百花齊放系列專題四:花開正當時 芬芳溢“海峽”
點擊數: | 發布時間:2020-04-01

福建是海上絲綢之路的起點,在閩江畔的“榕城”福州,一朵芬芳潔白的“茉莉花”正悄然綻放。它不僅是一座建筑,更是中西方文化藝術交流的重要平臺,它就是福州海峽文化藝術中心。

福州海峽文化藝術中心,位于福建省福州市倉山區閩江江畔,總建筑面積約15.8m2,總投資額約27億元,是福建省首個落地的PPP項目(見圖1)。項目以“五片帆、一朵花”為理念,整個建筑群造型酷似福州市市花——茉莉花,5片花瓣分別為多功能戲劇廳、歌劇院、音樂廳、藝術博物館和影視中心,由一層中央文化大廳連接。工程立面裝飾采用大量的陶棍、陶板、陶片等藝術元素,彰顯我國陶瓷文化的獨特魅力。

福州海峽文化藝術中心

茉莉花開閩江畔

福州海峽文化藝術中心造型新穎,結構復雜,作為藝術場館對聲學和光學要求高,給項目施工帶來諸多技術難題。

1)項目位于閩江江畔,東臨閩江,西側與北側被梁厝河環繞,形成了三面環水的格局,受潮汐水影響較大。工程場地為海相淤積和陸相沖洪積形成,地表多為池塘、溝渠、拋石、毛石砌筑堤壩等。場地內水系貫通,地質與水文條件復雜,給工程降水、基坑施工帶來挑戰。

2)本工程功能齊全、專業多,存在大量勁性梁柱節點,鋼筋排布密集。結構標高多變,僅地下室底板標高就多達20余種,歌劇院臺倉區地下室基礎筏板標高就有12種(結構夾層多達7層)。

3)各單體工程南側為鋼筋混凝土外傾雙向斜柱,每根斜柱傾斜角度各不相同,最小夾角為57°,最大高度達30m,模板支撐難度大,施工安全風險高。

4)本工程為專業藝術場館,為達到完美的藝術效果,設計方采用專業聲光模擬分析軟件,對場館進行了上千次模擬與修正,最終形成一個毫無規律的三維空間曲面,工程空間定位測量工作繁重,測量精度要求高。

5由于工程造型復雜,設計方采用犀牛軟件建模,按照傳統的施工方法,無法按照該模型來進行施工。

6)各單體工程北立面為鋼結構幕墻,幕墻系統受力在鋼結構單立柱上。建筑師為追求纖細、輕盈的建筑效果,單立柱最大高度達64.348m(其長度達70m),直徑僅為450mm,長細比極大,極易產生彎曲變形。

神工鬼斧煥新顏

針對該工程施工重點與難點,項目承建方中建海峽建設發展有限公司(以下簡稱“中建海峽”)憑借雄厚的技術實力,圓滿解決了建造過程中的各項技術難題。

為保證基坑安全,在基坑外圍設置止水帷幕,并設置降水管井進行降水,形成基坑封閉降水。

由于場地地表下存在大量拋石回填區域,施工障礙較多,為保證止水帷幕施工順利,先行采用地質鉆探機對止水帷幕施工沿線實施超前鉆,對地質勘探進行加密。對探明較淺的施工障礙,采用挖掘機進行挖除,對開挖區域進行黏性土換填。對探明較深的施工障礙,采用泥漿護壁成孔,強行清障。清障換填完成后,再進行基坑止水帷幕施工。

基坑止水帷幕采用套打法施工三軸攪拌樁。三軸攪拌樁直徑650mm,間距900mm,將三軸攪拌樁打入透水性較差的淤泥地質土層內,形成基坑四周三軸攪拌樁與底部不透水層閉合的封閉止水帷幕。

對歌劇院臺倉區坑中坑采用咬合樁+鋼筋混凝土水平支撐的基坑支護形式。咬合樁采用φ900@1 300旋挖灌注樁和旋挖素混凝土樁相互咬合而成,咬合寬度250mm,形成基坑四周咬合圍護樁與底部不透水層閉合的封閉止水帷幕。

工程伊始,便架設BIM工作站服務器,搭建BIM技術工作平臺。各專業技術人員在平臺上進行BIM建模。

通過應用BIM技術,將二維圖紙轉化為三維數據圖形,實現各專業BIM技術模型共建共享,為各專業深化設計、可視化技術交底、建筑施工模擬、各專業間碰撞檢查、圖形出量等提供便利。

當存在錯碰問題時,項目部召開技術協調會議,并將優化方案提交設計方,同意后由相應專業人員對BIM模型進行修改。通過BIM技術的碰撞檢查功能,已發現并解決了15 982處碰撞問題,將問題消滅在萌芽狀態,避免返工現象。

