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依靠科技創新確保異型復雜場館建筑的順利施工
——北京城建集團有限責任公司內蒙古科技館新館工程項目
文/ 王中錄 梁 豐 陳金榮 曾召爐 羅 達 曹慶巖 李 緒 楊玲玲
一、工程概況及成果
1、工程概況
內蒙古科技館新館呈流線型，南北長190m，東西寬161m，工程建設總面積為48300㎡，建成后的新科技館展覽教育面積約28000㎡。工程總投資4.6億元。新館除包括了展廳、各類高科技影院、臨展區、各類會議廳和培訓室外，還有商務區，使科技館、科學中心成為了科研、教育、娛樂的好去處。新館主樓工程中心區域地下一層，東區地上三層，西區地上六層。東北側為穹幕影院。
科技館工程以科技展廳為主要功能，公共區域展廳全部為高大空間結構，層高10m和12m，巨幕演示廳層高達18.0m，其頂板梁截面達到1200x3000mm。
新館屋頂采用了管桁架結構體系，其中部分管桁架與主體結構梁端頭通過大型型鋼埋件相連接。主體結構設置有型鋼混凝土轉換梁，用于支撐在樓層上生根的框架柱。框架柱主要以型鋼混凝土柱為主，以支撐高大空間。型鋼梁柱截面形式有箱型截面、Ⅱ型截面、工字型截面、圓型截面、異型截面等，采用板厚20-40材質為Q345b型鋼，型鋼總用鋼量約1200噸。
2、成果背景
內蒙古科技館新館工程是以“世界眼光、時代特征、內蒙特色、創新發展”為建設理念，“國內領先、西部一流”為建設目標。內蒙古科技館新館項目規劃方案是通過全國征集、專家論證、社會公示和自治區批準優選的方案，具備世界一流科技館的功能和特色。科技館新館體現了以人為本，科普為主，最大限度地發揮了科技館的總體效率，設計功能齊全，流程合理，造型優美，達到了國內一流科技館的水平。
二、選題理由
內蒙古科技館新館無論建筑整體外觀，還是建筑內部裝修效果，全部采用曲線形式，整體造型似流水、似沙丘、似哈達，整體建筑像一條流動的哈達，具有強烈的科技和民族特色。造型新穎，結構復雜，尤其是混凝土結構、鋼結構和幕墻結構其難度在國內罕見。同時，工程建設標準高，工程整體的復雜性，對各分部分項工程要求較高，各項風險因素的預控難度大。需要工程總承包商面對全新的技術與管理挑戰，以其自身的技術實力、管理經驗，結合工程的自身特點，確保工程建設的順利實施。
三、實施時間
本工程于2010年8月18日開工，2013年12月30日完工并通過四方竣工驗收。
1、質量目標：確保獲得內蒙古自治區“草原杯”，爭創國優“魯班獎”。
2、安全文明施工目標：杜絕因工死亡、重傷等責任事故，輕傷事故控制在3‰，達到內蒙古自治區安全文明工地標準。
四、管理重點和難點
1、工程屬于標志性建筑，社會影響力大
作為內蒙古自治區政府一號工程“內蒙古科技館新館”，該項目受到自治區政府高度重視，自治區主席、常務副主席、黨委常委等各級領導多次親臨工地現場視察工程進展情況。工程工期、質量、安全多個環節容不得一絲馬虎。工程施工總承包單位必須精心策劃、統籌安排，確保工程施工安全、質量、工期、成本等各項建設目標的完美實現。
2.工程專業多，專業工序交叉施工多，總承包協調管理是工作重點
科技館工程其設計理念決定了其系統復雜性，尤其是后期展陳、影院配合專業多，從分包施工方案及深化設計入手，進行全方位的總承包管理，并提供必要的服務。尤其是對各分包工程交接部位、各專業接口進行統一綜合管理，避免出現“三不管”部位，確保各項工程管理目標實現。
3.工程質量目標高，創優策劃和過程控制是重點
(1)建立、健全以項目經理為工程質量第一責任人、總承包項目經理部、分包工程作業隊、施工班組為一體的三級質量管理體系，接受公司總部的指導、檢查以及業主和監理單位的監督。
(2)建立質量創優責任制，明確在建設單位總體建設質量目標的指導下，相關各方(建設單位、設計單位、施工單位、物資供應單位等)按照工程質量總目標，在工程承包合同的約束下，共同為實現工程建設目標和質量目標努力，行使權力和履行各自職責。
(3)充分分析工程的特點、重點，提取創優亮點，加以全工程的策劃。
(4)結合以往魯班獎工程的創優經驗，對本工程有針對性地制定一整套過程質量管理制度和控制措施，確保過程精品。
