裴 健，郝天坤，劉 玲

(中鐵六局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司，山西 太原 030045)

1 工程概況

新型現(xiàn)代化鐵路旅客站房是我國高速鐵路技術(shù)的重要組成部分，太子城站是京張高速鐵路崇禮支線終點(diǎn)站，位于張家口市崇禮區(qū)，距離2022年冬奧會崇禮賽區(qū)奧運(yùn)村2km，是2022年冬奧會的集散地和頒獎儀式的背景建筑。太子城站采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念及成熟可靠的建筑技術(shù)實(shí)現(xiàn)站房“功能齊全、系統(tǒng)完備、設(shè)施先進(jìn)、創(chuàng)意卓越”的設(shè)計(jì)，做到合理經(jīng)濟(jì)、美觀協(xié)調(diào)(見圖1)。車站為線側(cè)下式站房，規(guī)模3臺4線，站房建筑面積11 998m2。車站建筑外形呈月牙形雙曲弧面落地，長210m，中間部分寬27m，建筑高度16.8m，逐漸向兩側(cè)端部對稱自然收斂，站房屋面鈦鋅板覆蓋面積5 912m2，鈦鋅復(fù)合板為褐灰色，顏色與周邊山體自然融合，達(dá)到站房造型設(shè)計(jì)與環(huán)境和諧統(tǒng)一。鈦鋅板在國內(nèi)高速鐵路站房工程中首次應(yīng)用，工程設(shè)計(jì)造型復(fù)雜，施工難度大，具有以下特點(diǎn)：①大面積異形雙曲面4 980塊面板外形尺寸均不相同，表面曲率各異，加工難度大，安裝精度要求高；②進(jìn)口鈦鋅面板復(fù)合加工工藝復(fù)雜；③鋼結(jié)構(gòu)主體施工誤差和變形對屋面三維坐標(biāo)控制影響復(fù)雜。

圖1 太子城站房鳥瞰

2 鈦鋅板材料的復(fù)合機(jī)理及加工技術(shù)

鈦鋅板板材具有良好的延伸率和抗拉強(qiáng)度力學(xué)性能，可塑性好、可加工性好，金屬質(zhì)感強(qiáng)，顏色均勻，美觀簡潔，整體觀感質(zhì)量好，能充分滿足建筑師的創(chuàng)作理念和設(shè)計(jì)意圖。

鈦鋅合金是由高純度金屬鋅(99.995%)與少量的鈦和銅熔煉而成，鈦的含量為0.06%～0.20%，可改善合金的抗蠕變性；銅的含量為0.08%～1.00%，用以增加合金的硬度。鈦鋅板材膨脹系數(shù)降低，更加適應(yīng)溫差較大地區(qū)。

鈦鋅板是一種高級金屬合金板，由鈦鋅合金經(jīng)過輥軋成片、條或板狀的建材板稱為鈦鋅板。將鈦鋅板和防火板材料復(fù)合成鈦鋅復(fù)合板，從而實(shí)現(xiàn)在滿足鈦鋅板基本功能設(shè)計(jì)的前提下提高鈦鋅復(fù)合板的強(qiáng)度和承載力。鈦鋅板經(jīng)鈍化處理后，可在表面形成一層致密的保護(hù)層從而使鈦鋅板表面保持一個極慢的腐蝕率，為建筑物提供有效持久的保護(hù)，保證鈦鋅板具有較長的使用壽命。建筑屋面鈦鋅板在受到雨水的沖刷后即可實(shí)現(xiàn)表面自潔，無須清洗、無須涂層保護(hù)也可長期保持外觀效果。鈦鋅板基于鋅表面有自動愈合的能力，當(dāng)面層被劃傷，經(jīng)過一段時間后，仍能愈合恢復(fù)本來的顏色和保護(hù)層，長期使用也能保持金屬光澤。目前鈦鋅板以其優(yōu)越的性能和良好的性價(jià)比在歐美國家應(yīng)用較多，但在國內(nèi)還屬于起步嘗試階段，最典型的國家大劇院幕墻工程的金屬幕墻采用鈦鋅板覆面幕墻形式作為建筑物的外墻及屋面系統(tǒng)。本工程屋面裝飾板采用0.7mm鈦鋅板+2.8mm A級防火PE膜+0.7mm鋁板復(fù)合裝飾板制作，經(jīng)實(shí)際復(fù)合加工取得較好效果，各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。鈦鋅板屋蓋采用立邊咬合接口系統(tǒng)施工，施工安裝靈活、快速。

