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与“水立方”的不解情缘
来源: 发布日期:2018-12-13

  习近平主席在澳大利亚联邦议会发表演讲时提到,水立方是中澳建筑师智慧的结晶,它匠心独具、巧妙构思让人赞叹不已。作为水立方及APEC晚宴改造的工程建设者,中建一局以始终如一的工匠精神,用中国品质打造出这部世界建筑杰作。这张北京的“世界名片”,用美轮美奂建证了中国改革开放40年建筑业的崛起。

水立方外立面.jpg

水立方外立面

  作为闻名遐迩的中国国家游泳中心,水立方自2008年竣工后,就成为立足北京的世界性地标建筑。它承担过奥运会游泳、跳水、花样游泳等赛事,产生了42枚奥运金牌,承办过世界游泳、跳水锦标赛等大型赛事,同时也是具有国际先进水平的集游泳、运动、健身、休闲为一体的多功能国际化时尚中心,为普通市民提供体育文化设施。它也曾华丽转身,作为APEC会议欢迎晚宴的主办场所,在烟花和音乐中迎来世界各国首脑。

承建水立方:

为“中国建造”创造世界奇迹

  2004年3月,中建一局中标水立方项目。同年7月,33岁的年轻女总工程师陈蕾带着项目团队正式进驻水立方。

  陈蕾负责全面主持中建一局水立方项目现场技术工作,她看起来很小,大家都当她是小姑娘,对她有些不放心。因为水立方实在是与众不同,它是所有奥运会场馆中唯一由港澳同胞和海外侨胞捐资建设的,一直受到党中央、国务院的亲切关怀和全国人民及海外华人的高度关注。此外,它还是世界上第一座多面体空间刚架结构建筑,世界上规模最大的膜结构工程,具有复杂的室内环境。

  在水立方的施工管理中,要面临全过程管理、大时长施工、工序复杂、分包单位多、科技含量高等一系列问题,总承包商必须具备足够的前期策划能力、复杂建模和深化设计能力及高端全球资源组织与采购能力,才能够取得良好的工程管理效果。

  水立方将存在于自然界的泡沫理论首次应用于建筑,也就是将水泡的结构放大到长177米、宽177米、高31米的建筑尺度。要实现这样的理论意味着,必须建设全世界第一座多面体空间刚架结构体系,同时,覆盖上面积达10.44万平方米的3216个ETFE气枕膜结构,这在世界上都没有成功的经验可以借鉴。

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水立方的“骨架”模型

  “按照以往的施工惯例,都是有标准可以依据的,水立方的钢结构和膜结构却没有任何可以借鉴的标准,大家都不知道应该干成什么样。”时任水立方项目执行经理的侯本才回忆说。

  水立方根据细胞排列形式和肥皂泡天然结构设计出一种新的膜结构,在建筑历史上从来没有出现过。怎么把设计图纸变成现实,对施工单位提出了极高的要求。为体现出不同形状的水滴充满整个空间的设计理念,项目团队选用延性空间刚框架结构作为“水滴”的骨架,刚框架杆件随着水滴流动,呈现出不规则形的变化。另外,通过对里外两层刚框架分别外包ETFE膜结构,实现了“水滴”的视觉效果。整个建筑共有3216个气枕,最长的跨度达10.75米,总面积约10.44万平方米,膜结构的展开面积达30万平方米,是世界规模最大的膜结构工程,也是唯一完全由膜结构进行全封闭的大型公共建筑。

  在这样的技术空白背景下,凭借坚忍不拔的毅力和一丝不苟的钻研精神,陈蕾带着项目团队将不计其数的难题,在无数次的论证和实践中一一化解。

  项目施工前带领技术团队用BIM模拟施工过程,用科技手段来填补技术空白。陈蕾主持编制的《国家游泳中心主钢结构工程施工质量验收规定》和参与编制的《国家游泳中心屋面及墙面ETFE装配系统工程技术及施工质量验收标准》,填补了国内钢架结构和ETFE膜结构技术施工标准的空白。《新型多面体空间刚架和ETFE气枕关键技术及其在国家游泳中心工程的应用》荣获中国施工企业管理协会科学技术奖特等奖,伟德国际1946备用网址科学技术奖一等奖。“国家游泳中心多面体空间刚架结构和ETFE气枕关键技术研究与应用”获得2009年北京市科技进步二等奖。

  2007年7月17日,时任国务院总理温家宝来到水立方视察。在临走之际,温总理特意寻找到工程技术人员,握着陈蕾和同事们的手,深切勉励道:“你们设计得好,施工得也好!”

