打造难度堪比鸟巢的图书馆工程
 

 北京公司大同图书馆项目施工纪实

作者:汪忆 点击数: 更新时间:2012-10-25 10:42:07

——北京公司大同图书馆项目施工纪实

科恩教授(左一)和曹志根经理(左三)在大同图书馆施工现场进行交流

 

项目施工效果图

 

 

多折面钢框架透视图

 

我想请五局做我们以后在中国设计作品的唯一承建商!”924日,图书馆设计者、哈佛大学建筑系主任科恩教授来到大同图书馆项目现场,得知主体桁架封顶卸载后标高累计误差仅为5mm,惊讶高兴之余,向项目经理曹志根发出真诚邀请。他获悉项目已于201297日通过了中国钢结构金奖复查,更是连连赞叹。

国际大师设计  难度堪比鸟巢

20117月开工的大同图书馆位于大同市御东新区文化中心,总建筑面积22198m2,建筑高度21.60m

哈佛大学建筑系主任科恩教授是国际建筑界享誉盛名的权威人士,在为大同图书馆设计之前,受大同世界文化遗产云冈石窟的启发获得灵感,遂借鉴云冈石窟神韵设计出再现石窟空间的复杂翼型结构。不仅用世界前沿建筑设计理念延续周武山麓的悠远文脉,同时,其无与伦比的雕塑感又呈现出拥抱现代生活、服务当代百姓的姿态。

图书馆项目是地下以型钢混凝土结构为主、地上以钢框架混凝土筒体结构为主的大型公用建筑,结构形式多样,建筑立面丰富,技术极为复杂,建筑难度、施工难度极大。

鸟巢的建筑有1/4是对称的,而大同图书馆纯粹是一个不规则几何形体设计,倾斜扭曲之处比比皆是,其复杂的钢结构在国内也属前沿。图书馆主楼钢结构的结构形式为多折面钢框架、中跨度(38m)桁架。

别人干不了  我们干

大同图书馆项目本来是另一家国内知名的建筑施工企业承建,但干了一个月,毫无进展,只好知难而退。业主在深入了解之后,向五局北京公司大同片区发出了邀请。

面对巨大的诱惑,曹志根看到的是极大的风险。

他对项目难度进行了细致研究。发现玻璃幕墙对钢结构安装的精度要求极高,一旦出现尺寸、方位的丝毫偏差,按照模型同批生产的玻璃幕墙不仅无法安装上去,还会影响整个工程的合龙。出现丝毫偏差都意味着工程的失败。

幕墙安装完后的效果如同一个毫无规则、并且每一个面的大小都不尽相同的多面水晶石。组成这个多面晶体的832杆件通过530个球形节点连接在一起,530个球行节点在空间上的布置毫无规则,直径从400mm-900mm不等,有的上面球还有个横切面,所有切面球的截面直径和朝向也是不尽相同。530个球形节点在空间中的定位、大小以及切面球的截面朝向和尺寸保证是一大难题。

这个不规则多面“水晶石”中,由于受力和位置不同,有的球形节点上连接3根杆件,有的球形节点多至汇集连接14根杆件,不仅所有的球形节点大小不一,所有的杆件粗细不同,球形节点与杆件之间的角度也不尽相同;球形节点与杆件之间的空中焊接问题也非同寻常。如何保证杆件与球形节点尺寸数据、以及焊接过程中他们之间的角度正确——这又是一个难题。

合龙阶段是工程的关键。像搭积木一样,所有的工程都是从一个点开始,到合龙阶段,由于误差不断累计,数据相差大的话甚至无法合龙。国内很多知名工程在合龙时都相差几公分,而大同图书馆由于体型大、受力复杂,加之项目采用的厚板钢材可焊性差,很容易发生焊接变形情况,在施工过程中如何实现精度控制,保证顺利合龙?这样的建筑难题更是增加了大同图书馆的难度。

对于这个不规则几何形体的设计,在整个三维模型中,是没有一根主轴线的,对模型进行分解后,所有次轴线呈现出的是一张毫无规则的、射线型的网状图。而设计方能提供的也只有一个三维模型中的空间座标,无法用平面图表达。就像面对一个小汽车模型,没有二维加工图纸等资料,却要深化设计加工制作出一辆能跑上马路的汽车。

难度极高的项目、无图纸施工——用曹志根的话来说,简直就是“狗咬刺猬,无从下口”啊。施工及安装难度让很多想接这项工程的承建商望而却步。

在五局,曹志根是少有的具有硕士学历专业背景的项目经理。如果能做好这个项目,不仅对曹志根自己是个证明和挑战,对北京公司来说,这也是一个进入大同、乃至全国高端市场的重要机会。曹志根果断迎接挑战,对业主承诺:“别人干不了,我们干!”

