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北京奧運(yùn)工程自主創(chuàng)新填補(bǔ)國內(nèi)外空白

作者：鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-23 10:01:56 [收藏]

    　　●奧運(yùn)工程，向世界不斷展示亮點(diǎn)，為中國提供廣闊舞臺(tái)
    　　●從設(shè)計(jì)招標(biāo)階段設(shè)立保障機(jī)制，奠定奧運(yùn)工程自主創(chuàng)新的體制基礎(chǔ)

    　　●工程鋼材全部實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，技術(shù)創(chuàng)新、材料創(chuàng)新層出不窮

    　　●制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)國際國內(nèi)空白，綻放自主創(chuàng)新之花

    　　5月17日10時(shí)10分，國家體育場(chǎng)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(tái)近四十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(gè)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(gè)秀氣，一個(gè)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(yùn)場(chǎng)館建設(shè)正在全面、順利地推進(jìn)，中國人正在創(chuàng)造奇跡。

    　　自主創(chuàng)新領(lǐng)跑場(chǎng)館招標(biāo)

    　　“奧運(yùn)場(chǎng)館的原始創(chuàng)意雖然大多來自中外聯(lián)合設(shè)計(jì)，但他們只給了我們一份初步設(shè)計(jì)?！北本┦小?008”工程建設(shè)指揮部顧問萬嗣銓說，“從完善設(shè)計(jì)方案、進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算、再到形成創(chuàng)新的施工工藝和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，所有方面都主要是中國人自主完成的。”

    　　為了保證科技奧運(yùn)結(jié)出更多自主創(chuàng)新的碩果，從設(shè)計(jì)方案的招、投標(biāo)階段開始，北京就從制度設(shè)計(jì)上為科研創(chuàng)新留出了一片足夠開闊的天空。

    　　2002年10月，受北京市政府和北京奧組委授權(quán)，北京市規(guī)劃委員會(huì)面向全球公開征集奧運(yùn)會(huì)主體育場(chǎng)的建筑概念設(shè)計(jì)方案，全球44家著名設(shè)計(jì)單位報(bào)名參加投標(biāo)。最終，由瑞士赫爾佐格和德梅隆設(shè)計(jì)公司與中國建筑設(shè)計(jì)研究院組成的聯(lián)合體設(shè)計(jì)完成的“鳥巢”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(shè)計(jì)的“水立方”被確定為國家游泳中心的設(shè)計(jì)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?！傍B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(yùn)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(yùn)場(chǎng)館的設(shè)計(jì)方案陸續(xù)敲定。所有方案都是中方獨(dú)立提出設(shè)計(jì)方案或是中外公司聯(lián)合設(shè)計(jì)，其中中方獨(dú)立設(shè)計(jì)7座，中外聯(lián)合設(shè)計(jì)4座。

    　　盡量采用中國人自主設(shè)計(jì)的場(chǎng)館方案，或者通過中外聯(lián)合體共同設(shè)計(jì)的方式?！白约旱膱?chǎng)館自己建”，這正是奧運(yùn)工程招、投標(biāo)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

    　　由于設(shè)計(jì)理念的先進(jìn)以至“超前”，奧運(yùn)場(chǎng)館在施工中有很多難題是獨(dú)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(dú)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(dú)立，建筑師在混凝土看臺(tái)和鋼結(jié)構(gòu)外罩之間的空間里，設(shè)計(jì)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(gè)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(chǎng)一至四層；最傾斜的鋼柱和地面的夾角達(dá)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(gè)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(jìn)三根手指。要在里面瓷瓷實(shí)實(shí)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(chǎng)工程總承包部經(jīng)過自主研究，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)從來沒有人用過的方法，結(jié)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(yù)定的工期縮短了兩個(gè)月零兩天。

    　　2006年1月20日，這項(xiàng)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(shí)產(chǎn)權(quán)局申請(qǐng)發(fā)明專利。這是奧運(yùn)工程結(jié)出的一顆自主創(chuàng)新的成熟果實(shí)。

    　　截止到現(xiàn)在，奧運(yùn)場(chǎng)館建設(shè)中已經(jīng)完成了一百多項(xiàng)關(guān)鍵科研課題，涵蓋設(shè)計(jì)、施工的各個(gè)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(huì)議在北京舉行。會(huì)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(huì)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(jì)奇特新穎，鋼結(jié)構(gòu)最大跨度達(dá)到343米。如果使用普通鋼材，厚度至少要達(dá)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(shí)際需求出發(fā)，Q460是最好的選擇。這是一種低合金高強(qiáng)度鋼，比通常的建筑用鋼材強(qiáng)度超出一倍。但是，以前這種鋼只用在機(jī)械方面，如大型挖掘機(jī)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(jìn)口。

    　　“特殊的高強(qiáng)度鋼能不能實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)？辦奧運(yùn)就是要拉動(dòng)自主創(chuàng)新，填補(bǔ)空白，只要能在國內(nèi)生產(chǎn)，就堅(jiān)決不進(jìn)口！”市委書記劉淇的態(tài)度非常堅(jiān)決。

    　　“奧運(yùn)工程什么時(shí)候要，我們就什么時(shí)候供！”舞鋼黨委書記顧強(qiáng)圻當(dāng)場(chǎng)立下了軍令狀。他說，奧運(yùn)工程是提升企業(yè)科技含量和科研能力的一個(gè)好機(jī)會(huì)，絕對(duì)不能放過。

