一种大型场馆内异形石材饰面的数字化制造及施工方法与流程

本发明涉及建筑数字化，特别涉及到一种大型场馆内异形石材饰面的数字化制造及施工方法。

背景技术：

现在工程建造中，特别是设计到大型的公共工程，往往大量地使用bim建造技术。通过bim技术在公共工程中的应用，可以实现施工步骤的可控，施工参数的精确预知和施工质量的保证，减少了材料的浪费和时间的浪费，可以说建筑数字化正成为未来建筑行业发展的必备条件。

针对于一些大型场馆，特别是重要应用场合会涉及到石材饰面，石材饰面给人以恢弘大气、质感硬朗和庄严稳重的视觉效果。目前常见的建筑石材饰面往往都是平板石材，将平板石材挂到基层架子上拼接成为平面造型，或者是在平板石材基础上加工出花纹以及造型后再以干挂石材的方式进行施工。在一些特殊场合中，现在出现了曲面石材造型或双曲面石材造型的异形结构，通过异形结构设计可以提高建筑的活泼性，更有造型美。再对大型曲面造型利用石材来实现，这就需要对石材加工和安装提出了更高的要求。第一石材加工要尺寸精确，确保安装后拼接无缝隙，实现石材的一体感，第二石材安装要精确，确保安装时不会出现高低起伏和大的缝隙，确保施工质量和施工效果，第三要考虑成本因素，包括加工成本和运输成本等。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术中异形石材饰面的施工难点，提供一种石材饰面的数字化制造及施工方法。本发明的施工方法要能够对大型石材饰面进行精准分件和精准安装，确保大型双曲面石材饰面的安装、生产和安装施工精准可控，确保安装质量和安装效果。

为了达到上述发明目的，本发明专利提供的技术方案如下：

一种大型场馆内异形石材饰面的数字化制造及施工方法，其特征在于，该异形石材饰面为固定在基层钢架上的倒喇叭形结构，由多块曲面石材面板拼接实现，其特征在于，该数字化施工方法包括如下步骤：

第一步，利用bim软件对该大型场馆进行项目建模，先用土建图纸，再结合现场扫描的点云模型，结合装饰设计图纸，建立该项目的装饰模型，其中包括有钢架模型和面板模型；

第二步，对装饰模型进行优化，将大型场馆内的机电管线模型与装饰模型叠加，找出模型碰撞点，优化调整钢架模型和面板模型以实现空间避让；

第三步，利用钢架模型对基层钢架进行力学计算，找出不利点以优化钢架的强度和刚度，不利点是力学性能欠缺的结构区域或结构点，优化钢架主要是调整钢管的粗细规格来实现；

第四步，确定基层钢架与石材面板的连接方式，对石材面板和基层钢架的连接施工进行过程模拟，选择合适的连接方案，明确最优方案，该最优方案的因素包括安全性、可调节性和经济性；

第五步，对组成面板的石材进行排版和分块，面板模型中对双曲面石材进行专门排版，排版完成进行分块，分块时考虑面板整体的稳定性、可安装性、运输性和美观度，分块时利用rhino软件和分块插件的结合实现分块，所述的分块插件为grasshopper，主要用来编写脚本进行参数化分块，指明每块石材面板的定位点，即三维空间安装定位点，双曲面面板的尺寸规格，实现批量输出所有版块的参数，其中尺寸规格用来加工板块，定位点用于每个板块的安装；

第六步，按照图纸板块的参数进行板块加工，确保每块板块都符合参数要求；

第七步，基层钢架安装前放线，将装饰模型中的定位信息批量导入到全站仪中，对现场进行精确三维测量，为现场安装提供基准，将装饰模型中安装点位数据实体化，对现场进行精确的定位、划线和定点；

第八步，钢架安装，利用确定的位置点进行安装，安装完成后进行准确性校验，利用前面的钢架模型导入至ar设备中，在ar软件中明确定位点，每个点都能产生一个对应的二维码，每个大的区域至少需要一个二维码，现场对定位点贴上二维码，完成ar模型空间与实际空间定位一致，利用ar显示出钢架模型，并利用摄像头采集实际钢架构造，通过钢架模型和实体钢架影像自动匹配，从而判断实际钢架与设计钢架的对应程度，从而判断钢架的安装准确性，若出现不对应则反馈问题，导出整改单，直到实体钢架与模型设计钢架保持一致；

