国企创新技术攻关 三大建筑初露“芳容”

城市副中心三大建筑正在如火如荼的施工                               ■记者 张军/摄

        编者按：随着城市副中心三大建筑主体结构的基本完成，“粮仓”构造的剧院、形如“赤印”的图书馆、“帆船”模样的博物馆成为市民热议的谈资，除了三大建筑的规划和建筑体量引人关注外，各工程的科技创新也成了亮点，其中不乏凝结了许多国企智慧。日前，本报记者走进三大建筑主体施工现场，带大家“揭露”建筑施工背后的施工工艺与技术创新。

北投集团BIM智慧管理平台赋能项目建设

记者：崔紫阳

        从去年开始，由北投集团创新打造的BIM智慧管理平台正式投用。平台利用信息化技术，搭建起集设计、施工、运维于一体的全生命周期智慧管理系统，成为城市副中心三大建筑工程的 “参谋员”和“总管家”。

        BIM可提前发现碰撞潜在问题

        距离副中心三大建筑工地不远处，北投集团项目部大厅内正在进行三大建筑及共享配套设施BIM工作会。屏幕上“零延迟”地展示着工程进展，包括施工过程、进度管理、安全管理、人员管理、绿色施工等内容，实现对工程进展的全方位信息化管理。据悉，今年开始，每逢周三，工作会都会在北投集团项目部进行，参建各方使用BIM平台用来指导建设工作及工程问题。

        “通过BIM模型验证，我们发现墙体预留洞孔遗漏，梁截面标高有误，结构与建筑面层碰撞，以其余土建图纸问题共计73处。另外，通过模型，我们优化了现场人员工作方式，避免返工，共解决了50个严重影响现场施工的问题。”这是参建方通过最近一周土建专业图纸会审与碰撞检测后报告的数据。和二维图纸不同，BIM平台搭载的碰撞检测功能，能提前发现图纸管线碰撞冲突问题，及时反馈给设计院与施工单位，共同进行施工方案优化及调整，最终选择最优的管线排布方案调整模型。

        北投集团三大建筑项目BIM平台总负责人告诉记者，在以往的工程当中，尤其是大型工程，由于体量庞大、周期长、施工单位众多，工程从设计到施工往往会出现大量变更，通过BIM模型就能及时规避。BIM技术应用的核心是在工程建造前，预先在计算机中模拟建立数字化信息模型，仿真实体工程，寻找实施方案最优解，达到为工程提质增效的目标。

        BIM+二维码为难点施工提供保障

        打开北投集团三大建筑项目BIM管理平台，内嵌了BIM集成、进度管理、质量管理、安全管理、智能监控等多个模块。北投集团联合各参建单位按照统一的导则指导建模，工程信息汇总到统一的BIM平台上。施工期间通过平台能及早发现图纸问题, 将发现的问题在施工前全部解决，有效避免返工、合理提高工作效率。

        “现在，我们的BIM平台和施工进度同步进行，甚至部分工程段BIM平台更优先，已经进入管线排布阶段，在指导施工方面更加有力。”相关负责人介绍。这样不仅降低由人工误差所造成的损耗，精确统计工程量，合理规划施工进度，还进一步避免了返工，有效控制了成本。

        对于未开工工程，也可利用BIM平台进行施工进度模拟。记者了解到，通过BIM模型与现场施工进度进行有效关联，在先查查现场实际施工前进行4D施工方案模拟，将施工进程直观地展现出来，实现了施工过程的可视化。不仅如此，在施工方案预演中还能及时发现问题，使施工能按计划实施，实现施工进度、资源及场地信息化、集成化和可视化管理，再次论证场布方案及施工进度计划可行性，大大缩短施工工期。

        大到工程管理，小到一个钢构件加工，北投集团BIM平台身影无所不在。“谁能想到BIM还能指导构件加工！”参建方工作人员至今都在感叹。这次BIM让他开了眼界，从设计图纸到现场深化到厂家构建加工制作都离不开BIM平台的指导。

        通过BIM平台，工作人员在钢结构模型中加入构建制造信息、物流信息、资料信息和构件装置信息，再与工期、成本挂钩导出零件表。在平台的指导下进行排版下料，指导车间拼装焊接。不仅提高了一次安装成功率，同时也为项目节约资源、提高建造品质提供了有力保障。

        三大建筑建设至今，有时一个项目实施班组可多达十余个。BIM+二维码交底为一些重难点节点的施工提供了保障。这就利用了BIM的可视化特点，对项目的施工方案进行模拟，对施工人员进行3D动画交底，可以使情况更直观，使管理人员和班组人员能够容易理解施工重点、施工措施和注意事项。

