03.29 託舉起“鋼鐵鳳凰”的人——記北京城建大興國際機場主航站樓工程項目總工程師段先軍

托举起“钢铁凤凰”的人——记北京城建大兴国际机场主航站楼工程项目总工程师段先军

托举起“钢铁凤凰”的人——记北京城建大兴国际机场主航站楼工程项目总工程师段先军

在畫家的眼裡,這是一隻巨型的鳳凰,正在翱翔雲天,一往無前;

在詩人的眼裡,這是一個偉大民族復興的圖騰,她猶如涅槃的鳳凰,在經歷了無數的苦難之後,正在展翅高飛,奮勇而矯健;

在工程師眼裡,這是一個世界級的巨型工程,也是一個前無古人的施工難題。它是全球最大的單體航站樓,也是全世界建築施工技術最複雜的難題集合體——

有誰能創造人間奇蹟,將這隻瑰麗雄偉的鳳凰從藍圖變為現實?

從2015年正式施工至今,短短4年間,“鳳凰高飛”這個最美麗的神話已經在北京城建人手中變成了鮮活的現實。

“鋼鐵鳳凰是怎樣起飛的?”

午報記者近日專訪了北京城建負責大興國際機場主航站樓工程項目的總工程師段先軍——

如今,距離9月30日順利通航的最後期限越來越近了,奮戰在北京大興國際機場的每一位建設者都鉚足了勁,爭取早日讓新國門與大家見面。他們用智慧和汗水再次讓世人見證了“中國智慧”與“中國速度”。

北京城建大興國際機場主航站樓工程項目總工程師段先軍就是其中的一員。在北京大興國際機場的施工現場,大家都知道這樣一句話“有問題找段總”。他是大夥眼中的“問題終結者”。那麼在一個個難題面前,段先軍是用什麼辦法完美解決的?

從2015年開工以來,段先軍已經記不清自己對家人爽了多少次約定,但作為一位建設者,他卻從沒有失信於集團,失信於國家。“這個任務是黨和國家對我們的信任,我們一定要攻堅克難,竭盡全力完成。”段先軍說。4月30日室內裝修基本完成,5月開始消防調試驗收,6月中旬進行質量竣工驗收……每一個時間節點都清晰地印在每一個建設者的心裡,更深深烙在了段先軍的心上。

看到圖紙的第一感覺:特別難

“我們之前幹過很多機場,像T2、T3項目都是我們團隊乾的,在建造機場方面也積累了一些經驗,但是當我看到北京大興國際機場這個項目的圖紙時,我第一印象就是特別難。”提起最開始接觸北京大興國際機場項目時,段先軍坦言。

有著豐富施工經驗的段先軍,一看到圖紙就想到今後在施工中必定要遇到的三個問題。

第一個問題:如何運送材料的問題。“這次的工程項目與以往的機場都不一樣。以往的機場設計的時候雖說很大,但一般都有一個主方向,比如說很長或很寬,這樣不影響運送施工材料。但新機場不一樣,它是又長又寬,我們施工技術人員一看就知道其中很難。”段先軍說。

施工中會用到大量的材料以及設備,目前的塔吊只能覆蓋80米直徑的範圍,而北京大興國際機場的施工長度是500多米。若按照常規方法來施工,往中心點運送材料得經過塔吊三次中轉,才能把材料放到指定位置。段先軍給記者簡單計算了一下,每次調轉大約得花費七八分鐘的時間,那麼一批貨物最終要半個小時才能達到指定位置,這樣會大大降低施工進度。工人只能白白等著材料過來才能幹活,從而浪費了很多時間。

第二個問題是屋頂的鋼結構過於複雜。“常規的樓造型再複雜,但它有很多柱子來支撐,支撐點多,曲線好控制。但是這個樓卻不一樣,一個大屋頂,支撐點特別少。”段先軍說。

機場主航站樓屋面網架的投影面積有18萬平米,相當於25個標準足球場大小,而這個龐大的結構僅以8根C型柱為主要支撐,技術難度可想而知。因為其中有很多要考慮的地方,且計算量也很大,一般是距離越大計算也越不精準。此外,還要考慮到屋頂的排水問題。同時,整個屋頂的起伏也很大,最高落差有27米,“我當時一看,心裡就想:我的天,太難了。”