3 鈦鋅屋面板施工工藝流程

雙曲屋面BIM模型深化設(shè)計(jì)→鈦鋅板加工復(fù)合→鈦鋅板單元加工→智能3D點(diǎn)云掃描測量→基層屋面體系測量放線及安裝→鈦鋅板安裝→曲面屋面整體調(diào)整→屋面其他配套系統(tǒng)安裝→去除保護(hù)膜。

屋面工程結(jié)構(gòu)層做法內(nèi)容包括屋面底板、防塵層、吸聲層、支撐層、隔汽層、防水層、鋁鎂錳合金屋面，屋面裝飾層為鈦鋅復(fù)合板，屋面附屬設(shè)施包括不銹鋼天溝、防墜落系統(tǒng)、電伴熱融雪系統(tǒng)、擋雪系統(tǒng)、檐口鋁單板做法。

本工程施工部署主要考慮：鋼結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)完成及驗(yàn)收交付的時間和條件、施工區(qū)段劃分、屋面安全設(shè)施準(zhǔn)備和水平運(yùn)輸通道、機(jī)械選擇和布置、勞務(wù)班組資源配備、專業(yè)工序銜接、施工節(jié)點(diǎn)工期、流水節(jié)拍要求等方面。施工順序按鋼結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)完成提供作業(yè)面順序，由中間向兩端的順序進(jìn)行施工。將工作面劃分為A，B施工區(qū)段進(jìn)行平行施工，提高施工效率，保證工期。每個區(qū)段均配備充足的人力、機(jī)具，各區(qū)段組織平行流水施工，充分發(fā)揮專業(yè)技術(shù)優(yōu)勢，降低施工成本，保證現(xiàn)場施工質(zhì)量及工期(見圖2)。

圖2 屋面工程施工段劃分

4 關(guān)鍵技術(shù)及操作要點(diǎn)

4.1 鈦鋅屋面板深化設(shè)計(jì)

通過建立BIM模型對屋面板曲率進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、深化設(shè)計(jì)。在沿著站房長度方向應(yīng)用以直代曲的原理將鈦鋅面板單元進(jìn)行細(xì)分，使單塊面板的長度順向弦高在視覺上可忽略不計(jì)；在沿著站房垂直方向利用錯臺原理降低了鈦鋅面板單元的曲率，從而降低了鈦鋅板的加工和安裝難度，使站房大型雙曲屋面整體圓順、層次豐富。

太子城站房屋面為雙曲落地，從中部向兩端逐漸收斂。通過建立BIM模型對屋面整體曲率變化進(jìn)行預(yù)先控制，對每塊鈦鋅板單元的幾何尺寸和曲率變化進(jìn)行明確，對正確指導(dǎo)工廠加工和現(xiàn)場拼裝及調(diào)整具有重要意義(見圖3，4)。由于該車站站房屋面4 980塊面板幾何尺寸均不相同，故需在深化設(shè)計(jì)時就對每塊面板進(jìn)行統(tǒng)一編號。應(yīng)用相關(guān)軟件通過對建筑屋面表面和鋼結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行一體化參數(shù)化研究，基于車站屋面的三維空間模型和空間約束關(guān)系構(gòu)建建筑屋面的參數(shù)化模型，進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)模型優(yōu)化，完成對每塊鈦鋅面板的加工放樣圖形。

圖3 屋面曲率分析

圖4 雙曲屋面鈦鋅板深化設(shè)計(jì)分格

4.2 鈦鋅復(fù)合板加工技術(shù)