第九步，现场挂装板块至钢架上，每块都有对应的编号，利用全站仪定点安装，逐步从下到上安装直至全部安装完成。

在本发明大型场馆内异形石材饰面的数字化制造及施工方法中，所述的异形石材饰面由多块曲面石材和单曲面石材以及平面石材拼接而成，整体呈现带有四棱角的倒喇叭形状，转角位置使用双曲面石材，弧面位置采用单曲面石材，平面位置采用平面石材。

在本发明大型场馆内异形石材饰面的数字化制造及施工方法中，所述第二步中模型碰撞主要情形包括吊挂龙骨与机电管道的碰撞、暖通出风口过低与石材主龙骨碰撞以及机电管道的实际安装位置与理论位置不符。

在本发明大型场馆内异形石材饰面的数字化制造及施工方法中，在第三步中，所述的基层钢架由主龙骨、横龙骨和吊杆连接组成，所述的主龙骨由镀锌方管定型拉弯加工而成，横龙骨作为副龙骨用铝合金圆管现场制作而成，利用弯圆机根据bim模型中弧长和参数加工，横龙骨作为副龙骨，所述的吊杆上端与建筑上后置埋板或钢梁焊接固定，吊杆的下端与主龙骨通过连接杆固定，所述的主龙骨由定型的镀锌方管制成，主龙骨采用桁架结构，该桁架结构兼作为转换层，所述的主龙骨与副龙骨通过转接件连接在一起，转接件与主龙骨利用不锈钢螺栓连接，副龙骨与转接件利用抱箍连接件连接固定。

在本发明大型场馆内异形石材饰面的数字化制造及施工方法中，在所述第六步中，所述薄片石材复合蜂窝铝板的表层为异形的薄片石材，在薄片石材后面设有玻璃纤维补强布，背部为雕刻为同样接触面的蜂窝铝板，在薄片石材与蜂窝铝板之间设有胶粘层，并利用不锈钢螺栓作为加固背栓来进一步固定薄片石材和蜂窝铝板

在本发明大型场馆内异形石材饰面的数字化制造及施工方法中，所述薄片石材复合蜂窝铝板的生产工艺如下：所述薄片石材复合蜂窝铝板的生产工艺如下：先根据石材板块的参数模型数据生成加工模胎，再将其转化为数控机床的程序由数控加工中心进行精雕，薄片石材采用双轴雕刻机加工完成，生产出带固定柱脚的坯板，并在薄片石材背部粘接玻璃纤维补强布，再利用数控加工中心对实心铝块加工成型的铝材模胎，将加工成型的石材薄片和铝材模胎利用液压设备挤压成型，挤压成型前涂覆胶粘剂，加工完成为成型的双曲面复合板。

在本发明大型场馆内异形石材饰面的数字化制造及施工方法中，还包括第十步，石材饰面的检查验收，石材饰面全部安装完毕后，利用ar设备进行验证验收，ar设备中输入有生成的理论面板模型，出现偏差时出现报警信号，并标识出现偏差的位置。

基于上述技术方案，本发明的数字化制造及施工方法应用在大型场馆内双曲面石材饰面生产和施工中取得了如下技术效果：

1.本发明的数字化施工方法通过bim技术的应用，先将装饰模型做出来，在优化设计装饰模型以后，利用力学模拟计算的方式对基层钢架进行模拟计算，从而确定基层钢架稳定性和可靠性更为贴近或高于实际需要，确保项目施工以及后续使用过程中的安全性，从基层上提供石材饰面的稳定性。

2.本发明的数字化施工方法中专门针对于面板模型的石材饰面进行排版和分件，利用专门软件和具体查件的应用，确保分件后的每块石材都具有明确的规格参数，以及安装位置参数，再通过一次性地参数输出，准确定义好组成石材饰面的每一块双曲面面板，做到排版科学、加工精确可靠和经济性统一。

3.本发明的数字化施工方法，在基层钢架安装时充分利用数字化技术，将按照位置点确定并划线，使得每个位置的安装位置和安装形式都精确到位，确保钢架的安装质量和安装精准度，再通过吊装安装到位，安装完成后再利用ar设备进行数字化验收检测，确保基层钢架的安装精准无误。