(5)建立創優領導小組，做好宣傳工作，做好技術準備工作，制定工程創優總體計劃和質量手冊，做好工程創優申報工作，特別是抓好工程資料的收集與整理工作，為創優創造條件。
4.主體結構中斜向混凝土圓柱和高大空間施工是本工程的難點
科技館工程大量采用了斜向混凝土圓柱，由于柱網尺寸調整為無規則減小，導致每個位置斜柱的傾斜角度均不一樣。其中，傾斜角度最大為53度。由于斜柱與普通直柱存在有較大的區別，其鋼筋綁扎、模板設計、混凝土澆筑以及模板的拆除均有特殊要求。如采用常規施工工藝將無法順利開展作業。
科技館的展廳區域主要為高大空間結構，其中巨幕演示廳凈空高度達到18.7m，頂部3根框架梁的截面尺寸為1300×3000mm，跨度 25.2m，空間大，框架梁截面大，尤其是梁底模板必須采用特殊的固定方式，以確保模架的整體穩定性。高大空間樓板模架體系，選用安全、經濟支撐體系，編制專項高墻柱、高凈空樓板施工方案及技術措施，經過專家論證，上報監理審批后指導施工，確保高大空間部位的施工質量、安全。
5.屋面多曲鋼桁架的加工拼裝施工精度要求高
(1)科技館屋面鋼結構屋面為曲面屋面，且建筑設計師設計過程中為展示曲面線條美感未采用方程曲線，而采用隨意曲線，為達到線條曲率要求，深化過程中必須采用多點擬合的方法，即一條曲線上由多條曲率的曲線經光滑過度連接而成。鋼管采用冷壓加工，其彎曲加工設備采用400/800噸油壓機進行加工，根據鋼管的截面尺寸制作上下專用壓模，進行壓彎加工成形。
(2)針對屋面超長雙曲管桁架現場拼裝工藝的革新，采用N+1的預拼裝工藝，采用2+1累積誤差的方法進行拼裝，為分段高空定位安裝提供保證;桁架現場拼裝在專用的拼裝場內進行，為充分保證桁架支座處開檔距離，有效降低拼裝高度，提高拼裝精度和保證線型尺寸桁架拼裝采用臥式拼裝的方法進行拼裝。
(3)大跨度懸挑管桁架中安裝阻尼器，通過工藝的革新，在懸挑桁架卸載完成后，進行模擬加工模擬安裝，通過焊接加強肋板控制支座的焊接變形，成功的解決阻尼器高精度的安裝的難題。
6. 高空大跨度懸挑屋檐雙曲鋁板的安裝難度大
高空大跨度懸挑屋檐雙曲鋁板幕墻安裝技術，采用單元板塊式整體吊裝。將吊頂鋁板整體模型進行拆分，在地面以四個板塊或六個板塊為一個單元進行拼裝，在地面支撐胎架將鋼龍骨和鋁板按照空間相對位置進行連接固定，組裝成單元板塊后進行整體吊裝，針對45m高空安裝雙曲鋁板幕墻，在不搭設腳手架的情況下，解決鋁板安裝的難題。
五、管理策劃及創新特點
1、建立項目管理體系與職能劃分
本工程本著科學管理、精干高效、結構合理的原則，配備在異型復雜建筑總承包管理中均具有豐富的施工經驗、服務態度良好、勤奮實干的工程技術和管理人員組成項目管理體系。
2、建立創優策劃，工程施工一次成優
項目部成立之初，就為本項目設定了確保“草原杯”，爭創國家“魯班獎”的目標，并為實現該目標，積極進行了創優策劃。各個工序提前策劃，施工中嚴格控制，一次成優。
3、針對復雜結構，實施科技創新，確保工程順利進行
項目部針對工程異型復雜造型的特點，以及工程建設的實際需求，組織專家及公司技術骨干，提前對工程建設必須解決的技術難題進行分析，制定切實可行的解決方案，并在工程建設過程中不斷予以完善，從技術層面確保工程建設順利實施，并形成異型場館建筑綜合技術體系，為后續類似建筑施工積累經驗。
4.參建單位多，協作單位多，重視總承包管理的協調完善
為做好本工程的總包管理協調，在項目實施過程中貫徹“為業主打造精品”的管理理念，將所有分包商形成一個利益共同體，為所有分包商提供一整套優質、高效的工程建造共享資源服務體系。與業主直接分包單位如影院公司、展陳公司等等協作單位做好配合。
同時，針對本工程特點，項目部在熟悉合約內容與掌握工程特點的基礎上，結合以往工程風險管理經驗，對本工程建設可能出現的安全、質量、成本、工期的風險因素進行細化，逐一制定風險控制措施，并對重大風險因素制定應急預案，同時在實施過程中不斷整改完善，以形成適應異型建筑的風險預控體制。
六、管理措施實施及風險控制
1.制定“創優策劃”，實施“精品戰略”，做到一次成優