    　　舞鋼的信心來自于事先長達(dá)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(qiáng)了抗震性能和可焊性，得出了適當(dāng)?shù)暮辖鹪嘏浔?，?shí)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(zhǔn)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(jiān)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(qiáng)度鋼材的生產(chǎn)訂單。在奧運(yùn)工程中，所有鋼材全部實(shí)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(yùn)場(chǎng)館建設(shè)中，自主研發(fā)的新型材料無處不見。

    　　仁創(chuàng)集團(tuán)董事長秦升益蹲在奧運(yùn)村工地停車場(chǎng)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(tuán)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(shí)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(bǔ)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(xiàng)專利技術(shù)和30多項(xiàng)專有技術(shù)。從下月初開始，豐臺(tái)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。

    　　標(biāo)準(zhǔn):綻放自主創(chuàng)新之花

    　　在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，得“標(biāo)準(zhǔn)”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(biāo)準(zhǔn)。

    　　沒有專項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是很多奧運(yùn)場(chǎng)館施工時(shí)面臨的最大問題。奧運(yùn)場(chǎng)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(biāo)準(zhǔn)，是眾多空白中最核心的難點(diǎn)。

    　　“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)動(dòng)工之前，施工單位對(duì)全世界150多個(gè)鋼鐵焊接的大型數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了詳細(xì)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(gè)主要奧運(yùn)場(chǎng)館的科研人員兵分多路，在100多種鋼材之間反復(fù)進(jìn)行可焊性實(shí)驗(yàn)。有的北上哈爾濱，實(shí)驗(yàn)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(yàn)室里，測(cè)算出了室外一級(jí)至五級(jí)風(fēng)下進(jìn)行焊接的不同技術(shù)參數(shù)。有的對(duì)焊好的鋼材進(jìn)行壓展、沖擊實(shí)驗(yàn)……實(shí)驗(yàn)一直持續(xù)了五個(gè)多月，最終制定出了準(zhǔn)確科學(xué)的施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范。

    　　厚鋼板焊接技術(shù)及應(yīng)用研究，成了奧運(yùn)工程中又一項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)為圭臬。

    　　“水立方”的創(chuàng)意來自細(xì)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(gè)敢于實(shí)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(bǔ)了一項(xiàng)項(xiàng)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(gè)球型節(jié)點(diǎn)、20870根鋼質(zhì)桿件中，幾乎沒有一個(gè)零件是在空間定位上完全平行的，傳統(tǒng)的二維圖紙?jiān)凇八⒎健表?xiàng)目上不好用了。

    　　短短半個(gè)月的時(shí)間里，中建國際(深圳)設(shè)計(jì)顧問有限公司聯(lián)合國內(nèi)四家頂級(jí)研究單位，把“水立方”的所有工件在三維空間上一一標(biāo)出了坐標(biāo)。

    　　30513個(gè)工件，91539個(gè)坐標(biāo)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(jì)理論》填補(bǔ)了世界建筑業(yè)上的空白。

    　　類似的標(biāo)準(zhǔn)不勝枚舉。隨著奧運(yùn)工程進(jìn)度的不斷推進(jìn)，新標(biāo)準(zhǔn)、新工藝相繼浮出水面――《國家體育場(chǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(chǎng)研究、鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)研究、彎扭構(gòu)件設(shè)計(jì)理論研究和復(fù)雜焊接薄壁箱形構(gòu)件設(shè)計(jì)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(yàn)收規(guī)定》，補(bǔ)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(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》，作為國內(nèi)第一部有關(guān)ETFE膜技術(shù)及施工的項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)了國內(nèi)ETFE膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用的空白……

    　　“走出奧運(yùn)工地，個(gè)個(gè)都能當(dāng)總工”

    　　年輕，是奧運(yùn)工地科研人員的一個(gè)共同標(biāo)志。

    　　清早，國家體育場(chǎng)工程總承包部技術(shù)部部長楊慶德走進(jìn)辦公室，一路上不斷有同事和他打著招呼:“老干部，早啊?！毖g系著一條紅腰帶的楊慶德笑道:“今年本命年，36了，在工程部里得算老頭子?！?br />
    　　奧運(yùn)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(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(gè)單位的446名專家，為科技奧運(yùn)出謀劃策。通過奧運(yùn)場(chǎng)館建設(shè)的歷練，年輕的科技人員幸運(yùn)地?fù)碛辛四挲g和經(jīng)驗(yàn)的雙重優(yōu)勢(shì)。奧運(yùn)工程結(jié)束之后，他們將帶著豐厚的技術(shù)創(chuàng)新知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，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(duì)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(shí)驗(yàn)、工藝評(píng)定和驗(yàn)收評(píng)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)行專門的技術(shù)交底和強(qiáng)化培訓(xùn)，并按照嚴(yán)格的規(guī)范在焊中和焊后進(jìn)行檢查。

    　　通過這個(gè)流程，“鳥巢”的每個(gè)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(shí)間，每一條焊縫都能追溯到人。

    　　合理的工程流程大大節(jié)省了人力支出，“鳥巢”工地的驗(yàn)收一次合格率達(dá)到了99%以上。

    　　“從奧運(yùn)工地上出去的每個(gè)工程技術(shù)人員，都絕對(duì)有能力當(dāng)總工?！笨粗贻p的科技人員，年屆花甲的戴為志滿意地點(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(xiàn)自主創(chuàng)新的靈魂。在奧運(yùn)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(jì)劃43項(xiàng)，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(yùn)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(tái)。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(yīng)用和展示窗口。
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