站房屋面鈦鋅復(fù)合板加工具有以下特點(diǎn)：①站房屋面4 980塊面板外形尺寸均不相同，加工難度大，安裝精度要求高，需統(tǒng)一編號；②進(jìn)口鈦鋅復(fù)合面板封邊、折角、焊接加工工藝復(fù)雜，質(zhì)量要求較高。利用在豎向荷載作用下板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)力學(xué)分析原理，將鈦鋅板和防火板材料進(jìn)行復(fù)合，從而實(shí)現(xiàn)在滿足鈦鋅板基本設(shè)計(jì)功能的前提下提高鈦鋅復(fù)合板的強(qiáng)度和承載力。本工程采用0.7mm鈦鋅板+2.8mm A級防火PE膜+0.7mm鋁板復(fù)合裝飾板制作，龍骨采用50mm×50mm×4mm鋁合金方管。鈦鋅板單元即單塊鈦鋅復(fù)合板及其封邊、框架、可調(diào)節(jié)支座等部分。按以折代曲的設(shè)計(jì)理念，該單元板表面加工可視為平面的。鈦鋅板單元加工大樣如圖5所示，圖中編號指從結(jié)構(gòu)鋁鎂錳合金屋面到上部的龍骨體系、支座和鈦鋅復(fù)合板等做法。

圖5 鈦鋅板單元加工大樣

4.3 應(yīng)用3D點(diǎn)云測量技術(shù)

由于從主體鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架施工到屋面結(jié)構(gòu)做法的全過程施工質(zhì)量精度控制對最后的工序表層鈦鋅板的安裝精度影響很大，所以必須通過先進(jìn)的測量儀器對高大空間屋面的坐標(biāo)位置變化有效掌控。應(yīng)用智能3D點(diǎn)云測量儀器及其配套軟件，結(jié)合激光測量和攝影測量原理得到點(diǎn)云，包括三維坐標(biāo)(Oxyz)、激光反射強(qiáng)度(intensity)和顏色信息(RGB)。在獲取車站站房屋面表面每個采樣點(diǎn)的空間坐標(biāo)后，得到的是一個點(diǎn)的集合，與之前應(yīng)用BIM建立的屋面模型進(jìn)行對照比較，從而可修正在施工過程中各點(diǎn)具體實(shí)際位置的變化，以指導(dǎo)屋面鈦鋅板的測量放線、單元板加工、現(xiàn)場安裝等。使用的智能3D點(diǎn)云測量掃描儀器能快速準(zhǔn)確測量和形成實(shí)時建筑的三維坐標(biāo)，保證了施工測量和誤差控制精度。站房屋蓋結(jié)構(gòu)施工3D點(diǎn)云測量掃描模型如圖6所示。

圖6 站房屋蓋3D點(diǎn)云測量掃描

4.4 鈦鋅復(fù)合板安裝

站房屋面裝飾鈦鋅復(fù)合板安裝流程為：結(jié)構(gòu)屋面上夾具安裝→鈦鋅復(fù)合板龍骨安裝→屋面鈦鋅復(fù)合板安裝→支座調(diào)節(jié)圓順。先在鋁鎂錳合金屋面基層上安裝鈦鋅屋面板的龍骨體系，龍骨體系起到整體鈦鋅屋面板的控制定位和固定支撐作用。龍骨體系通過專用特制的夾具支架固定在鋁鎂錳合金屋面直立鎖邊立邊上，牢固可靠。龍骨體系與這些支架連接固定形成預(yù)期的網(wǎng)格分布，然后鈦鋅面板即可按預(yù)先編號對號入座安裝就位。鈦鋅屋面板單元安裝由專用卡具和支座將單元板固定在屋面龍骨體系上，能通過支座調(diào)節(jié)高度使整體屋面達(dá)到圓順。本工程采用的鈦鋅屋面板可調(diào)支座體系可實(shí)現(xiàn)板單元單獨(dú)拆卸安裝，方便維修清理。鈦鋅屋面板單元專用卡具和支座固定如圖7所示。