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水立方夜景

  陈蕾深有感悟:“做这个项目,所面临的挑战、学到的知识以及掌握的技术都是其他项目不可相提并论的。”

  在水立方施工中,让她感到非常欣慰和自豪的是主钢结构支撑体系的选择。

  水立方高达31米,地下最深11米,再加上主钢结构屋盖的施工全部采用高空散拼法,需要大量的脚手架作为承重及操作平台。经过预测,如果施工现场全部采用这种传统脚手架,其总量将达到1.6万吨,而主钢结构的总重量才6700吨。

  当时北京传统脚手架资源短缺,现场出现了停工待料的状况,严重影响到了水立方的正常施工。

  “决不能影响工程进度,一定要确保水立方钢结构按时封顶。”她逼着自己做出第二选择。

  这时,一种采用法国技术,在国外应用广泛的新型模块式脚手架进入她的视野。它不仅质量轻,而且强度高,搭拆速度快,十分适合水立方。然而,因为它在国内没有大量应用的先例,也没有国内相关技术及验收标准,更重要的是,当时北京刚刚发生一起脚手架坍塌的重大事故,所以“不支持,反对”的声音非常大。

  “用”还是“不用”!陈蕾决定通过理论计算和现场实验来验证它的可行性。她认为,这种新型的脚手架符合法国的标准,而法国标准与中国标准的不同之处在于,前者来自于实践中的经验值,后者不全是来自实践,有很多来自理论计算。为此,她一方面通过大量的理论计算来复核法国的标准,一方面在实验室和施工现场进行反复的1:1实验,同时又请来北京市的顶级专家进行多次专题论证。在计算数据和实验结果面前,她冲破重重阻力,毅然决定:“用!”

  2006年6月16日,水立方主体钢结构支撑体系将在这一天进行第二次130米(大跨屋面)卸载。验证她抉择的时刻来到了。在长达三个半小时的卸载过程中,她绷紧了身体每一处神经,一颗心也仿佛提到了嗓子眼。当最后一个千斤顶退出工作,水分子的钢筋铁骨成功屹立时,半年多的担心、犹豫、怀疑和忐忑在霎那间烟消云散,工地上一片欢声雷动,连当初最激烈地反对该施工方案的同行,也情不自禁地跑过来向中建一局项目团队祝贺。坚强的陈蕾抑制不住内心的喜悦,留下了激动的眼泪。

  2008年1月26日,经过4年的建设,水立方终于按计划竣工了。在随后举行的三场世界级游泳、跳水、花样游泳测试赛上,场馆各项功能运行良好。2008年8月8日如期迎来了奥运会的正式比赛,经过30余天的比赛,水立方圆满完成了承担奥运会和残奥会比赛项目的使命,成功实现了它的价值,并成为了奥运史上打破世界纪录最多的奥运场馆。

  付出总会有回报,水立方在世界建筑史上留下了浓墨重彩的一笔:获得2005年度工程项目管理优秀成果一等奖、2006年度北京市结构长城杯金质奖工程、新中国成立六十周年百项经典暨精品工程、第八届中国土木工程詹天佑奖、2008年度鲁班奖(国家优质工程)、2009年度国际桥梁及结构工程协会杰出结构大奖、2012年两项国家科学进步奖......水立方作为同时获得鲁班奖和詹天佑奖的优质工程之一,几乎囊括了所有建筑类奖项。

“全生命周期”超值服务

  2008年奥运会结束后,为了将水立方向民众开放参观,中建一局担负起水立方赛后运营建设项目一期任务,改造后整个场馆将重新划分为奥林匹克比赛大厅、热身池、嬉水乐园、水滴剧场、水立方探秘馆等区域,运营面积增至7.7万平方米。

  最大的难题来自南北小楼室内钢结构的吊装与原结构的连接节点,由于水立方内部结构变更较多,在建设过程中,新结构与原有结构对接时就出现了很多无法对应的节点。为寻求更加安全、可行的施工方法,中建一局水立方赛后运营建设项目一期工程部、技术部与业主和设计单位就现场情况进行了多次会审,最终获得最优方案,以保证质量及工期要求。

  为了确保质量、提高效率,项目管理团队及关键岗位工作人员曾不眠不休,在工地上坚守三天三夜。

  2010年7月,国家游泳中心赛后运营建设项目一期圆满竣工,水立方拥有了全新角色。

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水立方内的泳道

  2013年底,为了承办APEC会议晚宴和文艺表演,水立方二期改造提上日程,这是一次世界级盛会,需要接待来自8个国家的元首,这要求晚宴保证零失误,这对此次改造工程提出了更高的要求。

  时任中建一局水立方二期改造项目室外园林改造责任师陈彬回忆说:“现场隐蔽的燃气、水、电管线实际情况不明确,使土方开挖及机电、土建暗埋施工时存在较大风险,但是采用‘人工挖土’的方式施工,效率太低了。”

  为了克服困难,陈彬带领室外园林改造团队进行了一系列技术攻关:“为了调查管线现状,我们逐井逐线测量,最终实地绘出了一套地下管线隐蔽图,让机械挖土变成可能。”

  随着工程改造的结束,项目团队又投入到会议保障工作中去。为了确保APEC会议顺利进行,各国记者的现场直播都能在第一时间传送出去,水立方二期改造项目团队通过大量试验及详细的记录检查,确保电气设备高效运行。当全世界人民在电视机前观看美轮美奂的文艺表演和焰火表演时,他们的神经正牢牢紧绷,忐忑又激动地等待活动的结束。

  从2004年7月到2014年11月,水立方二期改造完成,中建一局的先锋精神在水立方项目的三个团队中接棒传承,同水立方这座“梦幻魔方”共同见证中国体育事业的成长,以奥运赛事谱写中国力量。(中建一局供稿)

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