巧用犀牛软件帮大忙  计算机里先“施工”

仅仅把承载大同图书馆这个复杂翼型结构的三维模型分解、深化设计最后再还原,就需要强大的技术支撑。以曹志根为首的项目班子迅速整合高端技术人才。技术人员在熟悉模型之后,根据座标将数据摘录下来放到二维CAD中,一个一个,成千上万个数据,把这个没有一根直轴线的三维模型在二维CAD中进行深化,计算出每个构件和结构体的受力,最后又悉数还原到犀牛模型中。

犀牛软件正如它的名字一样,功能强大。在深化设计中,技术人员将每个球形节点的中心投射到球形表面,再通过测算每两个球形节点表面到表面的距离对球心做出定位,解决球形节点中心定位的难题。接着,利用犀牛软件创建的三维模型,深化设计人员检查模型中各杆件空间的逻辑关系有无错误,再生成正确的施工详图给厂方加工和安装使用。

解决完深化设计问题后,技术人员又遭遇新的施工难题——主楼内部悬挑结构以及幕墙存在较大变形和应力作用的风险。

项目部迎难而上,先在计算机中搭建了一个虚拟的大同图书馆,针对搭建过程中卸载临时支撑造成的变形和下沉进行仿真分析,对构件尺寸与安装位置进行调整,反复多次,耗时三个月时间,直至毫无误差,从而保证了安装质量和安装精度。

大家笑说:“在电脑里建个工程,比实际建个工程花的时间还长!”

科学的设计施工体系保证了实施效果。最终主体桁架封顶卸载后标高累计误差仅为5mm,美方科恩教授亲临现场后十分好奇地问:“你们是怎么做到的?!”

通过建模与深化设计于一体的犀牛软件,项目部不仅化解了钢结构安装方法和安装工艺方面的高级别难题,还积极创新,将应用于桥梁建造的减震支座,根据项目特点和需求进行了借鉴;施工中,将大地坐标转化为场内三维坐标进行构件的预拼装,提高工效;通过优化了型钢混凝土组合结构节点施工设计,减少了施工工序,简化了项目施工管理难度,为项目管理创造了更大的经济效益,尤其是基础梁施工节约工期13整个基础结构施工工期比原计划工期提前1个月,且优化后的节点结构形式简单,与普通基础梁施工并无差异,工程施工质量易于保证,同时为项目节约了施工成本,另由于施工工艺的变更,减少了现场大范围的焊接施工操作,不仅消除了施工安全隐患,减少二氧化碳等温室气体的排放,节能环保。

目前,项目部的一项实用新型专利《一种型钢混凝土组合结构柱脚》获国家知识产权局受理;工法《减震支座的安装工艺》正在申报省级及中建总公司工法;论文《多面体晶体型钢管网架的施工控制》被推荐参加中国钢结构协会优秀论文评选。图书馆项目更是作为大同市唯一的在建工程申报2012年山西省建筑业新技术应用示范工程。

强化总包管理  高手同台过招取胜

图书馆项目不仅是大同四大场馆项目,七大重点工程之一,同时又是2013年第六届世界太阳能十项全能竞赛的竞赛场地。开工至今,山西省委书记袁纯清、省长王君、副省长李晓鹏、大同市长耿彦波、副市长郝月生等均前来多次视察。

施工现场有7个分包队伍、8个专业同时在建筑面积2万平米,建筑高度24米的现场交叉作业,难度极大,既有技术攻关对工期的影响,又有体量大对工期的影响,曹志根明确了发挥总包管理优势,强化整体协调推进的工作思路。

每天早上7点,项目部所有管理人员同各分包负责人都会齐聚项目现场,巡查会议准时召开。每个人都须汇报上一工作日的情况,会议明确整改措施,针对现场进度对当日的工作内容进行安排。从现场巡查回来,一般都要将近两个小时。晨例会极大地保证了现场质量和施工的进度、资金、设备等问题。

项目部通过公开招标,选择实力雄厚经验丰富的分包队伍,钢结构队伍是曾在“鸟巢”施工过的企业;原材料采购直接与首钢集团总公司签订合同;现场复检选择国家检测中心把关;构件的采购也货比三家,选择国内质量顶级的减震器;甚至焊工的技术水平也都进行了深入了解,根据焊接难易程度,将一级焊工放在最难焊接的部位,每个焊工都有工号并标识到焊接口,使焊接工艺具有可追溯性,利于及时整改

在以图书馆项目中心方圆1000米的文化中心广场范围内,西有中铁航空承建的美术馆,北有北京建工承建的大剧院、博物馆,不远处还有中建八局承建的体育中心。每当从文化中心广场路过,不管多晚,几个场馆施工现场都是灯火通明,一片紧张赶工的繁忙景象。

捷报再次传来:922日,在同批建设的国际太阳能竞赛场地的四大场馆中,五局的大同图书馆项目率先实现主体钢结构封顶!曹志根也因该工程的出色表现被建设部评为2012中国建筑业项目管理模范人物。

干好大同图书馆项目为五局打出了知名度。目前五局在大同政府系统承建有80余万平米在建保障房、新建第九中学校、四十五校等。鉴于大同图书馆项目部的优异表现,大同市政府指定将另一钢结构项目——太阳宫广场观光塔项目直接交由北京公司施工,这同样是一个高难度的工程。(汪忆)

 

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