為完成創優目標，本工程建立以項目經理為質量第一責任人，以項目執行經理、總工程師、生產經理、質量總監為核心的質量管理班子。嚴格分工制度，責任層層落實到人，獎罰分明，督促與鼓勵并用，努力實現既定目標。
(1)全面質量管理：質量控制的關鍵是過程控制，要創建一個精品工程，必須進行質量全過程控制。
(2)執行標準化：在施工過程中實施技術標準化和業務管理標準化，按照我們集團公司工藝指導和管理體系嚴格執行，要有執行力，重視過程管理。
(3)加強細部策劃和節點控制：創優策劃先行，確定重點，針對工程的斜向混凝土圓柱、高大空間模架、多曲管桁架、阻尼器的安裝等等多個部位，提前策劃到位，樣板先行，做到一次成優。
2、通過科技攻關和大量新技術應用，攻堅克難，確保工程的順利進行
項目部將科技工作與解決工程難點緊密結合，將該項工作的作用點與加快進度、提升質量、減少投入、確保安全的工作目標統一起來。
(1)創建了由項目技術生產人員、各專業分包單位技術質量負責人、外施隊技術骨干組成的學習型團隊，成立了土建、鋼結構、幕墻、水電設備安裝、室內裝修、智能化控制等科技創優小組。請來專家到現場給我們進行培訓指導，并參與重大方案的論證。
(2)根據設計要求和實際需要，在滿足使用功能和國家規范的情況下，大膽使用了新工藝、新措施、新材料，既克服了施工的難點，又提高了生產效率。按照建筑業10項新技術(2010版)，在本項工程中10個大項均得到了有效合理的應用，共26個子項。
(3)積極并自主創新了高大斜向混凝土圓柱施工技術、高空懸挑網架阻尼器安裝技術、多曲管桁架TPO防水卷材鋪貼技術、多曲超長管桁架加工拼裝技術、可調式多曲鋁板安裝技術、超高屋檐鋁板整體組合吊裝技術等等。通過了內蒙古自治區新技術應用示范工程驗收。
3、異型場館建筑總承包施工管理做到動態化
本工程體量大，造型復雜，對于參建各分包單位均面臨施工工期緊，施工難度大等困難，特別是交叉施工時，由于設計、場地等原因，制約因素極大。項目部針對項目特點，組織了以土建、機電以及主要分包的技術人員，結合工程特點，實施多項施工調控手段，包括增加流水段數量、制定工作面交接單、動態調整分部分項施工工期、增補項施工作業單，定期召開問題協調會等，有效調配施工作業面，最大限度減少各工種交叉引起的不利影響，確保施工有序進行。在工程例會、技術例會、經營例會等管理機制的基礎上，調整管理機構，將管理崗位前移，提升總承包管理的動態化、時效化。
七、過程檢查和監督
在施工過程中，項目每周組織一次現場協調工作會，通報一周內的工程管理情況，分析情況，發布進度、技術、質量、安全、成本動態信息及關鍵部位的保證措施。除此之外，每周組織生產例會，對各分包單位及各專業施工隊伍就工程的工期、質量、安全、材料供應等進行組織協調。確保施工任務優質、高效、圓滿完成。
八、管理效果及評價
1. 科技創新管理成果
l 《高大斜向混凝土圓柱施工工法》《TPO防水卷材施工工法》 《懸挑管桁架阻尼器安裝工法》 《法蘭連接襯塑鋼管現場補塑施工工法》等四項已經獲得2013年度內蒙古自治區施工工法
l 《內蒙古科技館主體結構施工技術》獲得北京城建集團2011年度科技進步二等獎，目前正在積極申報2015年度內蒙古自治區科學技術獎。
l 國家發明專利一項：《多曲率半徑彎扭鋼管制作方法》
國家實用新型專利四項：《 外幕墻骨架連接構件 》《 可調式圓型斜柱鋼模板》《 可調式型鋼構件人工翻轉器》《 一種多曲率鋼管 》
l 內蒙古自治區新技術應用工程已經通過驗收
2. 質量管理成果
l 2012年度中國鋼結構金獎
2013年度全國工程建設優秀QC小組成果二等獎
l 2013年度內蒙古草原杯優質工程質量獎
3. 安全文明管理成果
2011年度內蒙古建筑施工安全標準化工地
4.項目團隊建設
王中錄科技攻關型青年突擊隊榮獲北京市優秀青年突擊隊標桿稱號。項目經理獲得全國五一勞動獎章。
5.社會效益
作為自治區一號工程，該項目自治區政府高度重視，自治區主席巴特爾、常務副主席潘逸陽、副主席趙雙連、黨委常委曹征海、秘書長常海、副秘書長王喜才等各級領導多次親臨工地現場視察工程進展情況。2014年度的自治區新技術應用示范工程總結大會計劃在科技館召開。
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