        目前，北投集团三大建筑BIM平台手机端正在逐步完善，待完成后，项目人员通过手机端也可以随时随地查看施工区域作业情况等，实现远程巡检，实时进行语音、文字、视频交互沟通，及时解决问题。

【副中心剧院】 12毫米钢板实现最小微振动

记者：谢峰

        止水帷幕工艺动画、4300余块造型各异的幕墙铝板、超薄钢板墙工序……由北京建工集团施工的北京城市副中心剧院工程虽然刚刚实现了混凝土结构全面封顶，但是整座建筑的技术范儿却早已呈现出来。

        城市副中心剧院坐落于大运河南岸，地上由音乐厅、歌剧院、戏剧院3座建筑单体组成，作为建筑外观造型采用中国传统的单脊双坡屋顶，好似运河古道旁的粮仓，项目也被称为“文化粮仓”。

        固化土解决台坑回填难题

        “这个工程从基础开始便面临了诸多问题，而主体结构部分的诸多工艺，以及未来钢结构部分的施工难题都将成为我们要逐一攻克的挑战。” 项目经理吴良良说。

        剧院工程因演出需要有用于储存专业设备安装舞台机械的台坑台仓。“台坑台仓虽然方方正正，但是位于项目基坑中心地带，项目的台坑台仓距离基坑边缘最远达到了70多米。”项目总工程师付雅娣说。

        由于台仓四周的狭窄肥槽需要完成回填工序才能实现与台仓墙体与基坑底板混凝土的“缝合”接驳，因此回填成为施工关键工序。台仓周围的回填如果采用传统的回填料，受限于运输距离长、基底标高众多的情况，采用人力搬运，施工周期长、搬运与回填难度大。如采用混凝土回填浇筑，成本又过于高。

        为此项目部技术人员针对现场情况进行分析，并与设计院协商，最终确定了使用固化土这种较为少见的新材料。固化土呈现混凝土的半流体状，又具备土壤的特性，同时固化土倒入基坑内会自动凝固产生强度，不用再进行夯实作业，相比回填土具备便捷的操作性，同时又比混凝土的成本更低，还可以利用项目现场的溜槽和泵送设备进行施工。

        超薄钢板墙实现最小微振动

        剧院工程围合的演出大厅四周需要整体性更好的微振动控制来保证声音在剧场内的传播效果，该项目技术设计团队采用了钢板组合剪力墙结构，也就是在墙体内植入钢板，再绑扎钢筋、浇筑混凝土形成更为稳固的结构形式。

        项目使用的钢板的厚度仅为常规的一半，厚度最薄仅为12毫米，对于六七米高的钢板墙而言，这个厚度的钢板更像是一张随时被撕裂的纸张。

        为此项目部在钢板墙两侧增加钢骨柱卡住钢板保证作业稳定。同时在钢板墙的安装方式上也进行了创新，“这种方式施工速度快，缩短探伤时间，对总体工期的推进非常有利的。” 付雅娣说。

        测量机器人多次校核确保视听效果

        整个剧院还使用了测量机器人对台座进行定位测设，由于剧院对声学要求的严苛，甚至是每一个座位的高低和水平位置的差异都会对观看演出有影响，而整个剧院工程的作为分为三层错台，对空间位置的确定就至关重要。

        为此项目部通过使用测量机器人进行测设放线并在模板施工中还要进行三次校准。“一般的工程只需要校准一次测设就行，我们一共校准校核四次，等座椅安装时还需要再进行结构复测，来确保未来每一名在剧院欣赏节目的客人都能享受到最佳的视听体验。”吴良良说。

        BIM+智能建造呈现高难度工艺

        对付雅娣而言，混凝土主体结构完成只是项目创新技术的开始。整个项目的钢结构工程中大跨度单脊双曲面箱型网格梁屋盖成为下一步工作的核心挑战。

        付雅娣的主要压力来源于屋盖的下凹弧度造型控制。正拱造型结构是我国的传统结构形式已经有了充分的理论研究与技术经验基础。大剧院这种下凹的反拱造型并不常见，这样的钢结构工程进行施工分析计算的计算量是巨大的，而仅仅这方面计算材料的厚度甚至比屋面的整体施工方案还要厚出一倍以上。

        另外，屋盖外的幕墙铝板共有4300余块，为呈现“文化粮仓”的独特外观，这些铝板的尺寸、造型没有任何两块是完全相同的。如果按照传统技术很难实现，但通过BIM+智能建造技术，项目团队能够通过参数化设计与方案推演反复“彩排”建造全过程，从而确保高质量完工。

