用技術挺起中國建造的“脊梁”

2018-10-08 09:45:15|來源:經濟參考報|編輯:鄭思雯 |責編:陳晨

  不算太高的個頭,配上一副厚厚的眼鏡,顯出幾分書生氣,擔任中建三局副總經理、總工程師的張琨,並不為人所熟知。但提起中央電視臺新臺址、北京第一高樓 “中國尊”、中國結構第一高樓天津117大廈,或許大家並不陌生。而這些享譽國內的摩天大廈,凝聚著他的拳拳匠心。從業36載,張琨4摘國家科技進步獎,85次獲國家發明專利,從一名基層技術員成長為敢與國際頂尖對手抗衡的科技專家,挺起中國建造的“脊梁”。

  填補國內空白

  1982年,20歲的張琨從重慶建築工程學院畢業,入職中建集團旗下的中建三局,成為了一名技術員。在很多人看來,這是一項清苦、枯燥、責任多於回報的工作,但他卻樂此不疲,

  這位酷愛鑽研的年輕人,一邊參與各類新型建築實踐,一邊不斷用新知識裝備自己。早在1996年,很多施工單位還在手工繪圖時,張琨就開始自學三維動畫技術,在中建三局第一個學會在複雜工程結構設計中使用三維動畫計算軟體,並在三局、中建集團乃至整個施工企業推廣。

  2000年,深圳文化中心鋼結構工程處於招標籌備階段,日本著名設計大師巧妙賦予其“黃金樹”的造型——67個鑄鋼節點沒有一個相同,最複雜的節點伸出的接頭多達10個。

  當時樹枝鋼結構非常新穎,鑄鋼節點更是一個尖端課題,對尚處於起步發展階段的中國建築,被認為與這單“瓷器活”無緣。當時投標時一家日本公司認為絕不會有其他公司能與其抗衡,便給業主報了一個天價,還流露出非他們莫屬的意思。

  面對這個集設計計算、鑄造工藝、安裝工藝于一體的綜合課題,而且其中很多方面的技術對企業來說幾乎是空白。時任中建三局鋼結構公司總工程師的張琨迎難而上,一方面積極向專家請教,研究分析施工難度;另一方面,花費10多天繪製出每個鑄鋼節點的三維模型,走訪國內最知名的幾個鑄造廠家,但結果令人失望,廠家當時的工藝根本不能滿足這種複雜構件的加工要求。

  於是,他再一次認真學習鑄造行業基本知識,多方搜尋資訊,一遍遍設計,一遍遍修改,一次次試驗,終於摸索出一整套關於多支點管結構鑄鋼節點的設計、驗算、鑄造以及樹枝結構安裝、測控、焊接技術……僅用一年,就把圖紙上錯綜複雜的“樹枝狀”線條變成了“鐵”的事實,使中國企業以低於外方十分之一的報價,成功拿下“黃金樹”。更重要的是填補了國內技術空白,從此中國鋼結構施工水準跨入國際先進水準行列。

  這次的潛心研究,還揭開了電腦模擬施工廣泛應用於建築施工行業的篇章。後來競標上海環球金融中心,在30分鐘的施工方案陳述片中,張琨採用一流的模擬實景技術展示,將極其複雜的技術展現得淋漓盡致、深入淺出。“世界上最好的建築公司做的方案也不過如此。”業主看後感嘆道。

  挑戰全球“最強悍工程”

  兩棟高234米的塔樓,雙向傾斜6度,在160米高空由鋼結構大懸臂連為一體,形成巨大而不規則的“門”字型“立體城市”。懸臂14層、寬39.1米、高56米,用鋼量1.4萬噸,相當於將國內第一棟鋼鐵大廈深圳發展中心懸空建造。這便是坐落于北京CBD的中央電視臺新址,曾被英國《泰晤士報》評選為全球十大“最強悍工程”之一,2013年被世界高層建築學會授予全球最佳高層建築獎。

  傾斜與大懸臂的造型特點,使其從設計之初就受到建築界和公眾的高度關注,能否順利合龍一時成為懸念。“傾斜塔樓與懸臂自重產生的荷載會使兩棟塔樓在施工過程中不斷變形。” 2004年,兼任中央電視臺新址項目總工程師的張琨,經反覆審閱設計圖,謹慎地提出自己的觀點,如簡單按設計位形製作與安裝構件,樓身傾斜便會超過設定角度,懸臂結構無法合龍。

  在無先例可循的情況下,他會同項目技術人員和有關專家反覆論證,精心計算構件的精確偏移量,大膽提出“兩塔懸臂分離、逐步階梯延伸、空中階段合龍”的安裝方式,即採用預先把塔樓傾斜設計角度向反方向扳一定角度的“反變形”方法進行施工,以確保結構最後施工完成後,通過自身變形落回設計位置。

  歷時4載,2008年12月26日,隨著最後一根合龍桿件擰上螺栓,中央電視臺新臺址主樓懸臂鋼結構在合龍點上精確安裝就位。在新聞發佈會上,張琨自豪地宣佈:我們嚴格按照國際一流的標準,完成了不可能完成的任務,達到國際鋼結構的最高水準。

