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用技术挺起中国建造的“脊梁”

2018-10-08 10:20来源:经济参考报

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  不算太高的个头,配上一副厚厚的眼镜,显出几分书生气,担任中建三局副总经理、总工程师的张琨,并不为人所熟知。但提起中央电视台新台址、北京第一高楼 “中国尊”、中国结构第一高楼天津117大厦,或许大家并不陌生。而这些享誉国内的摩天大厦,凝聚着他的拳拳匠心。从业36载,张琨4摘国家科技进步奖,85次获国家发明专利,从一名基层技术员成长为敢与国际顶尖对手抗衡的科技专家,挺起中国建造的“脊梁”。

  填补国内空白

  1982年,20岁的张琨从重庆建筑工程学院毕业,入职中建集团旗下的中建三局,成为了一名技术员。在很多人看来,这是一项清苦、枯燥、责任多于回报的工作,但他却乐此不疲,

  这位酷爱钻研的年轻人,一边参与各类新型建筑实践,一边不断用新知识装备自己。早在1996年,很多施工单位还在手工绘图时,张琨就开始自学三维动画技术,在中建三局第一个学会在复杂工程结构设计中使用三维动画计算软件,并在三局、中建集团乃至整个施工企业推广。

  2000年,深圳文化中心钢结构工程处于招标筹备阶段,日本著名设计大师巧妙赋予其“黄金树”的造型——67个铸钢节点没有一个相同,最复杂的节点伸出的接头多达10个。

  当时树枝钢结构非常新颖,铸钢节点更是一个尖端课题,对尚处于起步发展阶段的中国建筑,被认为与这单“瓷器活”无缘。当时投标时一家日本公司认为绝不会有其他公司能与其抗衡,便给业主报了一个天价,还流露出非他们莫属的意思。

  面对这个集设计计算、铸造工艺、安装工艺于一体的综合课题,而且其中很多方面的技术对企业来说几乎是空白。时任中建三局钢结构公司总工程师的张琨迎难而上,一方面积极向专家请教,研究分析施工难度;另一方面,花费10多天绘制出每个铸钢节点的三维模型,走访国内最知名的几个铸造厂家,但结果令人失望,厂家当时的工艺根本不能满足这种复杂构件的加工要求。

  于是,他再一次认真学习铸造行业基本知识,多方查找信息,一遍遍设计,一遍遍修改,一次次试验,终于摸索出一整套关于多支点管结构铸钢节点的设计、验算、铸造以及树枝结构安装、测控、焊接技术……仅用一年,就把图纸上错综复杂的“树枝状”线条变成了“铁”的事实,使中国企业以低于外方十分之一的报价,成功拿下“黄金树”。更重要的是填补了国内技术空白,从此中国钢结构施工水平跨入国际先进水平行列。

  这次的潜心研究,还揭开了计算机模拟施工广泛应用于建筑施工行业的篇章。后来竞标上海环球金融中心,在30分钟的施工方案陈述片中,张琨采用一流的模拟实景技术展示,将极其复杂的技术展现得淋漓尽致、深入浅出。“世界上最好的建筑公司做的方案也不过如此。”业主看后感叹道。

  挑战全球“最强悍工程”

  两栋高234米的塔楼,双向倾斜6度,在160米高空由钢结构大悬臂连为一体,形成巨大而不规则的“门”字型“立体城市”。悬臂14层、宽39.1米、高56米,用钢量1.4万吨,相当于将国内第一栋钢铁大厦深圳发展中心悬空建造。这便是坐落于北京CBD的中央电视台新址,曾被英国《泰晤士报》评选为全球十大“最强悍工程”之一,2013年被世界高层建筑学会授予全球最佳高层建筑奖。

  倾斜与大悬臂的造型特点,使其从设计之初就受到建筑界和公众的高度关注,能否顺利合龙一时成为悬念。“倾斜塔楼与悬臂自重产生的荷载会使两栋塔楼在施工过程中不断变形。” 2004年,兼任中央电视台新址项目总工程师的张琨,经反复审阅设计图,谨慎地提出自己的观点,如简单按设计位形制作与安装构件,楼身倾斜便会超过设定角度,悬臂结构无法合龙。

  在无先例可循的情况下,他会同项目技术人员和有关专家反复论证,精心计算构件的精确偏移量,大胆提出“两塔悬臂分离、逐步阶梯延伸、空中阶段合龙”的安装方式,即采用预先把塔楼倾斜设计角度向反方向扳一定角度的“反变形”方法进行施工,以确保结构最后施工完成后,通过自身变形落回设计位置。

  历时4载,2008年12月26日,随着最后一根合龙杆件拧上螺栓,中央电视台新台址主楼悬臂钢结构在合龙点上精确安装就位。在新闻发布会上,张琨自豪地宣布:我们严格按照国际一流的标准,完成了不可能完成的任务,达到国际钢结构的最高水准。

