梦圆“鸟巢”

    2006年11月30日上午，最后一根五米长的钢梁身披大红缎花，徐徐进入预定工位，标志着2008年北京奥运会主体育场“鸟巢”——国家体育场总重量达4.8万吨的钢结构安装即将全部完成。“鸟巢”已展现出它梦幻般壮美身姿，催热着人们心中对奥运的期盼和梦想。 有人说，血燕的巢是由自己选择的海藻、贝壳和着自己吐出的鲜血做成的。北京城建集团的工程技术人员也正像是一只只血燕，呕心沥血，将“鸟巢”从图纸上的线条变成现实的奇迹，演绎了一曲世界建筑史上的精彩华章。
科技先行筑“鸟巢”
不知是否受到鸟儿的启发，瑞士设计师与中国建筑设计研究院联合体关于“鸟巢”的创意，体现的正是这种回归自然的追求。然而，这离“鸟巢”最终建成还有相当距离。从完善设计方案、进行结构计算，再到形成创新的施工工艺和质量标准，所有方面都主要是聪明的中国人自主完成的。 由于“鸟巢”追求的是浑然天成的造型，在这一设计理念的主导下，国家体育场工程由外至内无不体现出“杂乱无序”的结构构造：外围钢结构由巨形弯扭构件编织而成，内部混凝土结构由倾斜、旋转角度各异的斜（扭）柱以及斜梁组成异形框架结构。将这种特异的设计造型变成建筑实体，无疑是一个巨大的技术挑战。 针对“鸟巢”技术难题，14个攻关课题组成立了。 “鸟巢”这个辐射式旋转而成的梦幻般造型，使得4.8万吨钢的受力点集中在了24根柱子和柱脚上。弯曲点也要承受巨大的拉力和应力。什么样的钢材才能足以支撑？这是技术人员遇到的第一个难题。 破解这个难题，既要求钢的强度有张力，又要柔韧有拉力，还要能抗低温、易焊接又不能自重太大。可这种钢材在国内是个空白，必须尽快研制出一种把这些相对立的特性统一起来的特殊钢材，才能破解“鸟巢”用钢的难题。 “鸟巢”的科研技术人员从工程的实际需求出发，发现Q460E是最好的选择。于是从这种厚板的试生产、热加工及焊接性试验研究、焊接工艺评定及焊接应用研究等四方面入手，进行了深入研究。最终，为舞阳钢铁厂提供了指导性的轧制方案。 2005年7月，为“鸟巢”准备的110毫米厚的Q460E钢板经过舞阳钢厂的反复实验，轧制成功并进入批量生产。400吨钢材，成为了“鸟巢”钢筋铁骨中最坚硬的一部分。同时，首钢、鞍钢等企业也接下了奥运工程所需高强度钢材的生产订单。在奥运工程中，所有钢材全部实现国产。 北京市科委组织专家鉴定认为，这项研究成果填补了国内低合金钢特厚板焊接领域的空白，达到国际先进水平，对重、大型焊接钢结构的推广应用有重要意义，技术成果资料可供相关国家标准、规范及规程的修订参考。正如专家预言的那样，《建筑钢结构焊接技术规程》修订时就增加了有关Q460E钢材的技术标准。 “鸟巢”的外罩由不规则的钢结构构件编织而成，里面的混凝土结构与钢结构相互独立，建筑师在混凝土看台和钢结构外罩之间的空间里，设计了很多倾斜的混凝土柱子来支撑建筑。124根钢管柱、228根斜梁、600多根斜柱、112根Y型柱与空间曲型环梁相互交织。如何既保证这些混凝土柱子的结构要求，又能不影响“鸟巢”的整体外观？ 国家体育场工程总承包部专家组几经论证，一个两全其美的方案诞生了。先像其他混凝土结构一样绑扎好钢筋笼，然后再从上面一节一节套上方钢管，钢管连接好后再在钢管里浇筑混凝土，形成与钢管一体的混凝土柱。这样一来看不到混凝土柱，既安全又美观，却加大了施工难度。 起初，工程建设者只能试着从上口往钢管里浇筑，每天从早到晚只能浇筑四五米。国家体育场工程总承包部经过研究，提出了一个新方案:采用高流态自密实混凝土，采取高压顶升、从钢管底部注入混凝土，由底向上顶升逐步填充。 这是一个从来没有人用过的方法，结果却非常理想。顶升混凝土不仅提高工效一倍多，而且质量好，比预定的工期缩短了两个月零两天。 2006年1月20日，这项工艺被命名为“超高矩形钢管永久模板钢筋混凝土斜扭柱施工工艺”，正式向国家知识产权局申请发明专利。这是奥运工程结出的一颗自主创新的硕果。 由于科技先行，“鸟巢”施工中的一个个技术难题被破解了，既保证了施工生产的顺利进行，又完成了一大批科研项目。
飞檐走壁焊“鸟巢”
