个连接点且部分连接点被板块遮蔽的情况，需要设置辅助的定位及导向构造，使吊装单元在不可视部位的连接点能够顺利地连接到主体结构上。这一点非常重要，它是具有多分格的幕墙单元板块能否顺利吊装的重点。
还有一个需要关注的问题是，不同于常规的单元式幕墙，构件式幕墙横向龙骨一般截面较小，导致其组框后整体平面内刚度（词条“刚度”由行业大百科提供）偏低。如果不加大截面尺寸，通常需要进行局部加强。一般通过在非可视区域设置支撑来提高单元的平面内刚度。此外，吊装方案必须考虑到施工顺序、受力方式及受力部位等因素的影响，并进行模拟计算，采用合适的吊点和吊具，避免吊装时单元体变形。
2.3 构件幕墙的装配化施工方法
常规单元式幕墙板块之间横、竖向均采用插接构造，因此单元板块必须按顺序安装，依次安装完一个楼层单元板块，并完成水槽闭水试验后，再安装下一层单元板块。但对于经过单元化改造的幕墙系统来说，由于其防水（词条“防水”由行业大百科提供）的原理与单元式幕墙不同，不需要严格按顺序施工，对作业面的条件要求不高，可多点同时展开施工，这对提高施工速度有很大的帮助。
基于其这一特点，我们发现最适合的方式是按“区段施工”，这一施工方法是基于流水作业的原理：在一个施工段内沿横向划分为若干个流水段，施工时每个流水段内的板块自下而上全部吊装完成后再进行下一个流水段作业;已完成吊装作业的流水段即可展开室外侧的打胶密封和室内侧的防火封堵。这样吊装、打胶、防火封堵作业就可以形成流水，不会因垂直方向的交叉施工产生阻碍。
这样做的好处非常多，首先是每个流水段的横向作业面宽度较小，可以较为自由地安排施工区域;其次是每个流水段的幕墙板块品种少、批量大，便于材料集中采购、加工;三是吊装作业位置集中，水平运输距离短，施工效率高;最后是幕墙外侧打胶密封，采用流水作业方式可以大幅减少吊篮架设数量和周转次数，有效降低措施成本。
2.4 适用于装配化构件式幕墙的一种施工机械
幕墙单元板块板常用吊装设施包括环形轨道吊机、移动式单臂吊、汽车吊等。其中环形轨道吊机是最常用的施工设施，可用于装配化幕墙吊装。但由于轨道吊设施包含支架、支臂及轨道等较多材料及构件，成本较高，搭设周期相对较长，安装拆除安全风险也比较大。这对于幕墙高度在100米以下的装配化构件式幕墙来说不太合算。
对于装配化的构件式幕墙，由于不需要横向依次施工，可以不采用环形轨道吊机。事实上我们在很多项目中都使用了移动式单臂吊机和吊篮配合进行施工，但移动式单臂吊机也存在吊装覆盖范围小，即便在很小的流水段内也需要不断移动吊机位置，施工效率低。
通过对各种吊装设施优缺点的分析研究，我们开发了一种移动式轨道吊机。在移动式单臂吊的基础上增设了一段水平轨道，并在轨道下方安装了电动葫芦，从某种意义上来说实现了轨道吊的功能。导轨长度在8米左右，电动葫芦有效行走距离7.5米，吊装覆盖范围较大，挪动一次可吊装6列幕墙板块。吊机的整体宽度也差不多和建筑柱距模数匹配，移动次数为整数，最大限度发挥设备作用。除此之外，它集成了卷扬机，可直接从地面起吊，通过空中换钩由电动葫芦完成吊装工作。由于减少了转运环节，大幅提高了施工效率。
移动式轨道吊机主体采用了模块化组装方式，分为底盘、支臂、吊装系统及轨道四大部分(图7、图8)。底盘由钢方通焊接而成，下部安装2排共6台搬运坦克轮以方便移动。在搬运轮前后分别设置活动支撑脚，吊车移动到位后，放下支撑脚并调节高度，把力传递到屋面。支臂由钢通焊接成的钢桁架组成，吊装系统由卷扬机、前吊臂和拉杆组成。前吊臂使用销钉固定在车身前部并可转动，在吊机需要转移到下一个工位时方便收起。轨道采用导轨钢，下部安装1台电动葫芦，用于吊装板块。
3 实施案例介绍
3.1 “构件式幕墙装配化1.0版”案例
我们在2019年实施的一个项目采用了构件式幕墙单元化改造方案，该项目总建筑面积14.33万㎡，有四栋塔楼，幕墙高度106m。项目分为两个标段，每个标段都有两个塔楼和一个连体裙楼（词条“裙楼”由行业大百科提供）。
