水晶石之创新———挑战国内最复杂工程

来源:广东建设报  发表时间:2011-04-18 19:23:46 

深圳大运中心体育场、体育馆、游泳馆(“一场两馆”)从开工到竣工,历时3年;凝聚了无数城 市建设者和国内外顶尖设计团队的智慧和汗水;承载着深圳人的大运梦想建筑异彩“水晶石”折射世界级充满现代气息的场馆、美轮美奂的绿色“水晶石”……其中的核心和标志性建筑,是深圳的新坐标,是深圳奉献给世界的一幅精美画卷。如今,这一画卷正变为令人称奇的现实———大运中心体育场、体育馆、游泳馆“一场两馆”雄姿展现巍然屹立,三颗璀璨的“水晶石”向世人揭开了面纱。3月24日,从开工建设伊始历时3年半,承载深圳人大运梦想的深圳大运中心场馆“一场两馆”工程正式通过竣工验收。这些世界级水准的场馆凝聚了无数城市建设者和国内外顶尖设计团队的智慧和汗水,也承载了深圳人民对大运会的美好愿景。

大运中心工程质量得到了深圳市质监部门和验收专家的高度肯定,被称作建设领域打造“深圳质量”的杰作。据悉,到目前为止,深圳大运中心已经获得国家及省市的多项大奖:深圳市大运中心体育场获得全国钢结构优秀设计奖,大运中心体育场、体育馆、游泳馆“一场两馆”全部获得中国钢结构质量的最高奖———中国钢结构金奖,体育场先后获得深圳市唯一一个“全国建筑施工安全质量标准化示范工地”称号及国家AAA级安全文明标准化诚信工地称号。

为实现“建设国际一流的体育场馆”的目标,深圳市建筑工务署在充分调研的基础上,在全国范围发布招标公告,经过资格审查、实地考察、优中选优。竞逐的施工单位个个身手不凡,具有丰富的体育场馆建设经验。最终,参加过“鸟巢”、南京奥体等大型体育项目监理的中咨监理、浙江江南、广州珠江监理公司;参加过南京奥体、佛山世纪莲等大型体育项目施工的中建八局、上海宝冶、中建三局二公司;参加过鸟巢、央视新大楼、首都机场T3航站楼、上海环球金融中心等国内著名建筑的中建钢构、浙江精工等钢结构施工企业中标,为大运中心按期完工奠定了坚实的基础。

水晶石之创新———挑战国内最复杂工程

远远望去,一座座现代化的体育场馆如同一颗颗璀璨的绿色水晶一样,点缀在鹏城美丽的山水之间。巍然屹立的深圳大运中心主体育场,让记者不由地发出阵阵感叹。

据了解,深圳大运中心包括体育场、体育馆、游泳馆“一场两馆”,是深圳举办第26届世界大学生夏季运动会的主场馆。大运中心总投资约41亿元,位于深圳市龙岗区大运新城核心地段。大运中心工程量巨大,南北长约1050米,东西宽约990米,总用地面积达52.05万平方米,总建筑面积达29万平方米。工程用钢量是深圳地王大厦的3.1倍,工程桩是深圳深南大道总长的3倍,清水混凝土在深圳单体建筑中面积最大,场平面积相当于132个标准足球场。

大运会期间,体育场将举办田径预、半、决赛及训练,体育馆将举办篮球预、半、决赛,游泳馆将举办游泳预、半、决赛及训练。其中,大运中心体育场建筑面积达13.93万平方米,设有座位数6万个,是目前国内在建的最大体育场,可举办各类国际级、国家级和当地的体育赛事以及超大型的音乐盛会,可以满足国际田联及国际足联的比赛标准要求。体育馆设计座位1.8万个,游泳馆设计座位3000个。

国内首创“水晶石”结构,获国家钢结构最高奖

深圳大运中心一场两馆采用了独特的“水晶石”建筑造型,尤其是夜晚打上彩色灯光犹如三颗璀璨多彩“水晶石”。三个晶石造型的建筑,设计创意突出中国文化中的“山、水、石”传统元素。山是指大运中心周边的铜鼓岭山体,水是指大运中心一场两馆连接的人工景观湖,石是指“一场两馆”独特的“水晶石”外观造型。通过一体化的设计,形成山中有水,水中有石,山、水、石相互呼应的独特景观。