第三個問題就是通風問題。這麼大一個建築結構,如何保障人們進入這個內環境的整體舒適度。如果是個小房子,那麼兩邊留個通風口,中間用空調一吹,很容易就能達到有效通風。但是這麼大的一個空間,周圍邊上的空調系統如何能很好的作用在中間區域的位置,也需要施工者去考慮。

這些只是段先軍看到設計圖紙時,想到的問題,他心裡明白施工過程中肯定還會遇見更多意想不到的問題。

開工了,最怕接電話

“我是2015年8月26日進廠的。當時這裡還是一片荒草,連測量點都找不到。”段先軍邊說邊笑。今年是施工的第五個年頭,從最開始的一片荒蕪,到如今的鳳凰欲飛,這群建設者是最好的見證。

對一座建築來說,混凝土結構的基礎建設非常重要。“裝修雖說難,但是它風險小。對裝修來說,最不好的情況就是幹得不好把它給拆了,但是結構類的工作就不行,不允許你犯錯,包括打地基,鋼結構,都不允許你有犯錯的機會,所以那時候壓力很大。”段先軍說。

托举起“钢铁凤凰”的人——记北京城建大兴国际机场主航站楼工程项目总工程师段先军

2015年年底到2016年年初是打樁的關鍵時期,也是壓力最大的時候,因此深諳其中利害的段先軍經常是凌晨一兩點鐘還在現場緊盯著。

這裡曾經是古河道,地形複雜,地下全是淤泥,非常容易坍塌。那時段先軍最怕的就是接電話。一個星期天,好久沒見家人的段先軍答應帶孩子去逛動物園,結果剛進動物園,電話就來了。段先軍掛了電話,跟妻子和孩子說了一句:“你們自己看吧。”就匆匆趕往施工現場了……

常規建築的基礎都是打地基,打樁,但是北京大興國際機場項目註定不能走“尋常路”。“混凝土的限膨脹係數是1.2×10-5,一百米就有零點幾毫米,500米乘下來就有好幾公分的伸縮。膨脹太大的話,就會導致拉裂,所以常規的方法根本無法解決這些問題。”此外,這些基礎結構將來是要支撐柱子的,原本就是屋頂大,柱子少,所以每一根柱子都要承受很大的壓力,如果還要承受由於熱脹冷縮帶來的拉力的話,那麼這個柱子就需要做很強,做很大,才能抵抗約束。然而當約束越強,那麼當遇到地震時,地震的作用就越大,最終地震的損壞性就越大。為了解決這個問題,段先軍多方查找國內外的相關資料,尋求最新的工藝。

“功夫不負有心人”。段先軍瞭解到,目前日本有一些這方面的經驗可以借鑑,採取放任的方式。“一個位置的約束很大,力很大,那麼在這個點加一個橡膠支柱,從而弱化各方面的力,達到一個動態平衡。但是加一個橡膠支柱之後,對屋頂上部的建築結構又帶來了一些新的施工難題。我們當時就是解決了地震因素、解決了溫度伸縮,之後依然有很多問題。這個工程對我們來說可真不是過五關斬六將,那麼簡單。”

在北京大興國際機場項目中,他們國內首創層間隔震技術,從使用的隔震彈性滑板支座來看,無論是體量還是單個支座的噸位都創下國內之最,建成之後將成為全球最大的單體隔震建築,抗震設防烈度能達8度。

打完樁,幹完地基壓力小點;結構幹完,壓力又小點……隨著每一天的順利施工,段先軍肩頭的壓力也在慢慢減少。這成了他最好的減壓方式。

人工與智能的完美結合

19萬餘米焊縫長度,12300多個連接點,僅僅80天時間,主航站樓鋼結構便成功封頂,焊縫探傷一次合格率高達100%,而且安裝的誤差精度更是控制在1毫米之內,創造了吊裝世界最大面積機場航站樓鋼結構屋面的奇蹟。那麼到底是如何做到的?段先軍道出了其中的秘密:這得益於人工與智能的完美結合。

作為總工程師,段先軍明白,面對工期緊,技術難題多的現狀,按照常規出牌很難達到目的,所以結合工程特點,引進了很多先進技術,焊接機器人就是其中之一。“傳統都是用人工,焊工得時刻盯著焊口,加上需要焊的管子比較厚,一個結口焊下來需要一兩個小時,每名工人一天工作八小時也焊不了幾個結口,讓焊接機器人去焊的話,就方便很多。”段先軍介紹,目前焊接技術已是相當成熟的技術了,很多規則的接口完全可以使用焊接機器人去操作。