该项目主要幕墙系统为玻璃幕墙与石材幕墙的组合体，横、竖向的石材线条分格宽度为800mm，玻璃的分格宽度为1150mm，自然形成了玻璃单元和石材单元，再加上隐藏在石材线条背后的开启单元，就构成了该系统的全部要素。
在原设计方案中，石材线条是由三块石材拼接而成的，拼接质量要求非常高。石材线条与玻璃部分是独立的两套系统，各自分别连接固定在主体结构上(图9)。
装配化改造的一个核心思路就是简化面板安装难度。我们将石材面板在胎模上预先铺好，然后再将钢构架放到胎模上。在重力作用下，连接码件自动贴合在石材面板的背面，无需干预自动完成调平工作，然后只需要简单地锁紧相关调节螺栓（词条“螺栓”由行业大百科提供），即可完成石材面板的组装。将整个石材单元从胎模中取出来即为成品状态，马上可以进行安装，大大提高了安装精度和施工效率。
另外一个重点是“复合钢牛腿”的构造设计(图10)，这个连接件保证了玻璃单元和石材单元一次挂接就可以准确就位，使没有插接关系的构件式幕墙单元具备了单元幕墙相同的挂接特性。而这一技术特点则奠定了我们构件式幕墙装配化技术向2.0版本迭代的主要技术路线。
这个项目实施时，我们比另一标段的施工单位晚进场3个月，但最终领先1个月完成了施工任务。更为重要的是，幕墙安装精度及观感远好于常规构件式幕墙，获得了业主的高度评价。该项目获得了国优奖项。
3.2 “构件式幕墙装配化2.0版”案例
在构件式幕墙单元化技术成熟后，我们发现由于在构件式幕墙单元化技术路线中，如果单元板块之间无插接关系，不需要严格按横向依次施工。这一技术特点导致“区段施工”施工方法的出现，从而大幅提升了幕墙的施工速度。在此基础上我们又进一步对现有幕墙施工机械进行了改进，开发了一种与该种施工方法配套的“移动式轨道吊机”。对这些创新点归纳整理后，形成了“构件式幕墙装配化施工技术”，将构件式幕墙装配化升级到了2.0版本。
2024年，我们将2.0版本的“构件式幕墙装配化施工技术”应用到了一个新项目，该项目1、2栋建筑外立面主要由玻璃幕墙和石材幕墙组成，其中玻璃分格宽度1100mm，石材宽度分格900mm。原设计方案为构件式幕墙，玻璃幕墙采用铝合金龙骨，石材幕墙采用钢龙骨(图11)。
承接项目后，我们向业主提出了装配化的深化设计方案，并以节约3个月工期的承诺获得了业主青睐。根据立面特点，将幕墙划分为玻璃单元和石材单，两种单元完全独立且没有插接关系，通过一体化支座定位并固定在建筑主体结构上。单元板块之间仍采用打胶密封的方式，在板块吊装完成后利用吊篮完成注胶（词条“注胶”由行业大百科提供）密封作业(图12)。
该项目两栋楼合计约有3200个板块，均在加工厂生产。现场采用了“区段施工”的施工方式，利用“移动式轨道吊机”完成从板块垂直运输、水平就位直至吊装完成的全部工作。由于构件式幕墙装配单元的安装工序较单元幕墙少，吊装速度较单元式幕墙要快很多。“移动式轨道吊机”移位不耽误有效施工时间，垂直运输用揽风索的锚固点事先做好，每次移位只要半个小时。原计划是60天内完成全部板块的吊装，实际上只用了30天的时间就完成了除施工电梯口外所有板块的吊装工作，速度之快超出了我们自己的预期。
4 结语
从幕墙行业的发展趋势看，装配式将是主流方向。但受限于成本影响，在相当长一段时间内100米以下的建筑仍会以构件式幕墙为主。构件式幕墙装配化就是这种应用场景下，响应建筑工业化的一种有益创新。事实上，对于构件幕墙单元化尝试早就开始了，并有了很多成功的案例。我们认为构件式幕墙装配化发展不宜照搬单元式幕墙的既有模式，仍需针对构件式幕墙的特点发展这项技术，使其不至于偏离构件式幕墙构造简单、材料成本低、施工灵活的特性。我们为此做了一些的探索，并经过实际工程检验，证明这条技术路线不仅走得通，而且还有很大的潜力可挖。受能力和眼界所限，我们现有的技术成果还很不完善，将这些心得体会予以展示，是希望能对幕墙装配化、工业化发展提供一点助力。
参考文献
[1]《构件式幕墙的装配式技术改造在工程中的应用》 闭思廉 刘晓烽现代建筑门窗幕墙技术与应用 中国建筑工业出版社2022
作者单位：深圳中航幕墙工程有限公司
