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鑄就科技奧運、奧運場(chǎng)館建設“中國制造”

作者：鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-23 10:01:40 [收藏]

    5月17日10時(shí)10分，國家體育場(chǎng)建設工地，構成“鳥(niǎo)巢”的最后一根主桁架柱正式吊裝完畢，兩臺近40層樓高的吊車(chē)把靛青色的鋼柱穩穩地放在了底座上。

    　　距離“鳥(niǎo)巢”一公里之外，“水立方”鋼結構工程已于一個(gè)月前正式封頂。陽(yáng)光下，正在噴涂防銹漆的 “水立方” 反射著(zhù)白色柔光，與輝映著(zhù)鋼鐵色澤的“鳥(niǎo)巢”交相映襯。一個(gè)秀氣，一個(gè)宏偉。

    　　依靠著(zhù)自主創(chuàng )新的力量，以“鳥(niǎo)巢”、“水立方”為代表的奧運場(chǎng)館建設正在全面、順利地推進(jìn)，中國人正在創(chuàng )造奇跡。

    　　“奧運場(chǎng)館的原始創(chuàng )意雖然大多來(lái)自中外聯(lián)合設計，但他們只給了我們一份初步設計?！北本┦小?008”工程建設指揮部顧問(wèn)萬(wàn)嗣銓說(shuō)，“從完善設計方案、進(jìn)行結構計算、再到形成創(chuàng )新的施工工藝和質(zhì)量標準，所有方面都主要是中國人自主完成的?！?br />
    　　為了保證科技奧運結出更多自主創(chuàng )新的碩果，從設計方案的招、投標階段開(kāi)始，北京就從制度設計上為科研創(chuàng )新留出了一片足夠開(kāi)闊的天空。

    　　2002年10月，受北京市政府和奧組委授權，北京市規劃委員會(huì )面向全球公開(kāi)征集奧運會(huì )主體育場(chǎng)的建筑概念設計方案，全球44家著(zhù)名設計單位報名參加投標。最終，由瑞士赫爾佐格和德梅隆設計公司與中國建筑設計研究院組成的聯(lián)合體設計完成的“鳥(niǎo)巢”方案脫穎而出。

    　　三個(gè)月之后，由中國建筑工程總公司、澳大利亞PTW公司、澳大利亞ARUP公司組成的聯(lián)合體設計的“水立方”被確定為國家游泳中心的設計方案。

    　　橢圓形的“鳥(niǎo)巢”完全由保持鋼鐵原色的鋼結構編織而成，充滿(mǎn)陽(yáng)剛氣息，“水立方”則呈現寧靜、祥和、詩(shī)意的氣氛?！傍B(niǎo)巢” 將是全世界跨度最大的鋼結構建筑，“水立方”的膜結構也堪稱(chēng)世界之最。兩座奧運場(chǎng)館相映成輝。

    　　奧林匹克公園、五棵松文化體育中心、奧林匹克公園網(wǎng)球中心、奧林匹克公園曲棍球場(chǎng)……11座新建奧運場(chǎng)館的設計方案陸續敲定。所有方案都是中方獨立提出設計方案或是中外公司聯(lián)合設計，其中中方獨立設計7座，中外聯(lián)合設計4座。

    　　盡量采用中國人自主設計的場(chǎng)館方案，或者通過(guò)中外聯(lián)合體共同設計的方式?！白约旱膱?chǎng)館自己建”，這正是奧運工程招、投標時(shí)的苦心所在，也為日后的自主創(chuàng )新留下了更廣闊的揮灑空間。

    　　靠中國人自己的力量把圖紙立起來(lái)

    　　由于設計理念的先進(jìn)以至“超前”，奧運場(chǎng)館在施工中有很多難題是獨一無(wú)二的，在國際上沒(méi)有現成的參考答案，只有依靠自己的科技創(chuàng )新獨立解決。

    　　“鳥(niǎo)巢”的外罩由不規則的鋼結構構件編織而成，里面的混凝土結構與鋼結構相互獨立，建筑師在混凝土看臺和鋼結構外罩之間的空間里，設計了很多傾斜的混凝土柱子來(lái)支撐建筑。

    　　如何既保證這些混凝土柱子的結構要求，又能不影響鳥(niǎo)巢的整體美觀(guān)?

