繁华落尽显真章——长沙梅溪湖国际文化艺术中心机电工程施工纪实
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  • 更新时间: 2018年02月01日
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论文摘要

 

长沙梅溪湖国际文化艺术中心是英国著名设计师扎哈·哈迪德的遗世之作。与传统建筑不同,多维度曲面和线条的极致应用,共同构成了这一伫立于梅溪湖畔犹如芙蓉花般绽放的地标建筑。其光鲜外表的内部,各种机电管线似人体血管及神经系统分布排列,看似随意,实则“心机重重”。一根根管道、一台台设备、一个个末端设施以华丽的站姿矗立在芙蓉花内部,源源不断地为其提供动力。为克服四维异形结构给机电安装、管线布置和定位带来的设计与施工难度,中建五局工业设备安装有限公司(以下简称“五局安装”)的建设者们不忘初心,牢记使命,匠心智造精品工程。

 

1 工程概况

长沙梅溪湖国际文化艺术中心占地面积10万m2,总建筑面积12万m2,包括4.8万m2大剧院和4.5万m2艺术馆两大主体功能区,可承接世界一流的大型歌剧、舞剧、交响乐等高雅艺术表演,建成后将成为湖南省规模最大、功能最全、全国领先、国际一流的国际文化艺术中心(见图1,2)。

该建筑外观呈“芙蓉花”状,为空间曲面弯扭斜交网壳结构,结构由弯曲上、下环梁,中间联系梁及铸钢节点组成,上、下环梁所处最大高差为18m,平面夹角在30~45°之间,最大外挑长度为15m,其构件包含箱形、H形、圆形等截面,节点形式多样(见图3)。

外幕墙由10000多块不规则幕墙板拼接而成,建筑结构十分复杂,共分为3个部分:①土建主体为框剪混凝土结构;②外围是支撑建筑外衣的弯扭钢结构,其工程复杂程度不亚于“鸟巢”;③建筑最外层是GRC幕墙结构,双曲面造型将整个平直线条任意扭曲,给机电安装的管线布置和定位带来前所未有的设计与施工难度(见图4)。

 

2 施工重点与难点

特异外形、外幕墙、室内精装修存在大量复杂双曲面和高大空间,为实现项目优质履约,建设者对项目的施工重点和难点进行了认真分析研究。

2.1 异形结构

1)机电综合管线碰撞  通过机电设计图纸与土建、结构及幕墙等各专业BIM模型初步复核,发现碰撞点多达5000个。

2)异形构件复核  机电管线大多随异形结构布设,要实现各种机电管线的连接贯通,初步复核异形构件约30000个。

3)现场施工定位  无论是结构、装修还是机电工程,半成品加工和现场安装误差较大,导致机电管线和末端、特异结构和装修的相对定位难度增大。

4)模型匹配   由于各专业误差累计,施工现场与BIM模型匹配难度大,导致模型用于后期运维管理的效果降低。

5)屋面排水组织  屋面为多维度曲面,雨水低洼积水点分布不均、无规则,导致难以有效收集及利用。

2.2 大剧院

1)噪声控制要求高  机电设备、管线为建筑主要噪声源,为保证视听效果,噪声评价曲线需达到NR20级国际一流标准。

2)设备选型、管路降噪、安装减振要求高  在噪声源头、传播途径、末端噪声值等方面进行控制。

3)观众座椅出口风速 低风速、低噪声是观众享受观剧效果的最低要求,观众座椅出口风速低于0.25m/s。

2.3 高大空间

1)温度控制精度高,室内温度在18~20℃。

2)空调节能控制要求高。

3)高大空间施工难度大,舞台单层高38m,前厅单层高40m。

 

3 解决方案

为克服上述难题,顺利完成节点目标并演绎好机电艺术的魅力,建设者们通过深入探索,以“四节一环保”为宗旨,采取7项技术攻克难题,在规定工期内打造了一座精美的建筑艺术品。