  自主研發殺手锏“造樓機”

  從20世紀80年代起,我國超高層建築施工技術從傳統的搭設腳手架到滑模,再到爬模、提模,施工機械化、標準化、高效化程度不斷提高。

  進入新世紀,300米、400米、500米、600米……超高層建築越來越高、結構越來越複雜,不僅要承受較大的垂直荷載,還要承受較大的水準荷載,傳統模架難以滿足施工要求。如何在保證品質與安全的情況下提高施工速度,成為業界亟待破解的難題。

  歷經數個項目實踐,張琨于2005年大膽提出了“造樓機”的設想:將施工豎向結構的模板和挂架懸挂在鋼平臺以下,採用大行程、高能力、支承在剪力椐w留洞處的液壓千斤頂頂升鋼平臺,帶動模板與挂架整體同步上升一個高度,完成上一樓層的混凝土結構施工。

  這一想法成功運用於廣州西塔核心筒施工中,速度最快達到兩天一個結構層,總工期縮短280天,創造了令人矚目的“世界速度”。

  儘管第一代頂模具有諸多優點,但在工程實踐中還存在一些問題。2009年,張琨帶頭成立模組化低位頂模課題小組,認真研究低位頂模模組化設計方法,將整個模架拆分為由多個標準組件組成的裝配式結構,從而實現模架在不同項目間的週轉使用,最終研發出第二代頂模——模組化低位頂模,並在福州世茂國際中心成功應用,大幅降低模架成本,提高了模架的工業化程度與功效。

  伴隨建築高度與建造難度的不斷提升,低位頂模技術已難以滿足施工要求。張琨又打破傳統設計思路,首創了全新頂撐組合模式:利用核心筒外側棸撉磾2-3釐米素混凝土微凸構造承力,單個支點承載力達400噸,除了使承載力、整體性、抗側剛度、內部垂直運輸設備安裝空間得到顯著提升外,更重要的是在高效性、適應性、安全性和智慧化上實現了飛躍。

  2012年,在華中第一高樓、高438米武漢中心項目,第三代頂模——微凸支點頂模技術首次應用,頂升力達4000多噸,工人們高空施工如履平地,4天施工一個結構層,展現了中國超高層建築施工技術在全世界的領先地位。

  創新的道路永無止境。張琨帶領團隊不斷開展技術攻關,研製出升級版“超高層建築智慧化施工裝備整合平臺”,在全球首次將超高層建築施工的大型塔機直接整合于平臺上,實現了塔機、模架一體化安裝與爬升,並將核心筒立體施工同步作業面從3層半增至4層半。

  同時,他借鑒旋轉餐廳思路,全球首創“多吊機廻轉平臺”,“超高層建築智慧化施工裝備整合平臺”實現塔機吊裝範圍對超高層建築的360度全覆蓋,並可根據吊裝需求選擇大小級配的塔機進行合理配置,充分利用每台塔機的工作性能,可節省30%-40%的費用。

  這一系列創新研發關鍵技術的攻克,成為中建集團在超高層建築市場中制勝的“殺手锏”。

  貢獻“中國智慧”

  2015年,中建集團中標“中巴經濟走廊”最大交通基建項目——巴基斯坦PKM項目(蘇庫爾-木爾坦段),全長392公里,全線按照雙向6車道、時速120公里標準設計,合同額28.9億美元,是中建集團海外史上最大的項目,工期36個月。

  張琨帶領項目技術團隊聘請巴基斯坦高速公路專家作為我方顧問,多次與業主溝通解釋中國規範的合理性,說服業主接受中國設計測量、施工材料、品質管控、智慧交通等標準,並積極開展技術創新引領施工生產。採用的無人機航拍攝影並向量化成圖技術首次在巴基斯坦高速公路項目中應用,提高了工作效率和測量精度,減小了施工誤差;採用整合管理、高性能混凝土配合比設計、高溫環境下柔性路面結構一體化設計、高填方低液限粉土路堤工後沉降分析及施工控制、低液限粉土路基施工技術和長期性能保障技術、高填方路基衝擊碾增強補壓措施等多項創新科技成果,成為“一帶一路”高速公路項目的建設典範。

  今年5月26日,項目33公里路段提前15個月通車,業主稱讚項目是巴基斯坦迄今規範最高、標準最嚴的高速公路。“一個人的力量總是有限的,只有打造行業一流的技術研發平臺,才能更好為企業服務。”張琨還十分注重團隊建設和人才培養,經常對年輕人說:“要踏踏實實做研究,每個人都要致力成為行業專家。”在張琨的鼓舞和感召下,一大批科技小組和青年人才脫穎而出,在多項創新創效大賽中取得優異成績。

  創新是一項只有起點沒有終點的賽跑。除了在企業盡心盡力,張琨還身兼“數職”,先後被聘為中國建築業協會專家委委員、中國鋼結構協會副會長、中國土木工程學會理事、中建集團專家委員會委員和超高層建築學術委員會副主任等。(記者 王璐)

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