    　　國內工程師幾經(jīng)論證，一個(gè)兩全其美的方案誕生了。先像其他混凝土結構一樣綁扎好鋼筋籠，然后再從上面一節一節套上方鋼管，鋼管連接好后再在鋼管里澆筑混凝土，形成與鋼管一體的混凝土柱。這樣一來(lái)看不到混凝土柱，既安全又美觀(guān)，卻加大了施工難度。

    　　邊長(cháng)一米的方鋼管被連接成120多根長(cháng)短不同、傾斜角度多樣的鋼柱，70%以上都是雙斜柱―――一根柱子在垂直面上扭轉兩次。最高的鋼柱全長(cháng)21米，橫跨體育場(chǎng)一至四層;最傾斜的鋼柱和地面的夾角達到59度，鋼柱的最大自轉角度超過(guò)45度……

    　　要在這些高大傾斜看似雜亂的異型鋼管里澆筑混凝土，已經(jīng)是個(gè)不小的挑戰。何況鋼管內部還密布著(zhù)鋼筋網(wǎng)格―――縱向排列著(zhù)32根鋼筋，橫向每十厘米一排密集的鋼筋。這樣密密麻麻的鋼筋網(wǎng)，最多只能伸進(jìn)三根手指。要在里面瓷瓷實(shí)實(shí)地灌滿(mǎn)混凝土并使之與鋼管貼密，談何容易?

    　　起初，施工單位只能試著(zhù)從上口往鋼管里澆筑，每天從早到晚只能澆筑四五米。國家體育場(chǎng)工程總承包部經(jīng)過(guò)自主研究，提出了一個(gè)新方案：混凝土頂升、從鋼管底部注入混凝土，由底向上逐步填充。

    　　這是一個(gè)從來(lái)沒(méi)有人用過(guò)的方法，結果卻非常理想。頂升混凝土不僅進(jìn)度快，而且質(zhì)量好，不分層。完工時(shí)，比預定的工期縮短了兩個(gè)月零兩天。

    2006年1月20日，這項工藝被命名為“超高矩形鋼管永久模板鋼筋混凝土斜扭柱施工工藝”，正式向國家知識產(chǎn)權局申請發(fā)明專(zhuān)利。這是奧運工程結出的一顆自主創(chuàng )新的成熟果實(shí)。

    　　截止到現在，奧運場(chǎng)館建設中已經(jīng)完成了一百多項關(guān)鍵科研課題，涵蓋設計、施工的各個(gè)領(lǐng)域。

    　　結構鋼材全部由中國人自己制造

    　　去年3月12日，一次特殊的會(huì )議在北京舉行。會(huì )議成員是北京市委、市政府領(lǐng)導和寶鋼、首鋼、鞍鋼、武鋼和舞鋼等國內7家鋼鐵巨頭的老總。

    　　會(huì )議的原因，來(lái)自“鳥(niǎo)巢”特殊的結構要求。

    　　“鳥(niǎo)巢” 結構設計奇特新穎，鋼結構最大跨度達到343米。如果使用普通鋼材，厚度至少要達到220毫米。這樣一來(lái)，“鳥(niǎo)巢”鋼材重量將超過(guò)8萬(wàn)噸。而且鋼板太厚，焊接起來(lái)更難。

    　　從工程的實(shí)際需求出發(fā)，Q460是最好的選擇。這是一種低合金高強度鋼，比通常的建筑用鋼材強度超出一倍。但是，以前這種鋼只用在機械方面，如大型挖掘機等，從來(lái)沒(méi)有在建筑中使用過(guò)。國內也沒(méi)有廠(chǎng)家生產(chǎn)，一般從盧森堡、韓國或日本進(jìn)口。

    　　“特殊的高強度鋼能不能實(shí)現國產(chǎn)?辦奧運就是要拉動(dòng)自主創(chuàng )新，填補空白，只要能在國內生產(chǎn)，就堅決不進(jìn)口!”市委書(shū)記劉淇的態(tài)度非常堅決。

    　　“奧運工程什么時(shí)候要，我們就什么時(shí)候供!”舞鋼黨委書(shū)記顧強圻當場(chǎng)立下了軍令狀。他說(shuō)，奧運工程是提升企業(yè)科技含量和科研能力的一個(gè)好機會(huì )，絕對不能放過(guò)。

    　　舞鋼的信心來(lái)自于事先長(cháng)達半年的科技攻關(guān)。從2004年9月開(kāi)始，舞鋼的科研人員就開(kāi)始著(zhù)手研制Q460，并專(zhuān)門(mén)為用在建筑結構上的110毫米Q460厚鋼板加強了抗震性能和可焊性，得出了適當的合金元素配比，實(shí)現了110毫米厚建筑用Q460的突破性國產(chǎn)化。

    　　2005年7月，為“鳥(niǎo)巢”準備的110毫米厚的Q460開(kāi)始批量生產(chǎn)。400噸Q460，成為了“鳥(niǎo)巢”鋼筋鐵骨中最堅硬的一部分。同時(shí)，首鋼、鞍鋼等企業(yè)也接下了GJ345D、345C、420C等高強度鋼材的生產(chǎn)訂單。在奧運工程中，所有鋼材全部實(shí)現國產(chǎn)。

