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大跨度异形空间钢结构 施工精度控制技术创新
广西建工集团第五建筑工程有限责任公司华南分公司 港珠澳大桥珠海口岸工程（Ⅱ标段）项目工程“筑梦者”QC 小组
目录
一、工程概况 ...........................................2 1、项目概况 .........................................2 2、钢结构概况 .......................................2 二、小组介绍 ...........................................4 三、选题课题 ...........................................8 四、设定目标及目标可行分析 ............................10 五、提出方案，并确定最佳方案 ..........................13 六、制定对策 ..........................................31 七、对策实施 ..........................................35 八、效果检查 ..........................................48 （一）质量效果 .....................................48 （二）经济效益 .....................................49 （三）工期进度方面 .................................49 （四）社会效益 .....................................50 九、标准化 ............................................51 十、总结和下一步打算 ..................................53
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大跨度异型空间钢结构施工精度技术创新
一、 一、工程概况
1、项目概况 港珠澳大桥珠海口岸工程总建筑面积 50.23 万㎡，主要包括口岸区、市政配套区，项目总投资约 为 59.67 亿元。 港珠澳大桥是中国继三峡工程、青藏铁路、南水北调、西气东输、京沪高铁之后的又一 世界级基础工程。跨海通道穿越伶仃洋海域，东连香港，西接珠海、澳门，三地政府共建共管。这项寄 予百年梦想的工程被人广泛关注，是因为它宏大的规模，更因为它独特的经济社会背景。港珠澳大桥珠 海口岸工程建设以“建设现代化、通关电子化、信息网络化”为原则，坚持解放思想、改革创新、先行 先试，积极推进口岸通关模式创新，出入境往来港澳旅客基本实现自助通关、出入境车辆基本实现“一 站式”通关、进出口货物实现“三个一”通关，珠海口岸将以确保口岸安全通关为目标，构建高效畅通 的口岸通关环境，努力打造成为全国样板口岸。
项目结构概况表 表 1-1
序 号 1
项目
交通中心工程 钢筋混凝土框架+ 曲面空间网格屋盖结构 4 层/1 层 24m
交通连廊工程 钢筋混凝土框架+ 钢桁架构架挑檐 3 层/1 层 21m
建筑结构体系 地上/地下 层数 大屋面高度 工程目标
制表人：杨桦
2 3 6
确保获得中国建筑工程鲁班奖
审核人：楚洲 制表日期：2016.6.1
2、钢结构概况 港珠澳大桥珠海口岸钢结构工程主要包括旅检大楼 A 区、旅检大楼 B 区、交通中心、交通连 廊四个区域钢结构以及其他附属雨棚、步道等结构。交通中心钢结构用钢量约 7300 吨。交通中心 屋盖外围采用正方四角锥网架， 内部采用单层梁网壳结构。 屋盖结构轮廓最长约 315m， 最宽约 187m， 屋盖结构最宽为 104m，投影面积约 28333 ㎡；网架部分焊接球共 9 种规格，累计 4043 件，弦杆 共 18 种规格，累计 18119 件。结构具体情况如图 1-1 所示：
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图 1-1 钢结构平面布置图 制图人：吕锦昌 审核人： 楚洲 制图日期：2016.6.1
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大跨度异型空间钢结构施工精度技术创新
图 1-2 钢结构平面布置图 制图人：吕锦昌 审核人：楚洲 制图日期：2016.6.1
大跨度异型空间钢结构网架精度控制是关键环节，本工程规模大、体量大、造型新颖、结构体系复杂，是影 响工程整体质量的关键所在，是质量控制的重点。
二、小组介绍 二、小组介绍
1、QC 小组简介及成员组成 我 QC 小组是创新型 QC 小组，QC 小组成员采用多岗位搭配的形式，涵盖了分公司经理、主任工程师、 技术科长、项目经理、技术负责人、BIM 负责人、商务负责人、施工员、质检员、材料员、资料员等多个 岗位，有利于多角度分析问题和制定对策。小组概况及成员如下表 2-1：
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QC 小组概况表
大跨度异型空间钢结构施工精度技术创新
表 2-1
小组名称
港珠澳大桥珠海口岸工程（Ⅱ标段）项 目工程“筑梦者”QC 小组
成立时间
2016 年 6 月 1 日
课题类型
创新型
课题活动时间
2016 年 6 月 1 日～2017 年 1 月 20 日
活动课题 小组注册 登记号 课题注册 号
大跨度异型空间钢结构施工精度控制技术创新
活动次数
共 10 次
WJ-HNFQC-2016-6-1
小组人数
共 12 人
WJ-HNF-2016-33
制表人：杨桦
审核人：楚洲
日期： 2016 年 6 月 3 日
QC 小组成员基本情况
表 2-2
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 备注
姓名 徐祥 梁雄 侯永楚 楚洲 黄后玉 何娇 陈文贵 吕锦昌 董旭东 肖翔 杨桦 段晓君
性别 男 男 男 男 女 女 男 男 男 男 女 男
职称 高级工程师 高级工程师 工程师 工程师 工程师 助理工程师 工程师 工程师 助理工程师 工程师
职务 区域公司总经理 区域公司总工程师 项目经理 技术科科长 技术负责人 技术员 质检员 BIM 负责人 安装工人 安装工人 资料员 施工员
组内分工 组长：全面组织 副组长：技术指导 副组长：分工协调 副组长：现场指导 组员：监督实施 组员：具体实施 组员：质量安全管理 组员：图纸深化 组员：网架安装 组员：网架安装 组员：资料整理 组员：分析实施记录
小组成员均参加过 QC 学习，平均接受ＱＣ教育时间为 72 小时以上.