在“鸟巢”施工现场，有这样一群人，他们每天都要和燕子一样，“飞翔”在距离地面至少30米的钢梁之上；而与燕子不同的是，他们需要保持一种固定的姿势最少七八个小时。 “鸟巢”由五大钢种组成，而这五种钢材从10毫米到110毫米厚度差异巨大，并且要在成分不同、形状不同、气温不同的情况下相互对应焊接。 “鸟巢”钢结构动工之前，工程技术人员对全世界150多个钢铁焊接的大型数据库进行了详细检索，结果发现根本找不到与“鸟巢”焊接雷同的任何记录。 应该预热多久，用什么温度焊接最合适？相关规范全是空白的。 除了这些，最难的还是对季节天气的把握，跨越冬季和雨季的焊接施工，必须拥有一套完整的焊接参数和标准。特别是在温度控制方面，5度的微小偏差就可能威胁到“鸟巢”的质量安全。 2005年11月28日，从“鸟巢”飞出了15只北京城建集团的“燕儿”，在冰天雪地的哈尔滨落了地。这些北飞的“燕儿”要在这里寻找摄氏零下10度到15度之间的最佳焊接参数。 试验就这样马不停蹄地开始了。10天时间里，完成15项焊接工艺评定。这些参数不仅可以指导“鸟巢”的冬季焊接施工，而且也为焊接技术规则修订提供了国家标准。 实际上，为测试不同气候的焊接参数，工程技术人员兵分多路：有的埋头在实验室里，测算出了室外一级至五级风下进行焊接的不同技术参数；有的对焊好的钢材进行压展、冲击实验…… 实验一直持续了5个多月，最终制定出了184项的《焊接工艺评定》。 厚钢板焊接技术及应用研究，成了奥运工程中又一项重大技术难点的突破。今后在建筑中如果再遇到同类的焊接要求，无论中国还是外国，都可以奉这套标准为圭臬。 “鸟巢”涉及高强钢焊接、厚板焊接，各种焊接姿势都要用到，对焊接的质量要求极高。为了培训技艺高超的焊接技工，国家体育场工程总承包部对进入“鸟巢”施工的焊工进行了严格培训。先是从全国各单位的上万名选手中筛选了千余名焊工。在这些持有压力容器、冶金、电力、化工等焊工操作证的焊工中，有911名焊工获得了在“鸟巢”从事一般焊接的“上岗证”。 对于关键岗位的焊工，工程总承包部再一次进行强化培训。最终，有250人通过了由国家焊接委员会组织的考试，拿到了能在“鸟巢”“飞檐走壁”的合格证。 顶架之巅，横梁之侧，焊接高手的身影映衬着点点焊光，成为“鸟巢”昼夜不变的一道风景。据统计，他们完成的焊缝达到30万米，相当于从北京到天津打个来回，光特制焊接材料就用掉了2000吨。 有人说，“鸟巢”的焊接，是一道亮丽的都市风景，但这诗意般的背后，却有着令人无法想象的艰辛：Q460E钢需要保持固定的焊接温度，实施不间断的焊接，焊接高手要七八个钟头蜷缩在构件狭小的空间中不挪动一下。为了减少上厕所的次数，焊工们甚至用上了尿不湿。盛夏，厚重的焊工服把皮肤捂出痱子，他们从不抱怨；寒冬里，顶着刺骨的寒风，尽管身体冻得哆嗦，但仍然保持着焊接姿势，毫不走样。 这是让《中国焊接技术规程》主编、焊接专家周文瑛都感到惊讶的事实：对焊缝质量进行探检，超声波探伤一次合格率达到100%；第三方检测一次合格率100%；政府部门对“鸟巢”焊缝组织了即时“空中飞检”，合格率还是100%！ 对百年奥运的梦想赋予了焊工蓬勃的动力，激发出无尽的智慧，当动力与智慧汇聚在“鸟巢”建设工程时，产生了一个个令人荡气回肠的故事，展示了中国工人的铮铮铁骨。 2006年8月26日零点整，“鸟巢”钢结构主体工程，在100多名焊工手中开始合龙。这标志着这座设计新颖、造型独特的钢结构工程安装进入倒计时阶段。9月17日上午11时左右，随着现场总指挥的大声宣告：“鸟巢”第7大步、第5小步的卸载完成！ 一个历史性的时刻就此诞生了——2008北京奥运会主体育场国家体育场，真正从一张设计图纸变成矗立在大地上的民族骄傲。 这是一个用树枝般的钢网将10万人的体育场编织成的温馨“鸟巢”！用来孕育与呵护生命的“巢”，寄托着人类对未来的希望。 “鸟巢”建设者的梦还没有完全实现，他们说，等到大雁再次北飞的时候，膜结构、设备安装、太阳能利用等更复杂的施工挑战，也将开始了…… （作者：北京城建集团党委宣传部部长） 责任编辑：任 征