2022-01-21 16:14
发令枪响,两位运动员用力一蹬,从起点出发。冰刀划过冰面的咔咔声,就像是飞翔的预告。“这个场馆非常美丽,冰面的体验也非常好。”在“相约北京”速度滑冰中国公开赛上,第一位登上北京国家速滑馆(“冰丝带”)的荷兰选手克莱依维尔德兴奋地说。而对于北京城建集团总工程师、国家速滑馆总工程师李久林来说,听到运动员成绩的那一刻,他才略感轻松,“这是一场对工程前沿技术的大挑战,体现了中国建筑行业的最高水平。”
从0到1 国产索填补应用空白
2018年1月16日,北京市重大项目建设指挥部办公室对外公布了北京2022年冬奥会标志性场馆——国家速滑馆政府与社会资本合作项目招标结果,首开集团、北京城建集团、北京住总集团、华体集团4家单位组成的联合体中标,并与政府出资方代表北京国资公司组建项目联合体,负责国家速滑馆的建设与运营。
这是2022年冬奥会北京赛区唯一的新建场馆,也是北京冬奥会首个采用政府与社会资本合作模式进行建设的场馆,重要性和受关注度不言而喻。很快,李久林接到通知,去国家速滑馆当总工。工程复杂,工期又短,怎么想都太难。临危受命的那一刻,李久林的脑子里就紧绷起一根弦:又好又快地建成国家速滑馆。
又好又快,脑海里的四个字,真要做到却是难如登天。
建筑面积约8万平方米的国家速滑馆,有着灵动的造型:沿着外墙盘旋而成的曲面玻璃幕墙,犹如22条晶莹美丽的“冰丝带”,“丝带”飞舞向上,围合出顶部的马鞍形屋面,仿佛森林的顶盖。支撑起这造型的,则是全球规模最大的单层双向正交马鞍形索网结构——长跨198米,短跨124米,索体总长20450米。“除受力优、形态美外,索网结构的另一大优点是节能环保。”李久林说,国家速滑馆索网屋面的总重量达968吨,用钢量却仅为传统钢屋面的约四分之一。
但硬币的另一面,是复杂的变形控制。这是因为,索网具有一定的柔性,当向高空提升时,随着温度、风力等环境因素发生变化,索网的最大变形值可达到470毫米。与此同时,国家速滑馆的索网结构生根于8500吨超大跨度钢结构环桁架上,环桁架也会在索网提升张拉中跟随变形。而固定在索网结构上的管线,如除湿风管和雨水排水管,也要适应索网的变形。
变形,是建设中的变数,也是建设过程中的难点。而当李久林提出在国家速滑馆索网施工中舍弃采购成熟的进口索,改为应用国产高钒密闭索时,这个变数又增大了。
为何坚持用国产索,万一出现风险谁担责……种种质疑声传出,李久林却坚持100%使用国产索。
“这是基于摸底调研后的合理判断”。说起当初的决定,李久林解释,这并非盲目乐观,而是一次顺理成章的突破。3个月的时间,李久林带着项目团队与生产厂家联合开展技术攻关,成功研制出第一根试制索,并经第三方机构平行检验,验证了国产索的安全性和可靠性。
2019年3月19日,形似羽毛球拍的索网如“天幕”一般在高空张拉成型,不仅填补了国内大面积、超大跨度单层正交索网同步张拉的技术空白,也一举打破了进口索的垄断地位,填补了国产索在国内大型场馆的应用空白。
从1到N 智慧建造让丝带飞舞
如果说国家速滑馆的建设质量离不开突破与创新,建设速度更是须臾离不开科技的助力,或者用李久林的话说:用技术赢空间,用空间换时间。
“国家速滑馆采用了全新的结构体系,可谓环环相扣。”李久林表示,按照正常的施工工序,国家速滑馆需要先进行土建施工,在土建结构完工后再进行钢结构环桁架施工,环桁架拼装完、现场实测实量后,才能进行索网的加工和施工,随后是屋面和玻璃幕墙的施工。但若这样按部就班地施工,工期上不允许。如何与时间赛跑?第一次项目碰头会上,他就提出了平行施工的思路:在进行地上土建结构施工时,同步开展钢结构、索结构的材料加工和施工。
想象一下,当吊车、罐车在围挡环绕的现场内进行地上混凝土结构施工时,场外,东、西车库顶板上钢结构环桁架已开始拼装;当建设工人昼夜抢工,地上混凝土结构全部完工时,场外东、西两侧环桁架拼装完成即将开始滑移;随后,场外环桁架开始在高空向场内滑移,而地面之上,建设工人正编织钢索……
像造汽车一样造场馆,仅用4个月就完成了原本按照顺序施工需10个月的工程量,“这就是智慧建造”。李久林笑着说。
实现智慧建造,精准分析是基础。“作为施工团队的‘大脑’,技术团队要做的就是解读图纸,把建造的昨天、今天与明天用数据展现出来。”国家速滑馆项目技术质量部副部长苏振华以8500吨钢结构环桁架举例,他们需要基于BIM(即建筑信息模型)技术,建立起钢结构环桁架的模型,并对不同焊接温度、自重、滑移、卸载等因素下的变形量进行仿真分析,计算出变形值,在加工和施工时弥补变形,再通过精准的测控技术和装配化安装,确保施工达到设计精度。
实验验证,也成为贯穿场馆建设全程的指南。比例模型实验,在实验室或工厂先做出模型,确保技术稳定后再到项目现场实施;材料稳定性实验,从一个个样板中必选最优材料。从2018年1月开始桩基施工,到2020年除夕夜亮起灯光,仅仅24个月,国家速滑馆就完成了从精耕细作、拔地而起,到天幕编织、丝带飞舞的结构施工。
这种速度,是坚持高标准下的智慧效率。个子高、脾气急的国家速滑馆项目安全总监田宝新,对此最有发言权。2018年11月,钢结构环桁架第一次试滑移前,只因为缺少几道焊缝的数据,田宝新拒绝在审批方案上签字,并叫停了试滑移的准备工作。“每道焊缝都得检查一遍,数据一个不能少。”这位在工地上待了30多年的建设“老兵”深知,安全无小事,为此他不惜当“恶人”。
建设全程,国家速滑馆实现了零事故。2020年5月17日,经12位评审专家现场考评,国家速滑馆工程以148.5分的年度最高分,获得2019年度中国钢结构金奖年度杰出工程大奖。
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