制表人：杨桦 审核人：楚洲 日期： 2016 年 6 月 3 日
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大跨度异型空间钢结构施工精度技术创新
小组主要成员多次参加公司相关 QC 攻关活动，经验丰富。 2016 年《RC 梁与圆钢管柱梁柱节点连接 技术创新》被授予全国工程建设优秀 QC 小组活动成果一等奖，被编入中建协《全国建设工程优秀 QC 小 组活动选编》，同年，《利用 BIM 技术提高梁柱钢筋安装合格率》被授予全国工程建设优秀 QC 小组活动 成果二等奖，《可回收伸缩预埋套管的研制》被授予全国工程建设优秀 QC 小组活动成果二等奖，由 QC 活动成果总结的《RC 梁与圆钢管柱梁柱节点连接技术施工工法》获得 2016 年广西壮族自治区区级工法； 《可回收伸缩预埋套管施工工法》获得 2016 年广东省省级工法，并纳入企业标准在公司内部推广应用。
图 2-1
本 QC 小组所获荣誉
2、本小组的活动时间为：2016 年 6 月～2016 年 12 月，活动次数：10 次
课题活动情况表 表 2-3
序号 1 活动 情况 统计 2 3 4 5 6
活动内容 准备工作 计划阶段 实施阶段 检查阶段 总结阶段 今后设想
次数 1 2 4 1 1 1
应出勤 17 26 85 28 16 15
审核人：楚洲
实出勤 17 25 79 28 16 15.
分出勤率 100% 96.15% 92.94% 100% 100% 100%
总出勤率
98.18%
制表人：杨桦
制表日期：2016.6.3
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广西建工集团第五建筑工程有限责任公司 3、课题活动计划横道图
QC 小组活动计划表
大跨度异型空间钢结构施工精度技术创新
表 2-4
2016 年
落实 人 8.1 ~ 8.30 9.1 ~ 9.30 10.1 ~ 10.31 11.1 ~ 12.15 12.16 ~ 1.20 QC 小 组
阶段
活动程序
6.1 ~ 6.30
7.1 ~ 7.30
选择课题
设定目标 及目标可 P 行性分析 提出方案 并确定最 佳方案 制定对策 D C 对策实施 效果检查 全员 全员 全员 全员 全员
标准化 A 总结及下 一步打算
制表人：杨桦 审核人：楚洲 日期： 2016 年 6 月 3 日
全员
组长
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大跨度异型空间钢结构施工精度技术创新
三、选择课题 1、选题理由 （1）工程现状： 以钢结构建筑为代表，各种大跨度、复杂空间形状的钢结构建筑不断涌现，派生出了各种新型、局部 受力复杂、制作难度大的钢构件。而港珠澳大桥珠海口岸钢结构工程拥有 97258 的超大尺寸，包括约 7206 个焊接球和 35810 个杆件，屋盖跨度达 384 米，工作量巨大，故大跨度异形空间钢结构施工精度控制则为 本工程的施工重点和难点之一，但目前现有的节点施工方法均存在一定的不足，为了节点施工质量得到保 障，本 QC 小组于 2016 年 5 月 11 日-2016 年 5 月 15 日，奔赴交通连廊、旅检大楼 B 区、旅检大楼 A 区等 钢结构工程进行调研，并对大跨度异形空间钢结构节点施工质量情况进行了实测实量。检查：钢网架弯曲 度、钢构件单元中心偏差、焊接球中心偏差及断面斜度三项指标。共抽查了 340 个点，其中 42 个点存在 质量缺陷，安装合格率仅为 87.6%，如图 3-2 及表 3-1。此外由图 3-1 可见本工程的目标为务必拿下中国 建筑行业最高奖项，现有施工工艺不能满足项目施工要求。
图 3-1 工程目标一览图
制图人：罗祥军
审核人：楚洲 钢结构施工质量情况调查表
制表日期：2016.6.7 表 3-1
序号 1 2 3 4
工程名称检测情况 交通连廊 旅检大楼 B 区 旅检大楼 A 区 合计
检测数量 110 105 125 340
合格点 98 91 109 298