为达到这种精美的建筑造型,屋盖钢结构采用国内首创的单层空间折面网格结构。该结构是国际上最新颖的一种结构形式,受力体系复杂,首次在国内大型体育建筑当中采用。无论是质量、施工还是技术等方面的要求,难度不亚于北京奥运会主体育场“鸟巢”。特别是首次在国内大范围使用铸钢节点及超厚铸钢管,这种新颖的钢结构形式,使大运中心的用钢量只有1.8万吨,只相当于“鸟巢”用钢量的40%。由于结构新颖、造型复杂,设计对于铸钢构件的质量要求非常高,目前国内仅有少数几个项目使用过,至今没有国家标准和规范,其体量之大,铸造之难,实属罕见。

对此,深圳市建筑工务署负责大运中心场馆建设的工程师们,都会毫不吝惜地夸奖“水晶石”的美感和精巧:“三个场馆2010年都拿了国家钢结构工程方面的最高奖———中国钢结构金奖。”然后都会补充一句,这是“钢结构领域的最高奖”。

据介绍,为确保“水晶石”结构的安全性和经济性,深圳市建筑工务署专门设立了多项结构科研课题,由清华大学、华南理工大学等进行课题研究,并邀请多位院士级的专家参与钢结构的关键技术研讨会。造大建筑、重小细节,如此谨慎的态度为体育场赢得了2009年全国质量安全标准化示范工地的荣誉,也是当年唯一一个获此殊荣的深圳工程。“大运中心体育场、体育馆、游泳馆可谓是深圳建设史上最大的挑战之一,完成了任务的这支队伍完全可以拿下全球最复杂的工程。”深圳市建筑工务署副署长叶虔自豪不已。

新材料、新工艺,挑战世界级技术难题

大运中心体育场的独特风情在于这“水晶石”结构,但是难也难在这结构的筑造上。工程建设过程中,面临一系列世界级技术难题,大运中心建设者们先后克服了地质情况复杂、场地内有大量溶洞,以及大量采用新材料、新工艺所带来的技术挑战。大运中心的工艺要求高,施工难度大,建设者们广泛调研国内实际相关技术,在总结传统的建设经验的基础上,借鉴国内外各大体育场馆的施工方法,大胆创新,各道工序严格把关,建设中亮点纷呈。“该结构的主要部件就是各种口径的钢管和承重关节铸钢节点,这些节点少则联结三五根钢管,单体重二三十吨;最多的要接入10根钢管,单体重量达到98吨。”深圳市建筑工务署副署长叶虔说,由于在此之前,国内生产过的最大铸钢节点不过40吨重,这种超重的铸钢节点可给工程增加了不小麻烦。

叶虔回忆,当时找了国内一家拥有丰富制造经验的厂家来生产铸钢节点,大多数二三十吨的节点生产都很顺利,遇到百吨重的大家伙时,麻烦来了。厂家一时解决不了整体铸造的工艺问题,害怕尝试制造会产生瑕疵,对于体育场这样庞大的工程项目他们可不敢“吃螃蟹”。“厂家说前期投入了1000万进行工艺研发,结果不理想,他们提出推掉这份生产合同,那1000万他们认赔。”大运工期不等人,本来就比奥运筹备期短了一半,单体工程复杂程度可没减半,时间不能延误。于是,深圳市有关领导带队与建筑工务署一批骨干“蹲进”工厂,数顾茅庐轮番给厂家鼓劲,共同研讨工艺,克服困难,终于把“大块头”造了出来。材料有了,焊接时施工人员使出了“拼命三郎”的劲头。“接入百吨铸钢节点的钢管中,最粗的直径1.4米,壁厚就有20厘米,为防止热度变化造成应力变化破坏钢结构,钢管与节点对焊过程中要一次成形,焊接不结束焊机不能停。”叶虔说,9名经验丰富的师傅吃住都在焊机旁,四天三夜,人停机不停,一气呵成完成了最粗钢管的焊接。而这样的百吨节点和钢管有20个……据深圳市建筑工务署有关负责人介绍,大运中心2007年8月正式开工建设,到近日正式竣工验收,仅用了3年半的时间。

累积旋转滑移新技术,创下了钢结构施工新纪录

据介绍,体育馆钢结构与体育场相似,却又有自己的难处———钢结构屋盖集高耸结构和大跨度空间结构于一体,由16个形状相近的钢结构单元构成,直径达158米,工程用钢量约5800吨,施工难度居国内大型场馆之最。