3.1全方位应用BIM技术深化设计,彻底解决碰撞难题

面对复杂的异形结构和机电管线布局,五局安装成立了由BIM应用专家及资深BIM应用工程师组成的BIM应用深化设计小组。通过与设计方、建设方密切沟通,积极调配公司优质资源,明确深化设计管理流程。BIM技术人员完成建模并确认无误后,将建立好的模型导入相关碰撞BIM软件中,开展施工碰撞检查(见图5)。通过碰撞检查功能,找出设计与施工流程中的空间碰撞,对碰撞点进行分析,排除合理碰撞后,针对碰撞点进行修改调整。经过反复修改,预先解决了诸多碰撞问题,优化了管线布置,并形成碰撞检测报告。

完成建模后,对大型制冷机房及重要设备进行可视化分析,对管线布置进行最合理、最美观、最经济的设计(见图6)。历经半年时间,BIM小组成员加班加点,反复测算,利用BIM技术建立了三维可视化模型,通过自主开发应用模块等手段,彻底解决了5000多个管线碰撞点,确保了机电管线综合方案最优。

绘制好机电系统模型,BIM软件自动完成复杂的计算工作。模型如有变化,计算结果也会关联更新,从而为设备参数的选型提供正确依据,保证了管道和风口的风量、风速(见图7)。

3.2BIM+3D测量技术,解决异形构件定位难题

机电设备及管线的定位测量直接影响到机电施工的成品效果。采用传统的三角测量与拉钢尺的方法,已经无法满足特异结构的机电管线安装要求。通过自主研发的“一种快速精确定位激光标记的棱镜杆系统”,实现了单人测绘作业,具有移动方便、旋转自如、调节精准、观察方便、投射清晰、标记简洁的特点,BIM+3D测量技术提高了测绘施工效率,保证了现场管线与模型的一致性(见图8)。

3.3BIM预制平台,解决异形构件加工难题

针对异形构件加工难题,自主开发了基于BIM的预制化平台,建立了能生产构件展平图的族库系统,并导出数码机床可读的G代码,通过等离子切割机和管道加工设备进行自动化预制加工。BIM预制加工平台技术提升了工程质量,缩短了施工工期,减少了安全事故,节约了施工场地,降低了材料损耗(见图9)。

3.4 异形空间点云技术,匹配BIM模型与现场

异形结构施工偏差大于规则建筑,为确保BIM模型与现场结构相匹配,利用3D点云扫描技术,将现场的建筑结构还原成由无数个点组成的三维模型,再将机电BIM模型导入点云模型内,进行碰撞检测,并根据施工现场结构的点云模型调整机电BIM模型,确保机电管线和末端定位能完全满足“空间曲面弯扭斜交网壳结构”“迂回曲折不规则、墙顶难辨”等室内装修要求(见图10)。

竣工后,采用FARO三维扫描仪及Infipoint点云处理软件,进行模型与点云数据对比,实现模型与实际竣工状态一致,保证竣工模型的可靠性(见图11)。利用点云技术对现场重点区域进行扫描,与模型匹配对比,保证其一致性。

3.5多维曲面虹吸技术,有组织排放屋面雨水

该工程屋面为多维度曲面,雨水系统设计使用寿命为100年。针对屋面排水特点,为确保雨水及时排放,根据不同平面、标高、花瓣状屋面造型,采用多维曲面虹吸技术:①设置双曲线雨水沟,实现雨水有效收集;②全面建模,将虹吸雨水管线合理布置于幕墙和钢结构之间,提高雨水排放效率;③设置单斗单管系统,确保虹吸排水稳定可靠;④加强现场管线综合布置,确保狭小扭曲空间最优布管;⑤在凹陷屋面,设置双重溢流系统确保安全;⑥利用多维曲面屋面特点,结合屋面造型,模拟核算出每个雨水汇集点,排布虹吸雨水系统(见图12)。通过采取以上措施,最终完成了屋面密集排布管线长度超过30000m,实现了屋面雨水的有效排放。