4.本发明的数字化施工方法在每一块石材吊装安装时都依照模型参数进行，由于加工准确，位置信息确定，安装过程顺利可行，通过从下而上的安装过程，完成整个倒喇叭形石材饰面造型的施工，施工效率高，质量有保证。

5.本发明的数字化施工方法在整个石材饰面安装完成后，再一次利用ar设备进行验收，发现问题及时找出提出整改，确保安装施工质量符合设计要求。

附图说明

图1是本发明一种大型场馆内异形石材饰面的数字化制造及施工方法的流程示意图。

图2是本发明实施例中异形石材饰面的造型结构示意图。

图3是本发明实施例中石材饰面的分件示意图。

图4是本发明实施例中基层钢架的整体安装示意图。

图5是本发明实施例中基层钢架的安装截面示意图。

图6是本发明实施例中分块石材与基材钢架的连接示意图。

图7是本发明实施例中石材饰面拼装过程的状态示意图。

具体实施方式

下面我们结合附图和具体的实施例来对本发明大型场馆内异形石材饰面的数字化施工过程进行进一步的详细阐述，以求更为清楚明了地理解其数字化设计、结构组成和施工过程，但不能以此本发明的保护范围。

先请看图1，图1是本发明一种大型场馆内异形石材饰面的数字化施工方法的流程示意图。由图可知，本发明的是一种大型场馆内异形石材饰面的数字化施工方法，具体应用在具有双曲面石材造型的石材饰面，该异形石材饰面为固定在基层钢架上的倒喇叭形结构，由多块曲面石材面板拼接实现，该数字化施工方法包括如下步骤：

第一步，利用bim软件对该大型场馆进行项目建模，先用土建图纸，再结合现场扫描的点云模型，结合装饰设计图纸，建立该项目的装饰模型，其中包括有钢架模型和面板模型；

第二步，对装饰模型进行优化，将大型场馆内的机电管线模型与装饰模型叠加，找出模型碰撞点，优化调整钢架模型和面板模型以实现空间避让；

第三步，利用钢架模型对基层钢架进行力学计算，找出不利点以优化钢架的强度和刚度，不利点是力学性能欠缺的结构区域或结构点，优化钢架主要是调整钢管的粗细规格来实现；

第四步，确定基层钢架与石材面板的连接方式，对石材面板和基层钢架的连接施工进行过程模拟，选择合适的连接方案，明确最优方案，该最优方案的因素包括安全性、可调节性和经济性；

第五步，对组成面板的石材进行排版和分块，面板模型中对双曲面石材进行专门排版，排版完成进行分块，分块时考虑面板整体的稳定性、可安装性、运输性和美观度，分块时利用rhino软件和分块插件的结合实现分块，所述的分块插件为grasshopper，主要用来编写脚本进行参数化分块，指明每块石材面板的定位点，即三维空间安装定位点，双曲面面板的尺寸规格，实现批量输出所有版块的参数，其中尺寸规格用来加工板块，定位点用于每个板块的安装；

第六步，按照图纸板块的参数进行板块加工，确保每块板块都符合参数要求；

第七步，基层钢架安装前放线，将装饰模型中的定位信息批量导入到全站仪中，对现场进行精确三维测量，为现场安装提供基准，将装饰模型中安装点位数据实体化，对现场进行精确的定位、划线和定点；

第八步，钢架安装，利用确定的位置点进行安装，安装完成后进行准确性校验，利用前面的钢架模型导入至ar设备中，在ar软件中明确定位点，每个点都能产生一个对应的二维码，每个大的区域至少需要一个二维码，现场对定位点贴上二维码，完成ar模型空间与实际空间定位一致，利用ar显示出钢架模型，并利用摄像头采集实际钢架构造，通过钢架模型和实体钢架影像自动匹配，从而判断实际钢架与设计钢架的对应程度，从而判断钢架的安装准确性，若出现不对应则反馈问题，导出整改单，直到实体钢架与模型设计钢架保持一致；

第九步，现场挂装板块至钢架上，每块都有对应的编号，利用全站仪定点安装，逐步从下到上安装直至全部安装完成。

在本发明大型场馆内异形石材饰面的数字化施工方法中，还包括第十步，石材饰面的检查验收，石材饰面全部安装完毕后，利用ar设备进行验证验收，ar设备中输入有生成的理论面板模型，出现偏差时出现报警信号，并标识出现偏差的位置。