为确保大运中心钢结构施工的顺利进行,在体育馆钢结构施工中首次采用了国内领先的累积旋转滑移新技术。在95天内就完成了体育馆5800吨钢结构的施工,创下了国内体育场馆钢结构施工的新纪录。在工程建设还没有完工的情况下,就已经成为全国场馆建设的一个标杆。据介绍,按照传统施工工艺,施工现场需要搭建16个钢结构拼装平台,不仅工程的安装精度难以提高,施工安全性较低,还会造成大量临时支撑杆件的浪费。而滑移是通过计算机控制的液压设备作为驱动力,推动超重物体精确移动,采用这种技术,只需要2个拼装平台,将构件定点拼装后再滑移到设定位置,这样能够使构件安装实行标准化作业,很好地控制工程焊接质量和安装精度。

2009年4月,体育馆钢结构实现首次滑移,约800吨重的首个单元钢结构沿着滑移轨道精确安装就位,数百吨钢结构滑移到安装位置,误差不超过2毫米。两个月内,16个钢结构单元的滑移全部完成。

绿色、科技、环保

水晶石之理念———

深圳大运中心的设计和建设充分体现了“绿色、科技、环保”理念和“节俭办大运”原则,注重功能设计、环保设计和美感设计相结合,使得深圳大运中心与城市景观达到协调统一。“虽说体育场是应大运之需而建,但我们建设中考虑更多的是长期使用需要,因此最大限度地践行了节能、低碳、可循环的环保理念。”叶虔说。

清水混凝土世界一流

当然,要提节约,肯定少不了对大运中心各场馆饰面所用的清水混凝土技术的介绍。为减少场馆饰面装修过多造成人力物力浪费,大运中心在建设中大量采用了清水混凝土工艺。清水混凝土一次浇注成型,不做任何外装饰,这种工艺具有经久耐用、缩短工期、减少污染、维护成本较低等多种优点。但对模板体系、支撑结构、混凝土配合比、浇筑养护等施工工艺要求极其苛刻。

据介绍,大运中心的主设计师、德国GMP国际建筑设计有限公司总裁冯·格康探访大运中心时,曾摸着体育场的清水混凝土对其赞不绝口,认为这样的施工工艺和质量达到世界一流,并表示要将中国企业的技术向德国推广。“这种施工技术提高了整体美观性,缩短了施工周期,减少了现场污染,达到了节能减排的目的。”叶虔说,在节约了大量装饰材料和人力物力的同时,也为建筑物本身营造出了一种自然、质朴的“装饰”效果。

记者抚摸笔直、光滑、细腻的墙壁,发现就像刷过一层水泥色的清漆一样,完全不似普通毛坯房水泥墙面那样粗糙。据介绍,清水混凝土的预制需要工程设计的高度准确性和施工的高度精确性。几家参加了北京奥运会场馆建设的监理和总包单位普遍反映效果比“鸟巢”的还理想。“从一开始我们就对技术的施工效果苛刻控制,最初做出的几个停车场立柱是由一家资深单位承建的,但效果不理想,我们就把所有施工人员叫到现场,当着大家面指出施工缺陷,抡起大锤把几根一米见方、5米来高的柱子敲到粉碎。”深圳市建筑工务署有关负责人对记者讲述了这个小插曲。严格的管控下,施工质量得到保证,清水混凝饰面保证了统一的色泽、光滑和平整。

灯光系统节能80%

为实现独特的水晶石效果,大运中心设计了20多种不同配光,并运用了世界领先的6个核心专利技术的独立控制系统,可以同步控制23880套智能灯具,共88350个独立控制单元,并可实现一年365天全自动运行和监控。所有的灯具都安装在钢结构的部分主梁和次梁上,实现了灯具和线槽的隐蔽,完全消除了显光,构成了美丽的剪影效果。

大运中心公共区域照明采用智能照明控制系统进行控制,夜间立面照明采用LED光源,灯具使用寿命比荧光灯光源寿命长2.5-3倍。LED灯光系统使用具有国际先进水平的高效能芯片,具有低电压、节能和长效、光色均匀的优点,总节能达80%。场馆内会客厅、休息室、功能房、采访间采用的T5荧光灯具工作温度低,提高了用电安全度,节能也达到了35-50%。

