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    鑄就科技奧運、奧運場館建設“中國制造”
    
                    
    作者：鋼結構網    					
    
					時間：2009-12-23 10:01:40					[收藏]
    
               
    
                
    				
    				
     

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

      
　　距離“鳥巢”一公里之外，“水立方”鋼結構工程已于一個月前正式封頂。陽光下，正在噴涂防銹漆的 “水立方” 反射著白色柔光，與輝映著鋼鐵色澤的“鳥巢”交相映襯。一個秀氣，一個宏偉。
      

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

      
　　“奧運場館的原始創(chuàng)意雖然大多來自中外聯(lián)合設計，但他們只給了我們一份初步設計。”北京市“2008”工程建設指揮部顧問萬嗣銓說，“從完善設計方案、進行結構計算、再到形成創(chuàng)新的施工工藝和質量標準，所有方面都主要是中國人自主完成的。”
      

      
　　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、投標階段開始，北京就從制度設計上為科研創(chuàng)新留出了一片足夠開闊的天空。
      

      
　　2002年10月，受北京市政府和奧組委授權，北京市規(guī)劃委員會面向全球公開征集奧運會主體育場的建筑概念設計方案，全球44家著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“鳥巢”方案脫穎而出。
      

      
　　三個月之后，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“鳥巢”完全由保持鋼鐵原色的鋼結構編織而成，充滿陽剛氣息，“水立方”則呈現(xiàn)寧靜、祥和、詩意的氣氛。“鳥巢” 將是全世界跨度最大的鋼結構建筑，“水立方”的膜結構也堪稱世界之最。兩座奧運場館相映成輝。
      

      
　　奧林匹克公園、五棵松文化體育中心、奧林匹克公園網球中心、奧林匹克公園曲棍球場……11座新建奧運場館的設計方案陸續(xù)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館方案，或者通過中外聯(lián)合體共同設計的方式。“自己的場館自己建”，這正是奧運工程招、投標時的苦心所在，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
      

      
　　由于設計理念的先進以至“超前”，奧運場館在施工中有很多難題是獨一無二的，在國際上沒有現(xiàn)成的參考答案，只有依靠自己的科技創(chuàng)新獨立解決。
      

      
　　“鳥巢”的外罩由不規(guī)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，又能不影響鳥巢的整體美觀?
      

      
　　國內工程師幾經論證，一個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(jié)一節(jié)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。這樣一來看不到混凝土柱，既安全又美觀，卻加大了施工難度。
      

      
　　邊長一米的方鋼管被連接成120多根長短不同、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21米，橫跨體育場一至四層;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，已經是個不小的挑戰(zhàn)。何況鋼管內部還密布著鋼筋網格―――縱向排列著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，最多只能伸進三根手指。要在里面瓷瓷實實地灌滿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。國家體育場工程總承包部經過自主研究，提出了一個新方案：混凝土頂升、從鋼管底部注入混凝土，由底向上逐步填充。
      

      
　　這是一個從來沒有人用過的方法，結果卻非常理想。頂升混凝土不僅進度快，而且質量好，不分層。完工時，比預定的工期縮短了兩個月零兩天。
      

      
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”，正式向國家知識產權局申請發(fā)明專利。這是奧運工程結出的一顆自主創(chuàng)新的成熟果實。
      

      
　　截止到現(xiàn)在，奧運場館建設中已經完成了一百多項關鍵科研課題，涵蓋設計、施工的各個領域。
      

      
　　結構鋼材全部由中國人自己制造
      

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

      
　　會議的原因，來自“鳥巢”特殊的結構要求。
      

      
　　“鳥巢” 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，“鳥巢”鋼材重量將超過8萬噸。而且鋼板太厚，焊接起來更難。
      

      
　　從工程的實際需求出發(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，從來沒有在建筑中使用過。國內也沒有廠家生產，一般從盧森堡、韓國或日本進口。
      

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

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

      
　　舞鋼的信心來自于事先長達半年的科技攻關。從2004年9月開始，舞鋼的科研人員就開始著手研制Q460，并專門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?shù)暮辖鹪嘏浔龋瑢崿F(xiàn)了110毫米厚建筑用Q460的突破性國產化。
      