    　　大到上萬(wàn)噸的鋼材，小到微不足道的一粒沙。在奧運場(chǎng)館建設中，自主研發(fā)的新型材料無(wú)處不見(jiàn)。

    　　仁創(chuàng )集團董事長(cháng)秦升益蹲在奧運村工地停車(chē)場(chǎng)上，拿著(zhù)一瓶水不斷地往地上澆，一瞬間，水消失得無(wú)影無(wú)蹤。

    　　這不是什么魔法，而是仁創(chuàng )集團生產(chǎn)的生泰沙基透水磚，原材料97%以上來(lái)自?xún)让晒派衬?。沙子被做成了?shí)用美觀(guān)的方磚，卻還保留著(zhù)沙子吸水滲水的特性。一塊兩寸見(jiàn)方的透水磚能吸收1.7公斤的水分。

    　　據秦升益介紹，傳統透水磚依靠表面縫隙透水，一旦縫隙被灰塵堵死就失去了效用。沙基透水磚是通過(guò)破壞水滴的表面張力來(lái)透水，透水性更持久。而且能使雨水直接滲到地下，補充地下水。

    　　采用沙子作原材料，生泰沙基透水磚開(kāi)創(chuàng )了建筑材料史上的國際先例?，F在，生泰沙基透水磚已經(jīng)擁有20多項專(zhuān)利技術(shù)和30多項專(zhuān)有技術(shù)。從下月初開(kāi)始，豐臺壘球場(chǎng)將率先鋪上生泰沙基透水磚。沙特阿拉伯、新加坡等國的訂單也紛至沓來(lái)。

    　　綻放自主創(chuàng )新之花

    　　在市場(chǎng)競爭中，得“標準”者得天下。自主創(chuàng )新的最高層次，在于以開(kāi)創(chuàng )性的工作建立為后來(lái)者廣泛遵循的標準。

    　　沒(méi)有專(zhuān)項技術(shù)標準，是很多奧運場(chǎng)館施工時(shí)面臨的最大問(wèn)題。奧運場(chǎng)館使用的鋼材超過(guò)20種，厚度超過(guò)100種。其中，110毫米Q460鋼板焊接技術(shù)標準，是眾多空白中最核心的難點(diǎn)。

    　　“鳥(niǎo)巢”鋼結構動(dòng)工之前，施工單位對全世界150多個(gè)鋼鐵焊接的大型數據庫進(jìn)行了詳細的檢索，結果發(fā)現根本找不到任何記錄。應該預熱多久，用什么溫度焊接最合適?相關(guān)規范全是空白的。

    　　幾個(gè)主要奧運場(chǎng)館的科研人員兵分多路，在100多種鋼材之間反復進(jìn)行可焊性實(shí)驗。有的北上哈爾濱，實(shí)驗不同鋼材在零下十幾攝氏度下的焊接要求;有的埋頭在實(shí)驗室里，測算出了室外一級至五級風(fēng)下進(jìn)行焊接的不同技術(shù)參數。有的對焊好的鋼材進(jìn)行壓展、沖擊實(shí)驗……實(shí)驗一直持續了五個(gè)多月，最終制定出了準確科學(xué)的施工質(zhì)量驗收規范。

    　　厚鋼板焊接技術(shù)及應用研究，成了奧運工程中又一項重大的自主創(chuàng )新突破。今后在建筑中如果再遇到同類(lèi)的焊接要求，無(wú)論中國還是外國，都可以奉這套標準為圭臬。

    　　“水立方”的創(chuàng )意來(lái)自細胞組織單元的基本排列形式以及水泡、肥皂泡的天然構造。這種在自然界常見(jiàn)的形態(tài)從來(lái)沒(méi)有在建筑結構中出現過(guò)，作為世界上第一個(gè)敢于實(shí)現這一結構體系的建筑，“水立方”為國內外建筑界填補了一項項空白。

    　　從截面上看，“水立方”墻面和屋頂都分為內外三層，9803個(gè)球型節點(diǎn)、20870根鋼質(zhì)桿件中，幾乎沒(méi)有一個(gè)零件是在空間定位上完全平行的，傳統的二維圖紙在“水立方”項目上不好用了。

    　　短短半個(gè)月的時(shí)間里，中建國際(深圳)設計顧問(wèn)有限公司聯(lián)合國內四家頂級研究單位，把“水立方”的所有工件在三維空間上一一標出了坐標。