此外,大运中心在广场、庭园、公园、街道、游泳池畔等使用太阳能园灯,铺太阳能地砖灯以及太阳能指示牌。园区采用风能一体化园灯,分别利用风能和太阳能发电照明,不需铺设管线,节约建设费用和运行费用。

用钢量减少2000吨

体育场主体结构动工之前,深圳市建筑工务署建造了3个小尺寸的模拟“绿水晶”进行试验,确保结构的安全性和可靠性,并进一步优化钢结构设计,使体育场用钢量减少2000吨。此外,为了减少用钢,外立面的透明材料并非都是玻璃。立面的是玻璃,水平面是聚碳酸酯板,这种板与玻璃特性基本一样,重量仅为玻璃的五分之一,极大减轻了钢结构的荷载。最终,面积13.58万平方米、总体高度53米的体育场用钢量1.8万吨,而“鸟巢”规模不足它的两倍,用钢量为4.6万吨,远超过两倍,大运中心体育场建设之“抠”可见一斑。

此外,体育馆中采用变风量空调系统,可根据负荷变化调节场馆送风量。通过对外围护结构进行合理的自然通风和机械排风优化设计,降低夹层温度和空调冷负荷。同时,观众厅采用分层空调设计,无需冷却高空较热空气,降低建筑能耗。

值得一提的是,一场两馆大面积使用了新型聚碳酸酯轻质透明材料和XIR膜夹胶节能玻璃。XIR节能玻璃是目前欧美应用广泛的新型节能材料,在不影响可见光透过的前提下,可以遮挡绝大部分的紫外线和红外线,以达到最大的遮阳效果,为室内带来“凉爽的阳光”,确保夏天外热内凉,极大节省空调费用。大运中心还建立了雨水及中水收集、处理系统,每年可以使用雨水与中水等非传统水资源98.5万立方米。此外,体肓馆、游泳馆还分别安设了太阳能集热器,产生的热水主要用于场馆淋浴和其它生活热水使用。

水晶石之美:世界最大LED照明景观

火红、碧绿、天蓝、桃红、湖绿、绯红、梨黄、橙黄、鹅黄、嫩绿、湖蓝、灰白、象牙白……色彩像水一样在晶体结构的一场两馆外壁流动,这种无限色彩的调配能力使得人们常说的“绿晶石”有些“名不副实”,该叫“彩晶石”似乎更贴切。“我特别喜欢‘绿晶石’的光,这是真正有设计的灯光效果。”深圳市建筑工务署大运工程管理处处长刘志达严肃干练,但当谈起一场两馆的灯光工程,他的目光顿时柔和起来,满是喜悦。“以三原色为基础,通过色彩组合变换照明效果,三个场馆使用同一个照明控制系统,色彩调配精确,你想要1%的蓝色我们都可以轻松调出来,更细微的比例也没问题。”刘志达说,通过色彩混合搭配,大运中心的灯光理论上可以打出你能想到的任何一种灯光效果。

这个灯光系统也是世界最大的LED照明景观,灯光颜色以纯色为主,注重色彩所体现的寓意与艺术效果。通过这些“艺术光”体现科技、艺术与自然的完美结合,展示深圳多元、青春、自由的现代都市文化。“一般的透明建筑发光时会看到星星点点的光源,有些刺眼还使色彩显得凌乱。‘绿晶石’看不到光源,它们的光是均匀、柔和的。”刘志达说,“绿晶石”灯光不是直接透过玻璃外壁向外场照射的,光源都嵌在钢结构内侧,先扫向场馆内部靠近玻璃悬挂的一层白膜上,再经过这层膜漫反射后穿透玻璃向外界呈现光彩。

据介绍,这层膜叫PTFE膜,膜上有细孔,类似蚊帐,除了营造灯光效果,还有阻热、节能、防噪的重要作用。PTFE膜与玻璃幕墙间距1米,中间空腔可实现自然通风与机械通风,完成循环排热。这层膜白天保证透光率,充分利用自然照明,与玻璃幕墙夹层中的XIR膜一同隔断太阳光中的热能,既保证了场馆透明美观,又防止观众受阳光透射之苦,晚上则配合营造变幻的灯光效果。(本版照片均为陈果/摄)

编辑: 张昌禹
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