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        鑄就科技奧運、奧運場館建設(shè)“中國制造”
        
                    
        作者：鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    					
        
					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(shè)工地，構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)計，但他們只給了我們一份初步設(shè)計。”北京市“2008”工程建設(shè)指揮部顧問萬嗣銓說，“從完善設(shè)計方案、進行結(jié)構(gòu)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。”
          

          
　　為了保證科技奧運結(jié)出更多自主創(chuàng)新的碩果，從設(shè)計方案的招、投標階段開始，北京就從制度設(shè)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(quán)，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(shè)計方案，全球44家著名設(shè)計單位報名參加投標。最終，由瑞士赫爾佐格和德梅隆設(shè)計公司與中國建筑設(shè)計研究院組成的聯(lián)合體設(shè)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(shè)計的“水立方”被確定為國家游泳中心的設(shè)計方案。
          

          
　　橢圓形的“鳥巢”完全由保持鋼鐵原色的鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)建筑，“水立方”的膜結(jié)構(gòu)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(wǎng)球中心、奧林匹克公園曲棍球場……11座新建奧運場館的設(shè)計方案陸續(xù)敲定。所有方案都是中方獨立提出設(shè)計方案或是中外公司聯(lián)合設(shè)計，其中中方獨立設(shè)計7座，中外聯(lián)合設(shè)計4座。
          

          
　　盡量采用中國人自主設(shè)計的場館方案，或者通過中外聯(lián)合體共同設(shè)計的方式?！白约旱膱鲳^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(shè)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(jié)構(gòu)構(gòu)件編織而成，里面的混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)相互獨立，建筑師在混凝土看臺和鋼結(jié)構(gòu)外罩之間的空間里，設(shè)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(jié)構(gòu)要求，又能不影響鳥巢的整體美觀?
          

          
　　國內(nèi)工程師幾經(jīng)論證，一個兩全其美的方案誕生了。先像其他混凝土結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jīng)是個不小的挑戰(zhàn)。何況鋼管內(nèi)部還密布著鋼筋網(wǎng)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(wǎng)，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(jīng)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(jié)果卻非常理想。頂升混凝土不僅進度快，而且質(zhì)量好，不分層。完工時，比預(yù)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(chǎn)權(quán)局申請發(fā)明專利。這是奧運工程結(jié)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(shè)中已經(jīng)完成了一百多項關(guān)鍵科研課題，涵蓋設(shè)計、施工的各個領(lǐng)域。
          

          
　　結(jié)構(gòu)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(lǐng)導(dǎo)和寶鋼、首鋼、鞍鋼、武鋼和舞鋼等國內(nèi)7家鋼鐵巨頭的老總。
          

          
　　會議的原因，來自“鳥巢”特殊的結(jié)構(gòu)要求。
          

          
　　“鳥巢” 結(jié)構(gòu)設(shè)計奇特新穎，鋼結(jié)構(gòu)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(nèi)也沒有廠家生產(chǎn)，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(chǎn)?辦奧運就是要拉動自主創(chuàng)新，填補空白，只要能在國內(nèi)生產(chǎn)，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(guān)。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(jié)構(gòu)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?，實現(xiàn)了110毫米厚建筑用Q460的突破性國產(chǎn)化。
          

          
　　2005年7月，為“鳥巢”準備的110毫米厚的Q460開始批量生產(chǎn)。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(chǎn)訂單。在奧運工程中，所有鋼材全部實現(xiàn)國產(chǎn)。
          

          
　　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(shè)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(chǎn)的生泰沙基透水磚，原材料97%以上來自內(nèi)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(jù)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?，F(xiàn)在，生泰沙基透水磚已經(jīng)擁有20多項專利技術(shù)和30多項專有技術(shù)。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(shù)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(shù)標準，是眾多空白中最核心的難點。
          

          
　　“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)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(jù)庫進行了詳細的檢索，結(jié)果發(fā)現(xiàn)根本找不到任何記錄。應(yīng)該預(yù)熱多久，用什么溫度焊接最合適?相關(guān)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(fù)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(fēng)下進行焊接的不同技術(shù)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(xué)的施工質(zhì)量驗收規(guī)范。
          

          
　　厚鋼板焊接技術(shù)及應(yīng)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(gòu)造。這種在自然界常見的形態(tài)從來沒有在建筑結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)過，作為世界上第一個敢于實現(xiàn)這一結(jié)構(gòu)體系的建筑，“水立方”為國內(nèi)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(nèi)外三層，9803個球型節(jié)點、20870根鋼質(zhì)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(shè)計顧問有限公司聯(lián)合國內(nèi)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(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計和施工關(guān)鍵技術(shù)研究》，其中包括大跨度結(jié)構(gòu)溫度場研究、鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點研究、彎扭構(gòu)件設(shè)計理論研究和復(fù)雜焊接薄壁箱形構(gòu)件設(shè)計理論研究等核心技術(shù);
          

          
　　《國家游泳中心鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗收規(guī)定》，補充完善了國家相關(guān)技術(shù)規(guī)范空白;
          

          
　　《國家游泳中心膜結(jié)構(gòu)技術(shù)及施工質(zhì)量驗收標準》，作為國內(nèi)第一部有關(guān)ETFE膜技術(shù)及施工的項目標準，填補了國內(nèi)ETFE膜結(jié)構(gòu)應(yīng)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(shù)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?！?br />

          
　　奧運場館的工程技術(shù)人員平均年齡在30歲上下。陳蕾，35歲，作為副總工程師統(tǒng)管“水立方”工程的施工技術(shù);封葉劍，29歲，參與了“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)施工科技攻關(guān)的全過程……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(shè)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(jié)束之后，他們將帶著豐厚的技術(shù)創(chuàng)新知識和實踐經(jīng)驗，成為國內(nèi)建筑工程界的骨干和支柱。
          

          
　　在“鳥巢”總承包部鋼結(jié)構(gòu)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(jīng)過工程管理者、專家顧問、技術(shù)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(shù)交底和強化培訓(xùn)，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(chǎn)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(shù)人員，都絕對有能力當總工?！笨粗贻p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(shù)攻關(guān)的關(guān)鍵，是實現(xiàn)自主創(chuàng)新的靈魂。在奧運建設(shè)中培養(yǎng)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(shè)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年奧運會將成為北京提升自主創(chuàng)新能力、促進科技進步和產(chǎn)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(shù)和創(chuàng)新實力的應(yīng)用和展示窗口。
          

          
		
				
				

            
          				
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