不合格点 12 14 16 42
合格率 89.1% 86.7% 87.2% 87.6%
调查人员：黄后玉、何娇、陈文贵、张昌忍 调查时间：2016 年 5 月 11 日至 2016 年 5 月 15 日
制图人：黄后玉 审核人：楚洲 制表日期：2016.6.27
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大跨度异型空间钢结构施工精度技术创新
图 3-2 异型空间钢结构施工质量情况柱状图 制图人：黄后玉 审核人：楚洲
（采用传统施工方法） 制表日期：2016.6.27
由此可见， 按传统办法安装异型空间钢结构， 其合格率极低， 远不能达到创建鲁班奖工程的目标。 （2）目前钢结构网架施工方法 高空拼装法：钢网架用高空拼装法进行安装，是先在设计位置处搭设拼装支架，然后用起重机把网架 构件分件(或分块)上吊至空中的设计位置，在支架上进行拼装。此法有时不需大型起重设备，但拼装支架 用量大，高空作业多。 整体安装：整体安装法就是先将网架在地面上拼装成整体，然后用起重设备将其整体提升到设计位置 上加以固定。这种施工方法不需高大的拼装支架，高空作业少，易保证焊接质量，但需要的起重量大的起 重设备，技术较复杂。 多机抬吊法：此法是用于高度和重量都不大的中、小型网架结构。安装前先在地面上对网架进行错位 拼装作业(即拼装位置与安装轴线错开一定距离，以避开柱子的位置)。然后用多台起重机(多为履带式起 重机或汽车式起重机)将拼装好的网架整体提升到柱顶以上，在空中移位后落下就位固定。 以上几种方法在施工精度上均不能满足项目大跨度异形空间钢结构的施工要求。 2、课题选定 QC 小组经过详细分析本工程的现场施工条件，经过研读图纸等文件的要求，经全体 QC 成员共同讨论 研究，确定目标为：研究一种新型大跨度异形空间钢结构施工精度控制技术，实现一种工艺便捷、连接安 全可靠的钢结构网架施工精度控制技术的创新，以达到拼装的误差控制，拼装过程的跟踪监测和后续的预 起拱平衡均得到有效保证的效果，从而使整体钢结构安装精度在有效控制在一个理想的范围。
图 3-5
QC 小组现场讨论
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大跨度异型空间钢结构施工精度技术创新
四、设定目标及目标可行性分析
1、确定目标值：
新型大跨度异形空间钢结构施工精度控制技术目标值确定表 表 4-1
序号
目标内容
目标值
1
钢结构网架拼装精 度合格率
钢结构安装各项钢结构拼装精度达到规范及设计要求，合格率达 94% 钢结构形变量不超过设计定位及深化定位的要求。
2
钢结构网架施工时 间
实现现场钢结构网架安装零返工，节约工期 15 天。
制表人：黄后玉
审核人：楚洲
制表日期：2016.8.11
2、目标可行性分析： 经过小组分析，实现本目标的有利条件如下： （1）人员：本小组是一支知识化的团队，配备的专业技术管理人员文化层次高，质量管理、技术管 理、技术创新、技术攻关等各方面经验极为丰富，思维活跃，富有创新精神，应用头脑风暴法，通过理论 与现场结合，可以提出创新性的施工工艺方法，为本次活动开展的有力的技术保障。 （2）机器：小组成员图纸深化配备有专业设备及软件，运用 revit、Lumion 等 BIM 三维建模软件， 通过制作模型、动画进行仿真模拟试验，同时对测量检测一起的熟悉使用，为最终优化方案提供有力的技 术保障测量检测设备均为国内先进，且质量达到要求，吊装时采用 150T 和 300T 汽车吊，并有专业指挥， 完全满足施工要求。
新型大跨度异形空间钢结构施工精度控制技术方案优化建模 表 4-2
方案优化选择建模
制图：吕锦昌
审核：杨仕安
制图： 吕锦昌 安 日期：2016.8.11
审核： 杨仕 制作
制图：吕锦昌
审核：杨仕安
制作日期：2016.8.11
制作日期：2016.8.12
制表人：黄后玉
审核人：楚洲
制表日期：2016.8.13
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大跨度异型空间钢结构施工精度技术创新