圖7 鈦鋅屋面板單元專用卡具和支座固定

鈦鋅板自地面調(diào)運(yùn)至屋面可采用人工或機(jī)械吊運(yùn)，在站房側(cè)面檐口位置用鋼管焊接臨時龍門架，人工用滑輪和纜繩將鋁板拉運(yùn)至屋面。機(jī)械吊運(yùn)可采用汽車式起重機(jī)或利用現(xiàn)場主體施工用的塔式起重機(jī)將鋁板直接吊運(yùn)至屋面，每次吊運(yùn)時必須保證鈦鋅屋面板或其他材料綁扎牢固無松散，鋼絲纜對鈦鋅板不得有損傷。鈦鋅板吊運(yùn)至屋面后應(yīng)注意分散堆放，避免過于集中地堆放，且不能將棱角擱置于下層屋面板上，防止造成板變形。對暫時不安裝的鈦鋅板必須用纜繩固定于結(jié)構(gòu)上，防止大風(fēng)吹落。鈦鋅板的固定采用自攻螺釘與骨架結(jié)構(gòu)相連，做到每個固定點(diǎn)必須有螺栓固定，不允許有跳打現(xiàn)象。鈦鋅復(fù)合板單元可調(diào)支架安裝由專用卡具和支座將單元板固定在屋面龍骨體系上，能通過支座調(diào)節(jié)高度使整體屋面達(dá)到圓順，還可單獨(dú)拆卸，方便維修清理。

4.5 屋面其他配套系統(tǒng)安裝

屋面其他配套工程包括雨水天溝及電伴熱防凍裝置、擋雪系統(tǒng)、防墜落系統(tǒng)、檐口鋁單板等?；谇娼饘傥菝娴慕涤陞R水和積雪分析，從防排水、防滑移和防堆積的角度綜合分析各種工況，優(yōu)化方案，建立防排水、阻雪和融雪相結(jié)合的構(gòu)造設(shè)施，實(shí)現(xiàn)建筑功能和設(shè)計(jì)要求。防墜落系統(tǒng)包括T字板安裝和鋼索安裝。檐口鋁單板系統(tǒng)包括鋁板龍骨和鋁板安裝，應(yīng)與站房立面外墻石材和鋁板幕墻施工綜合考慮，統(tǒng)一策劃，達(dá)到整體一致效果。鈦鋅復(fù)合板及相關(guān)工程完成后即可去除保護(hù)膜。

5 安全質(zhì)量環(huán)保施工措施

1)鈦鋅板材料質(zhì)量是影響工程質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，材料進(jìn)場時，供應(yīng)商應(yīng)提供發(fā)貨清單、出廠合格證、材質(zhì)單、進(jìn)口產(chǎn)品還必須有商檢證明書。鈦鋅復(fù)合板進(jìn)入工地現(xiàn)場應(yīng)全數(shù)檢查，重點(diǎn)檢查幾何尺寸。鈦鋅板的顏色應(yīng)提前經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)和監(jiān)理各方確認(rèn)，并進(jìn)行封樣備查。

2)由于太子城車站站房屋面鈦鋅板4 980塊幾何尺寸規(guī)格均不相同，需進(jìn)行統(tǒng)一編號管理，保證在加工、運(yùn)輸和安裝時不會造成混亂，從而保證現(xiàn)場施工組織有序。

3)施工過程在材料碼放、搬運(yùn)、安裝過程中嚴(yán)格文明施工，注意材料及成品保護(hù)，在安裝完成前不允許將保護(hù)膜掀除。

4)施工進(jìn)場前必須對工人進(jìn)行安全交底。在弧形屋面上由于不是平面，為保證操作工人上下移動和施工操作需要，在屋面上要預(yù)先安裝若干根鋼絲繩作為安全生命線，高空作業(yè)人員必須佩掛安全帶，掛在鋼絲繩上。

5)高空作業(yè)要搭設(shè)腳手架或操作臺，上下屋面要使用軟梯，操作人員嚴(yán)禁穿硬底鞋及有跟鞋作業(yè)。

6)在屋面上與其他安裝專業(yè)交叉施工時，應(yīng)做到工序合理銜接，安全措施到位，保證施工安全。

7)5級及以上大風(fēng)、雨雪天氣不得在屋面上作業(yè)。

8)對鈦鋅板和龍骨型材的剩余材料統(tǒng)一集中收集，按可回收利用資源規(guī)定處理。

6 結(jié)語

新建京張高速鐵路崇禮支線太子城站站房屋面采用雙曲落地的復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)形式和選用富有現(xiàn)代建筑風(fēng)格的鈦鋅板材料，是國內(nèi)高速鐵路客站的首例實(shí)踐，填補(bǔ)了我國鐵路站房工程施工技術(shù)的空白，項(xiàng)目部在大面積復(fù)雜雙曲面分格和曲率深化設(shè)計(jì)、施工方案優(yōu)化、施工安全質(zhì)量控制等方面開展科技研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新，解決了一系列施工難題。