由于外立面造型需要,每個單體工程南立面均為雙向傾斜斜柱。雙向斜柱比單向斜柱支撐難度更大,且每根雙向斜柱的傾角各不相同,若采用傳統的外撐方式,無論是施工安全還是施工質量均無法保證。

經項目部與設計方技術研討,決定采用斜柱模板內支撐技術。將普通鋼筋混凝土斜柱優化成勁性鋼筋混凝土斜柱,采用定制抱箍,將模板系統固定在勁性鋼骨上,利用勁性鋼骨作為模板內撐。這種支撐方式受力形式簡單,傳力路線明確,大大降低了施工安全風險,保證了施工質量,節約了工程費用。

因項目存在大量異形曲面空間,需進行大量的空間坐標定位測量,采用傳統全站儀進行空間坐標定位測量,效率低,出錯率高。本項目采用BIM+放樣機器人測量技術,測量步驟如下BIM模型中設置現場控制點和需測量點位,提取點位的空間坐標;將點位的空間坐標信息導入放樣機器人軟件;通過現場測量控制點數據采集,定位放樣機器人的現場坐標;通過放樣機器人手持端選取需測量點位,進行自動計算,并向放樣機器人手持端發出指令;在放樣機器人手持端的指引下,通過移動手持棱鏡找到所測量點位,從而實現BIM模型的精準快速放樣。

采用BIM+放樣機器人測量技術,測量放樣效率可提高50%以上,大大降低了測量放樣勞動強度,人為干擾少,且可一人獨立完成。

由于犀牛模型為面模型,工程中無法直接應用,項目部重新建立BIM模型,采用BIM + 技術,將存在的技術難題逐一攻克(見圖2,3。

歌劇院三維曲面造型

音樂廳三維曲面造型

1)多功能戲劇廳采用實竹材料,墻面為波浪形無規則三維曲面。根據設計方犀牛模型,對波浪形無規則三維曲面進行BIM建模;BIM模型進行分割;采用BIM+3D數控雕刻技術進行加工,確保表面造型與犀牛模型相符;采用BIM+放樣機器人測量技術進行空間測量定位安裝,安裝完成后進行整體三維掃描、調整及驗收。

2)歌劇院演繹廳內墻面采用GRG貼藝術陶片。對不規則三維曲面GRG模具進行BIM建模;BIM模型進行分割;采用小型3D打印機對GRG模具的BIM模型進行試打印;BIM模型分割進行調整,確保BIM模型可以順利打印,最終將歌劇院GRG模具BIM模型劃分為3 166片;將分割、修改好的BIM模型提交專業3D打印工廠,進行GRG模具3D打印生產;將打印好的GRG模具提交生產廠家,進行GRG生產;采用BIM+放樣機器人測量技術進行空間定位測量安裝。

3)音樂廳內墻面采用的是GRG掛藝術陶板(約2.2萬片),GRG生產、安裝工藝與歌劇院相同,而藝術陶板在燒制過程中,會有20%左右的收縮與翹曲變形。對不規則三維曲面藝術陶板進行BIM技術建模;制作陶板陶坯;實施陶板燒制,同時完成燒制變形;采用BIM+3D雕刻技術進行雕刻;對藝術陶板進行實測實量驗收;采用BIM+放樣機器人測量技術進行空間定位安裝。

本工程各單體工程北立面為鋼結構單立柱幕墻體系(見圖4),鋼結構單立柱長細比極大,卸載后的鋼結構變形將超過幕墻連接件可調范圍,且變形方向因傾斜角度不同而無法預測。

4 鋼結構單立柱幕墻系統

1)控制鋼結構單立柱安裝精度:采用TEKLA軟件進行鋼結構參數深化設計與建模,確保鋼結構模型準確;采用數控相貫線切割技術,進行智能化數控切割,確保鋼結構構件加工精確;采用BIM+放樣機器人測量技術進行空間定位測量放樣(見圖5;合理設置胎架支撐體系(見圖6),保證構件安裝的穩定性,實現高精度拼裝施工,同時采用砂箱分級整體卸載技術,避免不均勻受力變形。

5 BIM+放樣機器人空間放樣

6 臨時胎架支撐系統

2)實施幕墻深化設計與糾偏。鋼結構卸載完成且變形穩定后,對鋼結構進行三維掃描;對三維掃描結果整理分析,進行鋼結構逆向建模;進行深化設計,對偏差較大的幕墻連接件進行定制設計加工,確保超大長細比鋼結構單立柱幕墻體系順利進行。

福州海峽文化藝術中心工程各項技術指標均符合設計要求和規范規定,圓滿實現了建筑師的設計理念。中建海峽憑借其卓越的技術優勢和科技研發能力,讓這朵茉莉花從藍圖變為現實,為促進中西方文化藝術交流搭建了新平臺。

 

 

注:本文部分內容摘自《施工技術資訊》(20187月第7期,http://www.180209.live/Item/81198.aspx),由本刊編輯整理。 

 

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