（3）方法：“新型大跨度异形空间钢结构施工精度控制技术”的活动课题具体务实，贴近施工实际， 花费成本低，操作安全便捷，体现“小、实、活、新”原则，只要大家的齐心协力，严谨精细地策划施工 方案，合理、科学地组织实施，必定能够实现小组目标，实现这种新型节点的研究。 （4）物料：本工程为国家重点难点工程，社会各方关注度极高，钢结构所采用的的材料均由生产条 件居全国前列的铸造工厂进行生产制作，工艺流程完善，设备先进，为钢结构安装精准度的控制提供有力 保障。小组活动期公司各职能部门对该课题给予全方位的支持和配合，为保证“世纪工程”港珠澳大桥的 优秀质量，所购置的材料均需进行严格检测后，符合要求方能投入使用，奠定了物质基础。 开始
制模
模具专检
合格
不合格
造型
冶炼
浇筑
落砂
理化检验 不合格 专检 精整 粗整 热处理
合格
喷砂
涂装
入库
结束
图 4-1 钢结构材料生产工艺流程
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大跨度异型空间钢结构施工精度技术创新
图 4-1 生产过程示意图
（5）环境： 施工环境：本项目位于珠海格力口岸人工岛，在钢结构安装施工的同时，专门对场地进行布置， 协调其他各专业施工同步进行，且钢网架的施工在土建结构部分封顶后进行，对于吊装测量有利。 社会环境：业主与设计单位在小组活动之前进行了多次考察与试验，认为国内现有钢结构精度控 制技术不能满足现场安装及工期要求，对我 QC 小组的创新想法给予了极大的支持，同时，公司对本工程 施工工艺改进和创新十分重视，并出台各种奖励措施，以激发技术人员积极创新研发，为本课题的实施创 造了良好的外部条件。 （6）测量： 项目配备有专业测量人员，钢结构安装测量经验丰富，且项目采购配备先进的测量器材，同时， 对于大跨度异型钢结构的安装，安装定位尤为重要，所以项目会相应制作测量监测方案，并根据后期 的深化设置做出相应调整，为测量工作提供有力保证。
环境优越
技术人才保 障
测量经验丰 富
目标一定 可以实现
机械设备先 进
方法具体新 颖
丰富的材 料 基础
图 4-1 目标可行性分析 制图人：黄后玉 审核人：楚洲 制表日期：2016.8.14
通过综合分析，我们认定小组活动目标可以实现。
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五、提出方案，并确定最佳方案
1、提出方案 QC 小组全体成员于 2016 年 7 月 15 日在项目部会议室召开了大跨度异型钢结构施工精度控制技术研究 专题研讨会，小组人员从人、物、方法、工艺、工序等方面进行讨论，运用了“头脑风暴法”提出了各自 方案和意见，经过讨论及总结归纳，绘制出施工方案亲和图，见图 5-1。
图 5-1 大跨度异型钢结构施工精度控制技术方案亲和图 制图人：黄后玉 审核人：楚洲 制表日期：2016.8.15
小组将提出的方案进行归纳整理，拟定出以下 5 种方案。 2、方案分析论证 针对上图拟定的五种方案，小组通过分析各种方案的优缺点，详见表 5-1。
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方案一内容分析表 表 5-1
大跨度异型钢结构网架施工精度技术创新
提案
方案内容 以卷扬机为动力源， 通过滑轮组 将胎架沿轨道空载滑移至下一 组装单元位置， 通过调节、 修改
连接精准性
可操作性
经济性
综合评价
（1）由于本工程钢结构跨度很大 （1）由于胎架在滑移过程中可能 会有稍微的形变 （2）滑移胎架所在地面的平整度 也影响征整体的精度控制 （3）在测量后发现胎架需要有所 改变时， 可移动性是的精度的控制 操作可行 且土建结构平面较为复杂，滑移胎 架无法连续使用且保持稳定状态， 关键节点连续支撑能力不足 （2）外围钢结构离地面高度已达 到 8 米以上， 移动台架的方法不能 满足大重量超高度的支撑作用，因 而此方法在本工程中适应性和灵 活性较差。 一个安装单元预计成 本 1.2 万元 能完成目标，但施工 难点较大，操作要求 高，工期较长，成本 较高