托举起“钢铁凤凰”的人——记北京城建大兴国际机场主航站楼工程项目总工程师段先军

在施工過程中,一個工人可以負責兩臺焊接機器人工作。這樣,原來的工人就成了管理者,而原先一個人一天可以焊三五個,現在一天可以焊出十幾個,工作效率也提高了不少。同時使用焊接機器人還有一個好處就是能夠保證工作質量統一。如果是人工焊的話,一方面受焊工手藝的影響,另一方面也會受自身狀況的影響。比如,工人在疲勞狀態下也會影響焊接質量。而焊接機器人就完全不一樣了,它們都是自動化的程序,焊接質量很穩定。

除了引進先進的技術設施,讓段先軍引以為豪的是,他與國內兩家知名企業合作開發的國內最先進的工程項目信息化管理平臺。就拿屋頂的鋼結構來說吧,屋頂的鋼結構縱橫交錯,很複雜,同時屋面排水問題也是一個很不好解決的問題。屋面有排水溝,需要先把雨水匯到一個蓄水池裡,之後再排出來,但這個池需要很大,那麼建立蓄水池就很棘手。第一它要受屋頂網架結構的影響,其次就是這個池建在哪裡,選點也很難。“直接在現場用肉眼選在哪裡建,是找不出來的。而我們用三維模型就好辦了。”說起技術問題,段先軍總是滔滔不絕。

前期他們安排了很多工程師去收集數據,建立模型,之後檢驗這個池應該建在哪兒,再根據這個池去找節點去分攤壓力,施工過程一下子方便了很多。

有了先進的智能化施工系統,不光解決了施工過程中的具體問題,還解決了施工中的協同問題。像北京大興國際機場這麼一個大工程,下面涉及到水專業、建築專業、排水專業等十幾個專業,需要很多專業一起協作,才能確保工程施工順利。

同時,有了信息化管理平臺,讓施工進度跟模型的結合也更商務化。施工中幹到哪部分常常需要一個錢的數值去衡量產值,而要靠人去計算的話很麻煩,但是段先軍前期就把工程造價跟這個工程結合了起來,利用模型很快就能估算已施工工程的造價了。工程量是恆定,但是每個月的進度不一樣,那麼每個月的造價就是一個動態的,隨著工程不斷變化的。

此外,還有一個使用信息化管理平臺的好處就是讓整個工程變得可視化,每一個點都有痕跡可循。“幹活過程中的質量如何,這個活兒是誰幹的,以後有問題也可以及時追溯到責任人。包括安全質量,我們現在也在做大數據,這些安全問題,違章的都有哪些,在以後的工作中能更好的關注這些點。以前可能幹完一個工程過去就過去了,現在我們可以通過這個管理平臺進行反思,幹活過程中哪些方面還是需要我去提高的,或者說需要下一步注意。有了這個平臺,能更好的記錄與反思。同事們都說幹了一個工程,再反思一遍等於幹了兩個工程。”段先軍得意地說。

在段先軍的主持下,項目引進了數控自動化鋼筋加工機械、焊接機器人,衛星定位的RTK、放樣機器人、三維掃描儀等先進設備,開發了項目協同辦公OA系統、工程資料管理PKPM系統、BIM5D管理系統、塔吊監控及防觸碰系統、可視化安防監控系統、勞務實名制一卡通系統,打造了一個現代的智慧化工地。

挑戰一個又一個國際難題

“雖然第一眼看到這個工程時,已經知道之後面臨的困難不小,但還是想有些突破,不管是在行業方面的突破還是在自身方面的突破,都是一種收穫。”段先軍說。

工程大,超大平面混凝土結構施工讓水平運輸成了一個不小的難題。不解決這個問題,施工材料就不能及時輸送至施工點,從而影響施工進度。直到現在,回想起當時的情況,段先軍仍然面露愁容。“當時第一種方法就是吊車接力,將材料一點一點運到核心區,但是這樣下來就會很慢。那麼我們就想如何能高效運料,比如直接用汽車拉過去,但是汽車走哪呢?汽車要走路,要麼就設在地面上,要麼就把它架起來。如果是地面的話,這些地方的地面結構不能做,影響工程進度;所以只能架起來,那麼架哪兒呢?怎麼架呢?這個橋也不能太貴,因為以後還要拆……這個是我們需要思考的。”