  自主研发杀手锏“造楼机”

  从20世纪80年代起,我国超高层建筑施工技术从传统的搭设脚手架到滑模,再到爬模、提模,施工机械化、标准化、高效化程度不断提高。

  进入新世纪,300米、400米、500米、600米……超高层建筑越来越高、结构越来越复杂,不仅要承受较大的垂直荷载,还要承受较大的水平荷载,传统模架难以满足施工要求。如何在保证质量与安全的情况下提高施工速度,成为业界亟待破解的难题。

  历经数个项目实践,张琨于2005年大胆提出了“造楼机”的设想:将施工竖向结构的模板和挂架悬挂在钢平台以下,采用大行程、高能力、支承在剪力墙预留洞处的液压千斤顶顶升钢平台,带动模板与挂架整体同步上升一个高度,完成上一楼层的混凝土结构施工。

  这一想法成功运用于广州西塔核心筒施工中,速度最快达到两天一个结构层,总工期缩短280天,创造了令人瞩目的“世界速度”。

  尽管第一代顶模具有诸多优点,但在工程实践中还存在一些问题。2009年,张琨带头成立模块化低位顶模课题小组,认真研究低位顶模模块化设计方法,将整个模架拆分为由多个标准组件组成的装配式结构,从而实现模架在不同项目间的周转使用,最终研发出第二代顶模——模块化低位顶模,并在福州世茂国际中心成功应用,大幅降低模架成本,提高了模架的工业化程度与功效。

  伴随建筑高度与建造难度的不断提升,低位顶模技术已难以满足施工要求。张琨又打破传统设计思路,首创了全新顶撑组合模式:利用核心筒外侧墙体表面2-3厘米素混凝土微凸构造承力,单个支点承载力达400吨,除了使承载力、整体性、抗侧刚度、内部垂直运输设备安装空间得到显著提升外,更重要的是在高效性、适应性、安全性和智能化上实现了飞跃。

  2012年,在华中第一高楼、高438米武汉中心项目,第三代顶模——微凸支点顶模技术首次应用,顶升力达4000多吨,工人们高空施工如履平地,4天施工一个结构层,展现了中国超高层建筑施工技术在全世界的领先地位。

  创新的道路永无止境。张琨带领团队不断开展技术攻关,研制出升级版“超高层建筑智能化施工装备集成平台”,在全球首次将超高层建筑施工的大型塔机直接集成于平台上,实现了塔机、模架一体化安装与爬升,并将核心筒立体施工同步作业面从3层半增至4层半。

  同时,他借鉴旋转餐厅思路,全球首创“多吊机廻转平台”,“超高层建筑智能化施工装备集成平台”实现塔机吊装范围对超高层建筑的360度全覆盖,并可根据吊装需求选择大小级配的塔机进行合理配置,充分利用每台塔机的工作性能,可节省30%-40%的费用。

  这一系列创新研发关键技术的攻克,成为中建集团在超高层建筑市场中制胜的“杀手锏”。

  贡献“中国智慧”

  2015年,中建集团中标“中巴经济走廊”最大交通基建项目——巴基斯坦PKM项目(苏库尔-木尔坦段),全长392公里,全线按照双向6车道、时速120公里标准设计,合同额28.9亿美元,是中建集团海外史上最大的项目,工期36个月。

  张琨带领项目技术团队聘请巴基斯坦高速公路专家作为我方顾问,多次与业主沟通解释中国规范的合理性,说服业主接受中国设计测量、施工材料、质量管控、智能交通等标准,并积极开展技术创新引领施工生产。采用的无人机航拍摄影并矢量化成图技术首次在巴基斯坦高速公路项目中应用,提高了工作效率和测量精度,减小了施工误差;采用集成管理、高性能混凝土配合比设计、高温环境下柔性路面结构一体化设计、高填方低液限粉土路堤工后沉降分析及施工控制、低液限粉土路基施工技术和长期性能保障技术、高填方路基冲击碾增强补压措施等多项创新科技成果,成为“一带一路”高速公路项目的建设典范。

  今年5月26日,项目33公里路段提前15个月通车,业主称赞项目是巴基斯坦迄今规范最高、标准最严的高速公路。“一个人的力量总是有限的,只有打造行业一流的技术研发平台,才能更好为企业服务。”张琨还十分注重团队建设和人才培养,经常对年轻人说:“要踏踏实实做研究,每个人都要致力成为行业专家。”在张琨的鼓舞和感召下,一大批科技小组和青年人才脱颖而出,在多项创新创效大赛中取得优异成绩。

  创新是一项只有起点没有终点的赛跑。除了在企业尽心尽力,张琨还身兼“数职”,先后被聘为中国建筑业协会专家委委员、中国钢结构协会副会长、中国土木工程学会理事、中建集团专家委员会委员和超高层建筑学术委员会副主任等。(记者王璐)

[责编:肖春芳]

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