精心施测“水立方”
在迎接2008新春佳节的喜庆日子里,北京奥运三大标志性建筑之一的国家游泳中心——“水立方”正式竣工并交付使用。这个世界上规模最大、构造最复杂的膜结构场馆身披淡蓝色“泡泡装”,看上去柔和温润,像一个硕大的透明“冰块”,在阳光的照耀下熠熠生辉。奥运主会场“鸟巢”与“水立方”比肩而立,形成了天与地、火与水、放射与内敛的和谐对比。难怪国际奥委会主席罗格对“鸟巢”和“水立方”赞不绝口:“这是我见过的最漂亮的场馆。”北京奥运会协调委员会副主席高斯帕在向新华社记者描述他的感受时则说,“水立方”仿佛是来自外太空的建筑作品。
目睹这个经过4年多施工建设,终于露出真容的蓝色气泡王国的美丽容颜,承担“水立方”工程测量任务的北京中建华海工程测绘有限公司的技术人员心潮起伏,思绪万千,不禁回忆起他们为这一奥运工程紧张施测、提供测绘保障服务的那一千多个难忘的日日夜夜。
“水立方”于2003年12月30日开工建设,2005年6月土建工程基本完工,2006年3月31日钢结构顺利封顶,6月16日钢结构卸载成功,12月26日外膜安装完工,2008年1月28日竣工并交付使用,1月31日迎来了建成后的首项赛事—— “好运北京”中国游泳公开赛。2008北京奥运会期间,“水立方”将举行游泳、跳水、花样游泳3个项目的比赛,产生42枚金牌,是诞生奥运金牌数仅次于“鸟巢”的大户。设计寿命为100年的“水立方”将在北京残奥会结束后,拆除临时座椅,成为多功能的大型水上运动中心,既可举办国际国内大型水上比赛,又能为公众提供水上娱乐、运动、休闲和健身等服务,成为奥林匹克运动留下的宝贵财产和北京城市建设的新景观。
能为举世瞩目的奥运工程施测,对于北京中建华海测绘公司来说,是难得的机遇也是严峻的挑战。他们决心全力以赴,打一个漂亮仗,为“水立方”的安全施工和按时启用提供优质高效的测绘保障服务。他们成立了国家游泳中心测量指挥领导小组,由公司总经理张胜良任组长,选派年轻能干、技术过硬的测量技术人员进驻现场,测量队伍非常年轻,平均年龄约22岁,同时调配了高精度的测量仪器设备。4年中,无论是盛夏还是严冬,在“水立方”的施工现场,都能看到测量人员忙碌的身影。他们经常早上六七点钟就来到工地,晚上八九点钟才离开现场,以饱满的热情、高度的责任感、一丝不苟的工作态度和行之有效的措施,紧张有序地进行着整体控制测量、土建结构施工测量、钢结构吊装测量。他们发扬无私奉献、团结协作、吃苦耐劳的精神,刻苦钻研技术,攻克一道道技术难关,为这一重要的奥运工程洒下了辛勤的汗水,提供了保障服务。
“水立方”占地7.8公顷,由5个游泳区组成,有1.7万个席位,却没有使用一根钢筋、一块混凝土,采用的是国内外首创的新型多面体空间钢架结构,墙身和顶篷都是用钢管和球形节点连接而成,用钢6000多吨,总构件数超过3万个,其中球形节点1.2万个。如果是搭一个传统的房子,就是横的梁竖的墙,都在一个平面上。而“水立方”为体现出不同形状的水滴充面整个空间的设计理念,以延性空间框架结构构成水滴的骨架,水滴的不规则形状决定了框架杆件空间变化的不规则性,且中间杆件的球形节点都是三维立体结构,空间位置变化多样。复杂的不规则多面体网架钢结构使“水立方”造型美观,但其技术难度及要求,在全国乃至世界都是罕见的,对施工测量的技术水平和精度都提出了新的更高的要求。特别是为保证各杆件和球形节点准确就位,要对不规则钢结构三维空间进行精确的定位测量,这是一个全新的技术课题。同时,奥运工程对工期的要求非常严格,不能因任何一个工序的拖延而影响整个工程按时竣工。那么,如何按时完成钢结构的吊装就成了摆在测量人员面前的一大技术难题。如果进行平面焊接,再吊装整体组合,多点空中定位连接的误差不好控制,而且累加的误差会像滚雪球般越积越大,工程质量无法保证。怎么办?测量技术人员决定采用GPS定位、激光定位等多种办法。