托举起“钢铁凤凰”的人——记北京城建大兴国际机场主航站楼工程项目总工程师段先军

最終,在北京大興國際機場工程施工中,段先軍以技術研發數據為支撐,創造性地在工程超寬結構南北兩側設置總長度1100m的兩座鋼棧橋,把整個區域分為三部分,運用研發的大噸位“小火車”運輸材料,每個橋兩邊是塔吊,一次塔吊就能直接將貨料運到核心區,解決了超大平面混凝土結構施工水平運輸難題,提高工效3~4倍,為按時完成施工任務提供了一份保障。

做到屋頂的鋼結構的時候,下面的樓層也是高高低低,屋頂也是高高低低,按照常規的方式是需要搭建很多支撐架子,然而這些架子比較大,搭這個架子需要一兩個月,拆又要一兩個月,在加上施工的三多個月,工期會拖很長,時間上受不了,成本也受不了。

為了解決這一問題,經過多次研討,最終想出:把屋頂分成很多塊,在對應的樓板上提前拼好,之後把它提上去。人藉助樓層拼接,讓施工成了低空作業,省時省力,但同時新的問題出來了:提上去之後各個單元之間的接縫,接不上怎麼辦?這些接縫的地方受很多因素的影響,比如溫度的因素,施工精度的影響,如何解決施工偏差的問題。還有就是屋頂原本是一個整體,人為把它分成多個部分,它的受力的問題。還有一個問題是這些鋼結構是在地面上拼裝的,在這個過程中,你要保證它的彎曲弧度與在屋頂吊著的時候是一樣的,這也增加了施工難度。因此,施工中的難度很大,要確保剛好吊到屋頂時正當恰好,這非常考驗一位工程師的技術。

解決一個問題,又產生了很多新問題。段先軍就在這些問題中穿梭,他猶如一根針,試圖成功穿越這些問題。如果說段先軍打造的信息化管理平臺是一個可視化的大腦,那麼段先軍的大腦則是一個功能更加強大的大腦。“作為一名工程師要有數學概念,通過建立模型來確定每一個位置、每一個角度,確保兩個單位完美對接。”

在段先軍看來,一個技術工程師要注意到各種細小的問題,確保每一步施工都安全可靠。屋頂的鋼結構什麼時間施工,在很多普通人的眼中根本不算個問題。但是事實上這是一個很講究的問題。“這麼大的鋼結構,早上施工與下午施工會因為熱脹冷縮的原因相差十幾公分,因此需要選一個合適的時間點來施工。”他們當時確定的是晚上十點多鐘,把這些拼縫最終一起合攏。為什麼選擇在晚上10點呢?段先軍有條不紊地道出了其中的秘密:溫度。當時施工的時間是6月份,白天的溫度都接近30多度,晚上的氣溫20多一點,最接近施工完成後正常運營時的溫度。而施工時候的溫度形態跟以後正常運營的溫度形態儘量吻合,那麼變化就越小,對結構來說,更安全。

“一般來說做底基打樁的時候我就需要考慮上部結構怎麼去建,鋼結構之後我就要考慮下面這些裝飾如何去做,為屋面板,吊頂做準備,結構差不多的時候,我就需要考慮精裝修的問題,如何鋪石材,如何掛牆板啊?如何機電配合……”作為一名工程師,凡事段先軍都會提前想好策略,更好的確保順暢施工。

採訪結束時,段先軍還不忘跟記者開玩笑說:“我之前的頭髮可不是這麼少。”一句看似簡單的玩笑話,其中卻包含著很多的內容。如今,離工程竣工的日子越來越近了,段先軍與眾多的建設者依然在崗位上奮鬥著。北京大興國際機場古銅色的屋頂在陽光下猶如鳳凰的羽毛,5條由中心放射出的指廊,猶如翅膀。這隻由鋼鐵鑄成的金鳳凰,正蟄伏在這裡,等待著9月展翅翱翔……

□本報記者 楊琳琳/文 彭程/攝


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