        “下一步我们将聚焦钢结构与幕墙安装施工，除了测量机器人，还将通过北斗系统对钢结构安装进行高精度监测，确保钢结构施工万无一失、完美呈现。”吴良良说。

【首都博物馆东馆】 对TRD止水帷幕工法进行突破

记者：谢峰

        随着船帆型屋面钢结构被缓缓提升到指定高度，刚刚定名的“大运河博物馆”与最终的效果图又增添了几分相似。

        对北京城建集团项目经理贾成亮而言，距离竣工的日子又近了一步。“目前施工的主楼部分将于6月30日实现钢结构屋面完成。到8月，作为项目船身的序厅也将完成钢结构屋面施工，届时整个博物馆将全面亮相在城市副中心。”贾成亮说。

        从2019年至今，一年半的时间，磨砺技术让贾成亮和团队又一次有了质的飞跃，而从整个建筑中，诸多包含了城建智慧的施工工艺也将伴随这座博物馆一同扬帆起航。

        TRD弧形切割一次性通过转角

        一座建筑外观的绚丽夺目是依靠建筑的“根深蒂固”来实现的。

        整个城市副中心三大建筑区域因为地下水丰富，在北京首次全部使用了TRD止水帷幕工法，总长3公里的止水帷幕如同深埋地下的围墙将整个三大建筑牢牢包裹在其中，而对城建集团施工的大运河博物馆而言，整个3公里中最深的区域全在这里。

        “最深处达55米，止水帷幕墙体厚度达到80公分，如何让这种工艺万无一失，我们在继承传统的基础上，加入了一些城建智慧。”贾成亮说。

        所谓TRD工法，就是通过向地下插入可接续的链式刀盘直达所需深度，通过刀盘的旋转切割将土层打散、打匀，随后通过刀盘头部的注浆孔向地下注入水泥浆，再进行搅拌，形成一个稳定的混合水泥浆液的土墙来包围施工区域。

        “这种工法虽然好，但是面对工期和质量的双重要求，我们进行了发挥。”贾成亮说。

        由于TRD工法主要适用于直线掘进，遇到转弯必须提出刀具拆卸后再运输过转弯区域后插入地下，一套流程走下来，至少要8天时间。针对紧张的工期，项目技术人员对转弯角度在10°以内的拐弯进行掘进分析，通过遥控设备，提前按照每1°微转弯一点的参数调整，让刀具在地下慢慢切出一道弧线，省去了提出再插入的工序，同样的转弯区只需要1天便可通过。

        针对地下55米土层搅拌均匀度不好控制的问题，项目自主研发了取浆器，这种设备如同一个打气筒，通过加压插入地下指定位置抽取浆液后进入封闭储存仓，不会与其他深度浆液混合，再取出进行检测可保万无一失。

        开孔放气提速保质

        整个博物馆工程使用了242个隔震支座，其中约40%的支座直径达到1.5米。“这个尺寸甚至达到了大兴国际机场的隔震支座尺寸。”贾成亮说。

        由于隔震支座要与混凝土结构相连，传统的做法需要在浇筑结构时安装预埋板，随后再撤出预埋板进行顶部的高强混凝土层浇筑，这种顺序是为了保证支座预埋板下混凝土密室，将隔震支座更加牢固的镶嵌在主体结构上。

        为了尽快完成隔震支座施工，在总结大兴机场施工经验的基础上，项目技术人员同设计单位协调计算，将在预埋板上合理增加开孔数量，这样混凝土振捣产生的气泡通过预埋板可以钻出来，预埋板不需要二次取出，节省了施工时间。

        传统与现代技术融合施工

        整个工程结构异型，无论是主楼还是序厅，弧形、转角、挑高等造型较多，对模板支护的精确度要求极高，其中6根“Y”型立柱每根立柱的开角都不一样，每个立柱的不同部位钢模板都需要通过BIM技术进行建模，从而指导工厂加工定制并进行编号管理，以确保“Y”型柱结构成型准确。

        使用先进技术的同时，传统工艺也在这里实现了逆袭。整个项目的主体结构底板标高众多，“很多时候都是大坑套小坑，坑与坑之间还会相交，转角和拐弯等复杂节点处钢筋翻样成为难题。”贾成亮说。

        这种异型结构钢筋翻样无法按照通过计算机利用软件自动翻样，20多名资深钢筋翻样工先后被困难击退。为此项目部借助城建集团内部资源，将集团内部顶尖的钢筋翻样工全部招致麾下，逐根钢筋的计算数量和绘制弯折点，如今传统的工艺渐渐被高科技所取代，但是传统工艺并不是落后，在这个项目上有时传统手艺比计算机更好用。