3.6减振降噪控制技术,达国际一流歌剧院水准

梅溪湖国际文化艺术中心包括能容纳1800名观众的大剧院,能容纳500名观众的小剧院及艺术馆,功能齐全、噪声源多。任何超出限制范围的噪声都将影响观众视听效果。而机电设施是产生噪声的主要来源,因此对机电声学噪声控制要求极高。为确保最佳表演视听效果,项目部聘请了国内声学控制专家把脉问诊,进行声学复核计算,编制了源头控制、管道降噪、消声控制“三部曲”降噪方案。①选用低噪声设备,设备基础采用浮筑基础,水泵减震台座按2.5倍配重设计,同时在1000多台设备底部安装了 8个减震器,从噪声源头控制噪声;②针对噪声传播途径采用隔振降噪措施,墙壁管线每隔1.5m安装一个减震器,滤掉噪声传播途径上的噪声,同时控制管线安装的平顺性,减小局部流体阻力;③优化支架选型、布设,增加管道支架强度;④对风机、风柜按设计要求复核计算,设置消声器(见图13)。通过以上举措,确保设备、管线运行噪声符合要求,达到消声静音的目的。此外,为保障观众视听效果,项目部还在观众厅下部设置了6000m3的池座静压箱,从噪声控制末端最大限度降噪,中央空调空气进入池座静压箱均匀输送到每个座位的风口,实现零噪声。经测试,大剧院噪声控制达到了国家现行最高标准。

3.7低风速分层空调技术,保证大空间空调效果

针对高大空间,空调效果控制是难点。采取低风速分层空调技术,包括:①观众入口公共区采用地面送风+墙面送风+顶部送风+底板辐射供暖多层空调,确保高大、异形空间空调效果;②观众厅区域采用楼座、池座、第3层竖向分层及座椅下部送风系统,带给观众舒适无风感;③舞台区域采用地面送风+侧墙送风+顶部送风+温控风口多层空调,低速均匀送风满足了舞台布景效果;④舞台控制室采用风机盘管+多联机空调设置,保证操作人员舒适,机械运行安全;⑤舞台台仓采用1层恒温恒湿机组+2、3层集中式全空气系统空调,保证舞台机械安全运行(见图14)。

 

4 社会效益

该工程通过BIM技术、多维曲面虹吸技术、减振降噪控制技术、低风速分层空调技术等应用,在化解难题的同时产生了一定的经济效益。项目部应用可视化交底与碰撞检测极大降低了返工风险,二次结构预留洞利用率高,减少了大量返工与墙体开洞费用。通过预制化加工与云平台应用,使项目工期一直走在总进度计划前面。通过工厂化预制件加工,提高了工作效率。这些先进技术的应用,节约了成本,提升了机电施工效率,促进了项目管理的提升及 BIM人才的培养。

 

5 结语

艺术创作,需要天马行空的大胆想象,而艺术制造,则需要“繁华落尽显真章”。在施工过程中,五局安装大力弘扬“特别能吃苦、特别能战斗、特别能奉献、特别快乐和谐”的“四特精神”,不断进行技术创新,加强技术应用,攻坚克难、挑战极限,圆满完成了各项任务。2017年7月7日,英国长公主安妮·伊丽莎白访湘并莅临长沙梅溪湖国际文化艺术中心,为该项目揭幕,至此,梅溪湖国际文化艺术中心走向了世界(见图15)。

2017年9月,泛珠三角区区域合作行政首长会议、省会城市市长会议先后在长沙梅溪湖国际文化艺术中心召开,优雅、舒适、大气的场馆为与会嘉宾带来一场极佳的视听体验。

 

 

 

 

文/中建五局工业设备安装有限公司 李宗湘 汤浪洪 刘 杰

 

 

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