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建築也可以有“脈搏”
“春繭”顧問工程師:
-人物
坐落在美麗深圳灣的“春繭”,猶如孕育破繭而出衝向世界的運動健兒的孵化器,構思新穎、造型獨特,與“鳥巢”的設計手法有異曲同工之妙。“春繭”由東向西的頭、身、尾分別隔出三大場館——體育場、室內體育館和游泳館,開創了國內體育場館設計和建設的先河。在負責“春繭”項目諮詢的奧雅納總工程師汪洋看來,深圳大運會開幕式場館——深圳灣體育中心的建築難度甚至高於北京的鳥巢,而在爲這所大運場館提供建築工程的諮詢服務時,工程師們則讓“春繭”具備了“脈搏”,讓她在施工中隨時可以發現“身體”的異樣,此外包括航空航天等領域的先進技術都在春繭設計和施工中首次進入了建築領域。
創意外觀也需要科技才得以實現
奧雅納工程顧問公司總工程師汪洋至今仍記得當初華潤來找到他們時的場景。2009年初,華潤作爲深圳灣體育中心(俗稱“春繭”)的開發商找到奧雅納做項目結構、安全和施工方面的諮詢優化,“那時聽說他們還在做施工圖設計”,而聯想起深圳灣體育中心是在2010年5、6月進行“合攏”的,汪洋慨嘆華潤在“春繭”這一建築上面完成了相當了不起的成績。
奧雅納是在建築行業知名的集設計、工程、規劃和業務諮詢爲一體的全球性公司,其在中國參與諮詢和結構優化的項目就包括央視新大樓、鳥巢、水立方、廣州塔等多個地標性建築,在深圳他們則在京基100的建造中提供了專業的意見。
接到這一諮詢人物後,奧雅納開始組建以深圳當地有經驗的專家爲主的團隊,並動用東亞區的專家庫,此外還邀請香港、倫敦等地公司的專家,其中不乏負責鳥巢等重大項目的結構負責人。而汪洋,則成爲“春繭”諮詢顧問的總負責人。
“春繭”採用了國際上首創的單層折面空間網格結構,藉助屋頂巨幅鋼結構鋪裝,將體育場、體育館、游泳館置於一個白色的巨型網格狀鋼結構屋面之下,精巧的設計讓人驚歎不已。而這背後,爲了實現設計師的這一外觀構想,工程師們付出了很多艱辛的努力,“其實設計外觀與實際應力不符,而日本設計師佐藤堅持設計尺寸,讓準備改動尺寸以符合實情的顧問公司、施工團隊都處在兩難境地”,汪洋表示。
爲達到外觀效果,同時又要保證安全的前提下,工程師們考慮節省材料以減輕自身承重,奧雅納的諮詢團隊就建議採用表面積大、矩形截面小的特殊薄壁作爲箱體構件。“春繭”的薄壁板厚在10毫米~30毫米之間,比起“鳥巢”厚達60毫米的鋼板,構件成型雖然容易,但是也更容易反彈,這對施工的要求也更高。
汪洋作了這樣一個比喻,“如果把‘春繭’剖開,其剖面就會是一個矩形,網殼的鋼結構和內部巨大的空間相比就像是易拉罐”,汪洋告訴記者,建築中的鋼結構如果越輕,自重越低就會減少對建築本身的影響,但是夠輕的同時又不能像易拉罐一扭就完全變形了,“於是我們在輕薄的同時也要努力控制鋼結構的節點,讓一個節點的變形不能影響到整個建築的結構和安全”。
“健康監測”將伴隨“春繭”整個生命歷程
最後,整個“春繭”是由1萬多根構件組成的長達530米、寬241米的鋼結構包裹。汪洋告訴記者,構件的設計走向是打破常規的,是扭曲的,“春繭”扭曲的數量和程度都超越“鳥巢”。在施工中,爲保證定位準確性,奧雅納提出分片組裝的建議,施工方最終也是採用了分塊累積提升與高空分塊吊裝相結合的方案進行施工,即在地面上一個一個區域焊接、拼裝好,然後將大塊單元體逐步吊裝上去。
奧雅納工程顧問公司的董事林奉軍告訴記者,奧雅納所賦予“春繭”的,就是幫助開發商實現讓大運開幕式場館更加安全、結構更加優化、施工過程更加萬無一失的目標。汪洋表示,像“春繭”這樣的建築,即使最有經驗的工程師也無法判別出最優的選擇方向。而奧雅納是藉助了航空航天的高端軟件,結合土木工程,進行二次開發,有針對性地給出項目的優化方向,並藉助3D技術表現空間結構的幾何關係,在系統中模擬校覈。
而爲了保證施工的精準,整個“春繭”在建造、合攏、卸載的工程中有了“健康監測”。工程師們在春繭鋼結構的各個節點安裝感應元器件,即時監測建築在施工和合攏期間的受力狀態和溫度分佈,以便檢測施工過程是否有問題。“鋼的建築構件存在熱脹冷縮的現象,而對於這麼大的鋼架構來說,熱脹冷縮就會更明顯”,汪洋解釋,“因此鋼結構合攏等作業必須在一定溫度範圍內進行”,有了健康監測我們就知道每個環節施工是否可以繼續進行,就好比人的脈搏,“隨時監測一個人在工作中的身體健康狀況”。
此外,“春繭”坐落在深圳灣,颱風時有發生,能否應對臺風或者地震等極端天氣成爲最爲關注的問題。而“春繭”的設防裂度爲7度,能否達到設計要求,作爲工程顧問的奧雅納,需要準確作出判斷。比如體育場北側看臺的頭頂上有一片巨大的單層“網殼”,“片狀的鋼結構就怕風,強風吹過會使其抖動,而抖動多了就會垮塌”,汪洋表示,最後我們通過控制單層網殼的位移和受力狀態讓其更穩定,從而使得“春繭”不懼怕強風。
“健康監測系統,將伴隨‘春繭’的整個生命歷程”,汪洋告訴記者,即使施工結束,“春繭”的健康監測依然存在,在未來的歲月中,它所記錄的一切,會成爲所有建設者交給深圳、交給歷史的成績單。
本版撰文:
南方日報記者曲廣寧實習生王海寧
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