前不久，北京市科學技術獎勵大會召開，北京市15項科技成果獲得科學技術一等獎，“國家體育場（‘鳥巢’）鋼結構工程關鍵施工技術與應用”位列其中�！傍B巢”鋼結構施工技術創造了我國鋼結構施工史上的奇跡，其鋼結構施工難度是當今世界難度最高、最復雜建筑之一�！傍B巢”鋼結構是怎樣建成的呢？北京城建集團工程總承包部總工程師李久林揭開了“鳥巢”鋼結構施工技術研究與應用的諸多秘密。

“鳥巢”的前期技術研究

　　李久林介紹說，“鳥巢”獨特的建筑造型是由4.2萬噸鋼結構構件有序編織而成。鋼結構工程是由24榀門式鋼架圍繞著體育場內部混凝土碗狀看臺區旋轉而成，其中22榀是通過桁架對接拉通或基本拉通。鋼結構編織順序是先進行鋼柱角安裝，隨后進行24榀門式鋼架安裝、屋面主結構安裝、次結構安裝、合龍、卸載等過程，整個鋼結構安裝歷時13個月。施工技術決定工程成敗的關鍵，對城建集團施工技術人員來講，是一個巨大的挑戰。

　　北京城建集團對“鳥巢”鋼結構施工技術立項研究：為實現“鳥巢”獨特造型，其肩部1.4萬噸鋼構件采用無固定線形的空間箱型彎扭構件。設計師僅提供控制點坐標，施工單位需要自行開發三維建模及展平放樣軟件。同時，大斷面箱型彎扭構件加工制作技術在國內外尚無先例。工程結構跨度大、體型復雜，整體安裝方案優化選擇難度大，1.4萬噸鋼屋蓋支撐卸載在全世界鋼結構史上也是史無前例的。如何保證造型復雜、體型龐大的“鳥巢”鋼結構的安裝精度和建筑效果，需要研究相應的測控技術。

鋼結構施工中的技術創新

“鳥巢”鋼結構施工多項技術，在國內屬首次遇到，如箱型彎扭構件制作技術研究與應用、鋼結構綜合安裝技術研究與應用、鋼結構合龍施工技術研究與應用、鋼結構支撐卸載技術研究與應用、焊接綜合技術研究與應用、施工測量測控技術研究與應用等六項最難施工技術，國內一無先例，二無規范可循，完全要靠北京城建集團集社會智慧，最大限度地挖掘和調動現場技術人員積極性進行技術研究與創新�！傍B巢”鋼結構彎扭構件比較多，要把10到110毫米厚的鋼板擰成麻花狀，其難度可想而知。技術人員先后研究了彎扭構件的空間幾何特性，開發出滿足設計要求的箱型構件的三維建模及展平放樣軟件、研究彎扭構件的成型原理，最終研究出箱型彎扭構件制作綜合技術。

　　李久林說：這些技術都要細化到每個細節方案，每一個大項就要有數百個小項，千余個細節，包括技術理論研究、技術應用、材質放樣、構件胎架和設備、構件加工制作、質量檢測等等。

　　在綜合安裝技術研究與應用方面，國家體育場主鋼結構總用鋼量4.2萬噸，鋼結構構件體型大、單體重量重，構件翻身、吊裝難度大。例如桁架柱最大外形尺寸達25×20×68.5米，每延米最重達10噸，采取何種技術吊裝完成如此體型龐大、對接口數量多、構件異形、構件翻身和吊裝難度巨大的工程，國內外均無成功經驗可借鑒。

　　北京城建集團技術人員通過工況分析計算，結合工程實踐，總結出一套包括重心確定、吊耳設計、穩固措施及接口偏差調整措施等內容的異型復雜鋼構件綜合安裝技術。

　　在高空安裝方面，經過反復研究，最終確定采用高空散裝方案，而合龍和卸載則是檢驗搭建能否成功的關鍵兩步。李久林介紹道：國家體育場鋼結構工程結構跨度大，傳力體系復雜。有關部門協調并經過國家氣象、規劃等部門的研究論證，確定合攏溫度為19度正負4度。在合龍溫度確定下來后，經過反復擇優比選并通過設計復核，主桁架、立面結構及頂面次結構的合龍線確定為四條合龍線。采取了先進行主桁架的合龍，再進行立面結構的合龍順序。

　　隨后又確定合龍方式和合龍口做法、合龍溫度監測等。為確切掌握整個屋蓋鋼結構的溫度場分布情況，測試點的布設盡量分布于整個屋蓋區域。溫度監測點設了60個，即頂面36個，立面24個。

　　歷經2006年8月25至26日、8月28至29日、8月30至31日三個夜晚，順利完成國家體育場鋼結構工程合龍工作。600延米合龍焊縫自檢探傷和第三方探傷一次合格率100%%，所有合龍口焊縫質量滿足規范和設計要求。

　　接下來就是安裝支撐體系及卸載技術研究與應用。由于“鳥巢”鋼結構屋蓋面積大，支撐點分布廣，最優的卸載方式是78個支撐整體同時同步卸載。

　　卸載中，城建集團技術人員結合78個支撐點，分成外、中、內三圈。最終，卸載工人從最外圈的所有千斤頂上撤下鋼墊片，“鳥巢”鋼結構完全靠自身站立起來了，這一刻令全國人民為之激動。卸載結果完全滿足結構設計要求和相關驗收標準。最終實測卸載最大變形平均值為271毫米，比設計允許值286毫米還要少15毫米。

　　在“鳥巢”鋼結構施工技術創新中，鋼結構施工測量測控技術研究及應用、焊接綜合技術研究與應用成果卓著。北京城建集團在測量控制手段上應用全站儀、數字水準儀以及結合GPS控制測量手段等建立高精度三維工程控制網，應用基于智能化全站儀及相關工業三維測量系統等集成式精密空間放樣測設技術。應用三維激光掃描測量技術對鋼結構構件拼裝、安裝的空間形態進行實時或準實時的精確檢測和完整記錄。

　　國家體育場工程為全焊接鋼結構，總用鋼量4.2萬噸，焊縫總長度30萬米，焊縫折算總長度280萬米。針對國家體育場鋼結構工程焊接特點，北京城建集團課題組人員圍繞厚板焊接技術、低溫焊接技術、焊接殘余應力控制及仰焊技術等方面進行了研究。

　　在厚板焊接技術上，研究人員率先進行低溫焊接技術研究，通過低溫焊接試驗研究低溫焊接工作的可行性，經過工程應用研究總結出一套低溫焊接管理制度。

　　2006年11月30日，國家體育場工程鋼結構全部焊接完成，30萬米長焊縫成形良好，自檢及第三方探傷合格率達到百分之百，符合國家規范及設計文件的有關要求。

　　北京城建集團在“鳥巢”鋼結構施工中的技術研究與應用，填補了我國鋼結構技術多項空白，開創了鋼結構技術之先河，為我國鋼結構施工發展做出巨大貢獻。 黎方益