在本发明大型场馆内异形石材饰面的数字化制造及施工方法中，所述的异形石材饰面由多块曲面石材和单曲面石材以及平面石材拼接而成，整体呈现带有四棱角的倒喇叭形状，转角位置使用双曲面石材，弧面位置采用单曲面石材，平面位置采用平面石材。

在本发明大型场馆内异形石材饰面的数字化制造及施工方法中，所述第二步中模型碰撞主要情形包括吊挂龙骨与机电管道的碰撞、暖通出风口过低与石材主龙骨碰撞以及机电管道的实际安装位置与理论位置不符。

在本发明大型场馆内异形石材饰面的数字化制造及施工方法中，在第三步中，所述的基层钢架由主龙骨1、副龙骨2和吊杆3连接组成，所述的主龙骨1由镀锌方管定型拉弯加工而成，将副龙骨2作为横龙骨，副龙骨2用铝合金圆管现场制作而成，制作时利用弯圆机根据bim模型中弧长和参数加工。所述的吊杆3上端与建筑上后置埋板或钢梁焊接固定，吊杆3的下端与主龙骨1通过连接杆固定，所述的主龙骨1由定型的镀锌方管制成，主龙骨1采用桁架结构，该桁架结构兼作为转换层。所述的主龙骨1与副龙骨2通过转接件连接在一起，转接件与主龙骨1之间利用不锈钢螺栓连接，副龙骨2与转接件之间利用抱箍连接件连接固定。通过众多的主龙骨1和副龙骨2以及吊杆3作为整体骨架，辅助其他必要的连接部件，形成了整体的钢架结构，如图所示4，图中钢架结构边上还设有六根支撑粗柱0，该钢架结构完成后就是数字化钢架模型的现实化产品，从侧面截图可以看出更为形象的连接关系，如图5所示。

在本发明大型场馆内异形石材饰面的数字化制造及施工方法中，在所述第六步中，所述薄片石材复合蜂窝铝板的表层为异形的薄片石材5，在薄片石材5后面设有玻璃纤维补强布，背部为雕刻为同样接触面的蜂窝铝板4，在薄片石材5与蜂窝铝板4之间设有胶粘层，并利用不锈钢螺栓作为加固背栓6来进一步加固，从而使得薄片石材5和蜂窝铝板4更为牢固地固定在一起，如图6所示。在异形石材饰面与副龙骨2连接后，需要连接紧密不能出错导致跌落，故而增加了一份防止跌落的保险钢丝绳，即为图中的防托构件7。

在本发明大型场馆内异形石材饰面的数字化制造及施工方法中，所述薄片石材复合蜂窝铝板的生产工艺如下：所述薄片石材复合蜂窝铝板的生产工艺如下：先根据石材板块的参数模型数据生成加工模胎，再将其转化为数控机床的程序由数控加工中心进行精雕，薄片石材采用双轴雕刻机加工完成，并对石材表面进行洗磨，生产出带固定柱脚的坯板，并在薄片石材背部粘接玻璃纤维补强布，再利用数控加工中心对实心铝块加工成型的铝材模胎，实心铝块根据模型精加工而成，使得模胎的弧面光滑细腻，尺寸精度高，最后将加工成型的石材薄片和铝材模胎利用9600吨的液压设备挤压成型，挤压成型前涂覆胶粘剂，加工完成为成型的双曲面复合板。成型后的双曲面复合板中石材厚度为0.5-2mm，复合板整体厚度为15mm。

在分件完成后，利用分件导出来的图纸进行石材饰面的加工，准备将装饰模型从数字化落地成为现实的产品。在装饰模型中的复合石材饰面加工完成后将其运输到安装现场，将其安装到钢架上，而钢架则是由钢架模型数字化落地成为现实的钢架结构。也就是本发明的数字化产生的装饰模型包括有钢架模型和面板模型，分别将其数字化结构落地成为现实产品，进而拼装完成。图7是将面板模型落地后，将石材面板拼装到钢架上的过程示意图，待将石材面板整体安装到钢架上以后，即可完成整体的大型场馆内异形石材饰面的安装，从而实现了大型场馆内异形石材饰面的数字化建造。

毫无疑问，以上只是本发明专利大型场馆内异形石材饰面安装的一种实现方式，还可以有其他的结构类型和实现步骤。总而言之，本发明的保护范围还包括其他对于本领域技术人员来说显而易见的变换和替代。