国家海洋博物馆项目钢结构施工侧记

国家海洋博物馆是我国首座国家级、综合性、公益性的海洋博物馆，是中华民族海洋文明的代表性博物馆，被誉为“海洋上的故宫”。作为项目承建方，中建八局建造的不仅是天津滨海新区的文化地标，更是中国海洋事业的文化里程碑。





精细解构：轻松转化异形难题


国家海洋博物馆项目由四大场馆和中央大厅组成，钢结构总用钢量约为2万余吨，主体钢结构采用异形超高大跨度门式管桁架-框架组合体系，门式桁架分布于四大场馆并排设置，在空中通过桁架间支撑杆件相互连接，使建筑整体外形呈现四条“鱼跃”造型。





“这个项目整个体系共有门桁架112榀，单榀最大重量93吨，最高达33米，最大跨度45米，不仅高、宽不一，而且倾斜角度也不尽相同，最大可达28.8度。”项目经理刘泉向记者详细介绍，可以说，每一榀桁架都不一样，受力体系十分复杂，无法采用传统的施工技术理念。


为此，项目专门成立了BIM专业技术组，针对博物馆工程复杂的设计方案进行优化深化，通过精细分析、合理分解、模拟建造，确定出了可行的分段吊装方案，并依据设计倾斜角度，采用BIM模型提取出构件的空间坐标，形成精确的工艺步骤和吊装路线，成功化设计虚拟为施工现实，有效转化了异形施工吊装难题。


精益设计：支座抗震完美提升


国家海洋博物馆巧妙运用隐喻的设计手法，建筑造型既像跃向水面的鱼群，又好似停泊岸边的船坞，优美但不具象，柔美的曲线语言令参观者对海洋元素产生无限的遐想。这是由中外设计师共同给出的设计造型，但对于门式桁架端部柱脚的支座设计，双方设计一直没有达成共识。外方设计师对中方设计的外观不满意，但外方提出的几种设计方案，都比较理想化，不符合目前国内施工工艺标准要求，无法实现。


面对这一设计博弈，项目团队主动参与，会同钢结构专业公司、铸钢件厂研究讨论，反复论证，历经2个多月的力学测算和多番试验，将原设计支座巧妙倒置，不仅球体外观效果更加美观，而且受力面积增大，满足结构要求，抗震性能有了质的飞跃。





“由于每榀异形门式桁架受力以及空间定位的不同，万向抗震球型铰支座也不尽相同，经过我们严格的力学分析和测算论证，每个球体都有不同的安装定位角度。国家海洋博物馆项目一共有150个三维角度各异的球形支座，按照外观尺寸的差异一共分为四类型号。”项目青年技术员王诗林一边说着，一边展示项目BIM技术团队的深化模型。


这一方案获得了中外双方设计的高度认可，既满足了中方设计的结构要求，又符合外方设计师的审美标准，对今后的设计应用提供了良好借鉴。


精准发力：超长悬挑变为可能


国家海洋博物馆的四个展厅北侧悬空于大海之上，呈现出“飞鱼入海”的动感形态，给游客提供了跃于海面的观光体验。按照这种展厅设计，每个桁架组合两端均在6米以上进行悬挑施工，最大悬挑距离超过了38米，最大一侧的悬挑跨度甚至达到了45米。不仅如此，更为困难的是，为了营造出海上观光的效果，展厅北侧悬挑结构处于南湾水域上方，悬挑下方是用海陆吹填形成的临时作业面，没有经过真空预压，给滨水区域大跨度悬挑结构的安装、卸荷施工以及应力监测、形变控制带来了极大不便。





“其实如果是在陆地上做超38米的悬挑也不是一件难事，但国家海洋博物馆是延伸到海洋上空的，下面没有坚硬的作业面，天晴的时候地面全是皲裂纹，外强中干；雨天的时候人一脚踩上去就会陷进去，根本无法正面吊装作业。零层混凝土结构之外到南湾海域的防波堤只有8米距离，吊装空间十分狭小。悬挑结构施工没有支撑点，这是一个麻烦事。”项目总工赵国勤介绍说。


面对悬挑结构施工困难，科技铁军没有退缩。项目团队立即组织联系设计员、勘察院、公司深基坑专家共同研讨，最终选择了一种既安全又经济的解决方案。利用四组混凝土3桩承台，共同撑起了1600多平米的受重作业面，有效破解了这一难题。


而这仅仅是第一步，大悬挑结构的卸荷拆撑困难接踵而至。





由于多次设计变更等因素，撑架的负荷增加了10%。“我从事结构设计这么多年，这是我心里最没有谱的一次。”设计院的小伙子吐露了真言。项目团队深感压力之大，他们通过BIM技术模拟，精准分析每个支撑的受力状态，在卸载前结合复杂结构的整体工况，采用三维有限元方法，对结构进行仿真分析得出相关位移云图及应力云图，并根据模拟计算结果来确定卸载顺序和卸载量大小，保证了在卸载过程中结构的安全可靠性，同时应用传感器对全过程进行应力应变及形变量的实时监测。项目团队再一次用专业的功底和坚毅的精神，实现了拆撑奇迹。

科技铁军创辉煌，京津海岸展雄风。八局人传承铁军优良作风，充分发挥企业管理和科技优势，顺利攻克地质条件复杂、钢结构吊装工况多变、外幕幕墙多曲面变化、技术深化高端等困难，在大跨度复杂钢结构施工、多曲面外檐幕墙施工等技术领域总结了先进的施工技术经验。项目工程施工至今，顺利通过天津市“海河杯”优质结构工程认定，斩获中国建筑钢结构行业工程质量的最高荣誉奖“中国钢结构金奖”。随着施工进程的迈进，国家海洋博物馆工程正向更高的荣誉奋力进发。

如今，国家海洋博物馆正在如火如荼地建设中，这支能攻善战的项目团队正在紧锣密鼓地进行收尾建设，势必用八局人的品质和信誉，为中华民族海洋文明的发展事业贡献力量。