    　　30513個(gè)工件，91539個(gè)坐標值，堆成了兩尺多高的施工圖紙。作為自主創(chuàng )新成果，《新型多面體空間鋼架結構設計理論》填補了世界建筑業(yè)上的空白。

    　　類(lèi)似的標準不勝枚舉。隨著(zhù)奧運工程進(jìn)度的不斷推進(jìn)，新標準、新工藝相繼浮出水面―――

    　　《國家體育場(chǎng)結構設計和施工關(guān)鍵技術(shù)研究》，其中包括大跨度結構溫度場(chǎng)研究、鋼結構復雜節點(diǎn)研究、彎扭構件設計理論研究和復雜焊接薄壁箱形構件設計理論研究等核心技術(shù);

    　　《國家游泳中心鋼結構施工質(zhì)量驗收規定》，補充完善了國家相關(guān)技術(shù)規范空白;

    　　《國家游泳中心膜結構技術(shù)及施工質(zhì)量驗收標準》，作為國內第一部有關(guān)ETFE膜技術(shù)及施工的項目標準，填補了國內ETFE膜結構應用的空白……

    　　“走出奧運工地，個(gè)個(gè)都能當總工”

    　　年輕，是奧運工地科研人員的一個(gè)共同標志。

    　　清早，國家體育場(chǎng)工程總承包部技術(shù)部部長(cháng)楊慶德走進(jìn)辦公室，一路上不斷有同事和他打著(zhù)招呼：“老干部，早啊?！毖g系著(zhù)一條紅腰帶的楊慶德笑：“今年本命年，36了，在工程部里得算老頭子?！?br />
    　　奧運場(chǎng)館的工程技術(shù)人員平均年齡在30歲上下。陳蕾，35歲，作為副總工程師統管“水立方”工程的施工技術(shù);封葉劍，29歲，參與了“鳥(niǎo)巢”鋼結構施工科技攻關(guān)的全過(guò)程……為了幫助年輕的技術(shù)人員更好地完成攻關(guān)，奧科委組織了來(lái)自十四個(gè)單位的446名專(zhuān)家，為科技奧運出謀劃策。

    　　通過(guò)奧運場(chǎng)館建設的歷練，年輕的科技人員幸運地擁有了年齡和經(jīng)驗的雙重優(yōu)勢。奧運工程結束之后，他們將帶著(zhù)豐厚的技術(shù)創(chuàng )新知識和實(shí)踐經(jīng)驗，成為國內建筑工程界的骨干和支柱。

    　　在“鳥(niǎo)巢”總承包部鋼結構分部，工程師戴為志向記者展示了一張施工流程圖。僅一道焊接的工序，就畫(huà)滿(mǎn)了整整一張對開(kāi)的大圖紙。每一道工序都要經(jīng)過(guò)工程管理者、專(zhuān)家顧問(wèn)、技術(shù)部和焊接工程師的焊接實(shí)驗、工藝評定和驗收評定，全部合格后才能進(jìn)入實(shí)際安裝程序。在實(shí)際安裝之前，要向焊工進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的技術(shù)交底和強化培訓，并按照嚴格的規范在焊中和焊后進(jìn)行檢查。

    　　通過(guò)這個(gè)流程，“鳥(niǎo)巢”的每個(gè)工件都能夠追溯到鋼材的生產(chǎn)廠(chǎng)家、加工地、焊接工和焊接時(shí)間，每一條焊縫都能追溯到人。驗收一次合格率在99%以上。

    　　合理的工程流程大大節省了人力支出，“鳥(niǎo)巢”工地的驗收一次合格率達到了99%以上。

    　　“從奧運工地上出去的每個(gè)工程技術(shù)人員，都絕對有能力當總工?！笨粗?zhù)年輕的科技人員，年屆花甲的戴為志滿(mǎn)意地點(diǎn)了點(diǎn)頭。

    　　人才，是進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)的關(guān)鍵，是實(shí)現自主創(chuàng )新的靈魂。在奧運建設中培養的年輕技術(shù)骨干，為日后的科技創(chuàng )新鋪就了一條寬闊的道路。

    　　截止到2005年年底，北京市已經(jīng)設立科技攻關(guān)計劃43項，全方位挖掘自主創(chuàng )新潛力，提升科技含量。

    　　憑借自主創(chuàng )新的力量，2008年奧運會(huì )將成為北京提升自主創(chuàng )新能力、促進(jìn)科技進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并惠及社會(huì )的發(fā)展平臺。屆時(shí)的北京將以創(chuàng )新型城市的全新面貌，成為中國高新技術(shù)和創(chuàng )新實(shí)力的應用和展示窗口。

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