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人民日报客户端上海频道:上海天文馆的“三体”巨殿如何造起来?建设者揭秘技术与施工创新

日期:2021-07-28     点击量:

7月17日,上海天文馆开幕。这座全世界面积最大的天文馆首次将“专业级”观测设施建在科普场馆内,营造出高精度模拟星空和沉浸式宇宙漫游场景,可以通过天文望远镜实际观测到太阳和众多星体。为了实现让游客仰望星空的梦想,上海建工七建集团的建设者们历时3年,攻克了“异形大悬挑”“球幕影院”“倒穹顶”三大技术难题。

上海天文馆建筑面积约3.8万平方米,由圆洞天窗、球幕影院和倒穹顶三个圆形元素构成的“三体”结构一直被人津津乐道。然而,异形、多曲面的结构,给施工带来巨大挑战。

观众入口处,包围着圆洞天窗的大悬挑像一顶巨大的遮阳帽帽檐,平面悬挑最大超38米、跨度最大超60米, 相当于4个标准篮球场,重量超2000吨。如此异型大悬挑不仅是中国之最,在世界上也极其罕见。除了自重外,它还要承担展品和游客的重量,如何在安全的前提下保证近千个不同形状、不同尺寸构件的安装精度?

项目团队运用了BIM技术、分步分段吊装技术、分段支撑安装技术。首先采用BIM技术将大悬挑内外桁架分为九段,并对各段连接节点及空间尺寸进行深化分析,找出各构件的空间定位和尺寸,在工厂对构件进行预加工、预拼装、编号,缩小构件间的安装偏差。经过数十天的不断调整,解决了大直径、多角度、结构形状变化多的难题。

结构吊装过程中,首次采用分步分段吊装的施工方法。先将内、外桁架分成九段用300吨汽车吊进行2点吊装,再将二层桁架划分为30个组合单元进行吊装,后期再对其中的7个组合单元用350吨履带进行补缺吊装。

一楼直径30米的球幕影院内部由大量钢结构组成,因钢环梁内置于砼梁内部,钢骨梁的截面又大且为环形,施工难度非常大。

为了实现这一效果,项目团队根据钢梁分段点位置进行排架的加密加固,在木模板上部放置支承架以便H型环梁于现场进行对接。根据现场布设的塔机的性能参数,对球幕影院钢结构杆件进行合理分析计算,在满足塔机性能参数的情况下,进行单元件组合后再进行安装;上部钢结构安装前于内部搭设满堂脚手架作为操作平台,以确保上部结构的安装和安全保障。

顺着200多米的旋转步道爬上三楼,可以看到倒穹顶,这个与常规穹顶相反的构造让人仿佛置身于一个大碗之中。这是对古罗马穹顶式天窗的现代创意改造,既起到了引导日光进入中庭的功能,又能在夜间观星时起到再造地平线的作用。

倒穹顶施工中最难的就是“三脚架”劲性混凝土柱,全高为26米,向外倾斜19至60度。项目团队采用优质镀塑光面胶合板,异型部位采用型钢微弯焊接加固方式等体系,采用自密实混凝土确保劲性混凝土柱的密实度。同时,采用BIM模型技术,对模板支撑进行细部放样定位、劲性混凝土柱安装及钢筋绑扎等工况模拟,以此确保结构架体的稳定性和倒穹顶结构造型。

整个施工过程还综合运用了数字建造技术,如采用BIM技术建立三维模型、模拟施工工况和施工方案;采用复杂结构施工控制技术,对施工过程进行虚拟仿真分析,保证施工过程的建筑结构安全;采用基于卫星定位的三维空间测量技术,保证工程施工质量和异型不规则构件的安装精度。

随着对天文馆复杂建造技术的不断钻研,上海建工七建集团形成了大量异形钢结构和混凝土结构关键技术总结,确保整个工程实施后获得良好的经济效益。上海天文馆项目先后获得上海市文明工地、重点工程实事立功竞赛特色项目、上海土木工程奖白玉兰奖等多个奖项。


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