初期,他们用6台全站仪进行无棱镜观测。由于钢构件又大又重,造型复杂,现场通视条件差,每天只能完成六七个节点的吊装。工程技术人员算了一笔账,即使每天吊装10个节点,一年才能完成3650个,怎么可能在规定工期内完成3万多个构件的吊装任务呢?为此,华海公司专门成立了技术攻关小组,召开专题研讨会,进行技术革新,经过反复论证,大胆提出了“三维转二维”的技术课题,即将杆件节点的三维空间坐标分解为二维平面坐标和高程,用高精度全站仪对节点进行平面定位测量,用高精度水准仪控制其高程。与此同时,为了优中选优,找到最佳的测量控制方法,保证吊装速度和精度,他们进行了大量的演示论证试验,对各种繁琐的数据进行科学解算,还与业主、监理、施工单位共同召开现场演示论证会,最终确定了以球定杆的原则,即首先对球节点进行立体三维分解,划分角度,确定同一球上各杆件的水平夹角;然后量取球顶点到球与杆件连接处的距离,得到连接点并统一编号;再进行控制定位,按编号逐一焊接。这一革新后化繁为简的测量方法,科学合理有效,使高精尖仪器设备与传统工艺完美结合,完全满足了杆件中心线穿过两端球节点中心的精度要求,从而大大提高了吊装速度,快速高效地完成了钢结构三维空间定位测量工作。就这样,3万多根杆件、1万多个连接球像堆积木似的快速而准确地拼插在一起,钢结构工程进度突飞猛进,高峰时每天能焊接杆件200多根。
由于现场吊装工人文化水平参差不齐,为了更好地应用这一吊装测控方法,华海公司还专门开办培训班,对吊装工人进行必要的测量知识培训,并进行班前技术交底,形成了一个以测量工为主,吊装工为辅的大的测量控制体系,有效提高了吊装效率和测量精度。这一测量方法经受了实践的检验后,华海公司认真总结经验,编制了《钢结构三维空间快速定位测量施工工法》。
2006年6月16日,随着数千吨脚手架和千斤顶被拆解撤场,“水立方”钢结构支撑体系成功卸载。这标志着形式新颖独特、设计施工凝结了多项自主创新成果的“水立方”钢结构,终于由设计蓝图变成了工程实体。经观测,在脱离了支撑体系的保护之后,“水立方”的钢结构体系完全达到了设计要求,实际沉降只有81毫米,远远低于240毫米的理论指标。在卸载作业中,整体挠度观测极其重要,每一个小小的细节都直接关系到卸载的成功与否。为圆满完成卸载高程检测任务,华海公司成立了专项监测小组和应急小组。测量人员自始至终各司其职,协力配合,毫不松懈,连续不断地报告高程监测数据,为成功卸载提供了强有力的技术保障。
走进奥林匹克公园,记者看到,最能代表21世纪建筑形式的膜结构建筑“水立方”和最先进的钢结构建筑“鸟巢”一西一东,交相辉映,成为北京崭新的标志。在魔幻般美丽的水的立方体中,记者见到了为它贡献了聪明才智、立下了汗马功劳的工程测量人员。他们说:能参加奥运工程建设,让“水立方”在我们手中立起来,是我们一辈子的骄傲和自豪!(记者 陈兰芹)
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