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

      
　　大到上萬噸的鋼材，小到微不足道的一粒沙。在奧運場館建設中，自主研發(fā)的新型材料無處不見。
      

      
　　仁創(chuàng)集團董事長秦升益蹲在奧運村工地停車場上，拿著一瓶水不斷地往地上澆，一瞬間，水消失得無影無蹤。
      

      
　　這不是什么魔法，而是仁創(chuàng)集團生產的生泰沙基透水磚，原材料97%以上來自內蒙古沙漠。沙子被做成了實用美觀的方磚，卻還保留著沙子吸水滲水的特性。一塊兩寸見方的透水磚能吸收1.7公斤的水分。
      

      
　　據秦升益介紹，傳統(tǒng)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。沙基透水磚是通過破壞水滴的表面張力來透水，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，生泰沙基透水磚開創(chuàng)了建筑材料史上的國際先例。現(xiàn)在，生泰沙基透水磚已經擁有20多項專利技術和30多項專有技術。從下月初開始，豐臺壘球場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。
      

      
　　綻放自主創(chuàng)新之花
      

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

      
　　沒有專項技術標準，是很多奧運場館施工時面臨的最大問題。奧運場館使用的鋼材超過20種，厚度超過100種。其中，110毫米Q460鋼板焊接技術標準，是眾多空白中最核心的難點。
      

      
　　“鳥巢”鋼結構動工之前，施工單位對全世界150多個鋼鐵焊接的大型數(shù)據庫進行了詳細的檢索，結果發(fā)現(xiàn)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?相關規(guī)范全是空白的。
      

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

      
　　厚鋼板焊接技術及應用研究，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的焊接要求，無論中國還是外國，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。這種在自然界常見的形態(tài)從來沒有在建筑結構中出現(xiàn)過，作為世界上第一個敢于實現(xiàn)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個球型節(jié)點、20870根鋼質桿件中，幾乎沒有一個零件是在空間定位上完全平行的，傳統(tǒng)的二維圖紙在“水立方”項目上不好用了。
      

      
　　短短半個月的時間里，中建國際(深圳)設計顧問有限公司聯(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個工件，91539個坐標值，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。
      

      
　　類似的標準不勝枚舉。隨著奧運工程進度的不斷推進，新標準、新工藝相繼浮出水面―――
      

      
　　《國家體育場結構設計和施工關鍵技術研究》，其中包括大跨度結構溫度場研究、鋼結構復雜節(jié)點研究、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;
      

      
　　《國家游泳中心鋼結構施工質量驗收規(guī)定》，補充完善了國家相關技術規(guī)范空白;
      

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

      
　　“走出奧運工地，個個都能當總工”
      

      
　　年輕，是奧運工地科研人員的一個共同標志。
      

      
　　清早，國家體育場工程總承包部技術部部長楊慶德走進辦公室，一路上不斷有同事和他打著招呼：“老干部，早啊。”腰間系著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。”
      

      
　　奧運場館的工程技術人員平均年齡在30歲上下。陳蕾，35歲，作為副總工程師統(tǒng)管“水立方”工程的施工技術;封葉劍，29歲，參與了“鳥巢”鋼結構施工科技攻關的全過程……為了幫助年輕的技術人員更好地完成攻關，奧科委組織了來自十四個單位的446名專家，為科技奧運出謀劃策。
      

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

      
　　在“鳥巢”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，就畫滿了整整一張對開的大圖紙。每一道工序都要經過工程管理者、專家顧問、技術部和焊接工程師的焊接實驗、工藝評定和驗收評定，全部合格后才能進入實際安裝程序。在實際安裝之前，要向焊工進行專門的技術交底和強化培訓，并按照嚴格的規(guī)范在焊中和焊后進行檢查。
      

      
　　通過這個流程，“鳥巢”的每個工件都能夠追溯到鋼材的生產廠家、加工地、焊接工和焊接時間，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(jié)省了人力支出，“鳥巢”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工程技術人員，都絕對有能力當總工。”看著年輕的科技人員，年屆花甲的戴為志滿意地點了點頭。
      

      
　　人才，是進行技術攻關的關鍵，是實現(xiàn)自主創(chuàng)新的靈魂。在奧運建設中培養(yǎng)的年輕技術骨干，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，北京市已經設立科技攻關計劃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年奧運會將成為北京提升自主創(chuàng)新能力、促進科技進步和產業(yè)發(fā)展，并惠及社會的發(fā)展平臺。屆時的北京將以創(chuàng)新型城市的全新面貌，成為中國高新技術和創(chuàng)新實力的應用和展示窗口。
      

      
		
				
				

            
      				
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