预测 量可 调胎 架滑 移施 工
形成下一单元的组装胎架， 与楼 面或地面做临时固定。 塔吊行走 至本组装单元就近位置拉点处 牵拉进行等标高滑移， 待滑移单 元滑移到设计位置后， 拆除滑移 轨道， 固定支座。 如此逐单元拼 装，分片滑移，直至完成整个屋 盖的施工。概括起来该工法为： 高空分片组装、单元整体滑移、 累积就位的施工工艺。
制表人：黄后玉
审核：楚洲
制表日期：2016 年 8 月 10 日
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广西建工集团第五建筑工程有限责任公司 方案一现场实验： 试验时间：2016 年 8 月 10 日 指导人员：楚洲 实验人员：董旭东、肖翔 医护人员：杨桦
大跨度异型钢结构网架施工精度技术创新
记录人员：吕锦昌 摄像人员：何娇
图 5-1 滑移胎架实验现场
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大跨度异型钢结构网架施工精度技术创新
方案二内容分析表
表 5-2
提案
方案内容
连接精准性
可操作性
经济性
综合评价
可拆 卸定 型钢 拉索 装置 施工
在钢结构施工中， 将定型拉索装 置安装在需要调节的钢网架附 近的钢柱和钢桁架上， 同时扣紧 与钢网架连接件， 提供应力使得 在安装期间的形变得到控制。
拉索的可调节性使得钢结构网架 的变形控制误差在较小的范围内， （1）对于近钢柱桁架距离的钢网 但钢索的自身形变在大重量的情 况下也会影响到网架结构精度的 控制 架可以操作实施， 但大跨度的异型 网架定型产品无法做到全面覆盖 一个安装单元预计成 本 3000 元
（1） 需派专人进行安 装，同时配合钢网架 的安装进度缓慢，影 响工期； （2） 定型产品的使用 量大，不经济
制表人：黄后玉
审核：楚洲
制表日期：2016 年 8 月 13 日
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广西建工集团第五建筑工程有限责任公司 方案二现场实验： 试验时间：2016 年 8 月 13 日 指导人员：楚洲 实验人员：董旭东、肖翔 医护人员：杨桦
大跨度异型钢结构网架施工精度技术创新
记录人员：吕锦昌 摄像人员：何娇
图 5-2 定型刚拉索实验现场
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方案三容分析表 表 5-3
大跨度异型钢结构网架施工精度技术创新
提案 热处 理机 械结 合矫 正施 工
方案内容 在钢结构网架施工过程中， 通过 对已安装的部分进行监控测量 后， 需要调整部分通过加热处理 的同时， 结合钢结构精度调整机 械对钢结构进行调整， 调整后进 行复测，原位安装
制表人：黄后玉
连接精准性 热处理虽然可控制形变方向， 但对 于形变程度控制无法做到精准， 且 在热处理和机械矫正过后会有较 大程度的降温收缩， 也影响精度控 制
审核：楚洲
可操作性
经济性
综合评价 钢结构加热需要耗费
现场拼装安装的钢结构加热操作 受到天气条件的影响， 雨天或低温 天气差异使得加热无法正常进行， 在厂房固定的情况下才可进行 一个安装单元预计成 本 1.5 万元
一定的加热材料，机 械的使用也要单独配 置，需要专门的工人 进行施工， 成本较高。
制表日期：2016 年 8 月 18 日
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广西建工集团第五建筑工程有限责任公司 方案三现场实验： 试验时间：2016 年 8 月 18 日 指导人员：楚洲 实验人员：董旭东、肖翔 医护人员：杨桦
大跨度异型钢结构网架施工精度技术创新
记录人员：吕锦昌 摄像人员：何娇
图 5-3 机械矫正实验现场
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