7月17日,全球最大的天文馆——上海天文馆(上海科技馆分馆)正式开馆。
上海市委副书记、市长龚正出席,并与国家航天局副局长吴艳华,市委常委、副市长吴清,市委常委、临港新片区党工委书记、管委会常务副主任朱芝松,中国科学院院士叶叔华共同启动“宇宙之眼”开馆装置。上海建工集团党委委员、副总裁、对接临港新片区指挥部总指挥徐建东,上海建工七建集团、装饰集团等有关单位主要领导受邀出席。
从空中往下俯瞰,上海天文馆犹如一片“蝴蝶酥”映入眼帘。圆洞天窗、倒转穹顶和大球体这浑然天成的“三体”遥相呼应,构成了一幅风景图。
上海天文馆总建筑面积约3.8万平方米,位于上海市浦东新区南汇新城、临港大道和环湖西三路交界处。上海天文馆是上海市“十三五”期间重大市政文化公益项目、重要的科普基础设施,是国内首次将“专业级”观测设施建在科普场馆内的天文馆。馆内营造出高精度模拟星空和沉浸式宇宙漫游的场景,可以通过天文望远镜实际观测到太阳和众多星体。
上海天文馆由上海建工七建集团历经三年多时间精心打造,犹如浦东新区的一颗闪耀星辰。建成后的上海天文馆将与上海科技馆、上海自然博物馆构成“三馆合一”格局,以“塑造全面的宇宙观”为愿景、以“激发人们的好奇心”为使命,充分应用各种最先进的展示技术,帮助人们建立完整的宇宙观,鼓励大家去感受星空、思索未来。
迎难而上 建设全球最大天文馆
整个天文馆为了模拟天体运行轨迹,其建筑结构造型全部为异形、多曲面,给施工带来巨大的难题及挑战。天文馆主体建筑由多个曲面构筑而成,采用钢结构、框架剪力墙、铝合金结构组合的混合结构体系。复杂的结构体系、曲面多样的不规则外形,形成了较高的技术要求。上海建工七建集团通过大量对结构的分析与探讨、三维数字化模拟深化等确定施工工艺措施与关键技术,有效推动项目顺利实施。
天文馆以多曲面、多异形造型的混凝土结构为主,曲面混凝土施工本身就有一定难度。而在多曲面、大体量、内部穿插劲性结构的复杂工况下,针对异形曲面混凝土施工,要做到质量、安全双向保障,总体部署与施工动态部署的有机结合,各工序之间相互协调更是难度极高。尤其是壳体结构,其建筑形态形似一个倒扣的陶瓷碗,壳体结构总高度11.8米、底部直径50米、顶部直径33.5米、壁厚50厘米。顶部内含环形钢结构梁,同时整个壳体结构作为球幕影院的支撑结构,将承受球幕影院700吨的荷载。
针对壳体结构的施工特点,上海建工七建集团不断优化设计提高符合实际工况的设计精确性与安全性。最终采用钢管扣件支撑体系及木模板弯曲拼接的施工工艺,结合BIM技术施工模拟技术分段施工,以保证曲面混凝土施工从整体到局部的稳定和周边环境的相对安全。
精心施工 实现中国之最
鉴于项目的圆弧形外观造型,其钢结构也以整体圆弧作为主要方向,局部以折代曲,对钢结构设计与施工控制具有较高的要求,同时也增加了钢结构的施工风险。以观众入口处包围着圆洞天窗的大悬挑钢结构为例,大悬挑结构由二层双向桁架结构组成,两侧与钢骨剪力墙核心筒结构体系相连,外侧为单排四层桁架立柱和外弧桁架结构。主体结构形式由埋入地下室的钢骨劲性柱(劲性梁)、下层桁架平台、屋面层桁架平台、洞口结构、外弧结构及部分钢板墙组成。整个悬挑的跨度有61米,平面悬挑最大38.65米,这么大的跨度不仅是中国之最,连在世界上也是极其罕见的。而这个大悬挑还重达2000多吨,比500头成年非洲象的体重都要重。除了大悬挑的自重外,它还要承担展品和游客的重量,如何在保障安全的前提下保证由近千个不同形状、不同尺寸构件组成的大悬挑安装精度?如何将大悬挑安装在钢骨剪力墙核心筒上并安全卸载?
针对大悬挑结构的特难点,上海建工七建集团项目团队将整个大悬挑钢结构施工分为六大部分:立柱、二层内外弧桁架、二层平面桁架、屋面层内外弧桁架、屋面层平面桁架、外挑弧桁架。同时根据现场实际工况选定以先二层、后屋面、最后外挑桁架的顺序进行施工。施工前由BIM技术进行各部分的连接节点深化及空间尺寸的细化,杆件加工后在工厂进行预拼装和偏差构件的再加工。运至施工现场后,再根据区域分段设置施工胎架进行拼接。施工过程中除了现场两台塔机配合施工外,另外配置了一台350吨履带吊进行吊装施工,将现场拼接多构件的情况大幅减少,避免焊接工艺产生的质量缺陷,从而影响钢结构整体的偏差。
攻克难题 营造最佳宇宙沉浸感
一楼直径30米的悬空球幕影院也是全馆的一大亮点,球体的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。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,就能看到位于天文馆三楼的倒转穹顶,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°~60°,斜长26.67~30.31米,“且三脚架”柱均为曲面倾斜。为了保证结构的稳定与安全,项目团队在施工时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了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,确保结构架体的稳定性和倒穹顶结构造型。
项目团队攻克“异形大悬挑”“球幕影院”“倒穹顶”三大技术难题的同时,形成了一系列具有针对性的施工技术方案。项目申请了多项专利,先后荣获了上海市文明工地、上海市建设工程白玉兰奖(市优质工程)等多个奖项。
千个昼夜,寻梦苍穹。上海天文馆,这颗闪耀的“星辰”展现了上海建工人众志成城、顽强拼搏的作风。
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