        “下一步我们的钢结构最大难度在于焊接和栓接中的定位和牢固度把控，我们将通过努力让这座建筑按时完成，用我们的城建智慧打造副中心的标志性建筑。”贾成亮说。

记者：崔紫阳

        作为城市副中心三大建筑之一，图书馆工地建设正酣。从高空俯瞰，由144片“银杏叶”组成的钢结构屋盖正逐渐成型。

        “钢结构屋盖分为四个区域，目前一、二、三区的提升工作已经完成，第四区正在进行地面拼装，预计5月底完成全部提升工作。”图书馆项目施工方、中铁建工项目部总经理李勇介绍。

        坐落于大运河南畔的城市副中心图书馆项目建筑面积约7.5万平方米，建筑高度22.3米，设计理念源于中国传统文化符号“赤印”，建成后设有古籍文献馆、非物质文化遗产馆、开架阅览区、智慧书库、报告厅等功能分区，日接待量约为5000至8000人次。

        和以往的图书馆项目不同，副中心图书馆造型别致，又名“森林书苑”。整个项目将安装144根钢柱，每根钢柱未来都将被装饰成“树干”，屋顶由144片形如银杏叶片的钢结构拼接而成，犹如伞盖，为市民营造出置身森林之感。

        多点位同步提升屋盖钢结构

        优美的设计背后也给施工带来了很大的难题。尤其是钢结构屋顶的吊装对结构的精度要求特别高，这也使得屋盖钢结构的整体提升也就成为图书馆建设中最重要、最复杂，也是最难的施工节点之一。

        整个屋盖采用整体提升的技术。通俗来说，就是在地面平台上将屋盖钢结构拼装好，然后通过液压系统将屋盖整体抬起，最终与图书馆柱顶对接。由于跨度大，吨位重，屋盖被分为4个区域分区提升。其中三部分区域分别为27个叶片，面积在4000平方米左右。最大的区域为34个叶片，面积超过7000平方米，重量接近4000吨。

        “一般的钢结构提升是空间网架结构，这次的屋盖是平面网格梁结构，应力、应变的检测是施工中的难点。”为了方便理解，李勇举了一个通俗的例子，“空间结构比较稳定，受力相对均匀，平面的话就难免会发生局部变形。就像拿绳吊起一张纸，稍微一使劲纸就变形了。”

        他们采用了多点位同步提升的方式，并安装了多处应变片进行全方位全过程检测。计算机会根据数据反馈传递控制指令，实现同步动作、负载均衡、姿态矫正、应力控制、过程显示和故障报警等多种功能。

        以首段钢结构提升工程为例，当时共设立了27个提升点，每个点位的提升量在100吨左右。一声令下，27台液压提升器同步作业，经过3次分步提升后，屋盖被提升至柱顶22.05米位置，整个过程了四天左右。“施工前我们进行了细致的建模、分析，施工中我们通过实时多点位检测，保证了提升工作顺利进行。”李勇介绍。

        不仅如此，今年春季以来，多发的大风天气也给提升工程带来了影响，如果风力太大，屋盖就会发生摇摆，如同钟摆一样，就带来整体失衡。所以，施工时还要对风力进行预测，避免大风天气施工。

        再过几天，最后一块屋盖提升工程将拉开帷幕，这也是工程中面积最大、重点最重的一块。“我们将增多提升点位和监测点位，液压提升系统也将增加，力争提升完工。”李勇充满信心。

        6月276块超高玻璃幕墙玻璃安装

        下个月，工程将迎来第二个难点，超高玻璃幕墙安装工作将拉开帷幕。为了使图书馆整体效果更通透、明亮，实现室内山体景观与室外绿化景观融合延伸的设计效果，打造造型新颖、个性鲜明的地标性建筑，城市副中心图书馆项目将采用高度方向无分格的超高玻璃幕墙，为广大读者营造更加舒适、独特的阅览体验。

        为达到效果，外立面由276块超高玻璃幕墙玻璃围绕而成，其中最高玻璃幕墙高达15.05米，最大板块重达10.77吨，如此大体量的玻璃幕墙生产难度大、安装精度高、密封工艺复杂，无论从外形还是受力体系都属国内首例。

        值得一提的是，幕墙板块是互为支撑体系，面板互相支撑，并且板块间锯齿形设计，板块夹角呈不规则变化，共同承受水平荷载，其无龙骨设计，亦是工程技术方案的一大亮点。

        “虽然技术难点很多，我们也做好了充足的准备。“李勇无数次的畅想起完工之后的场景：“以后大家在这里看书，临山间，于树下，实在是太美好了。”