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依靠科技创新确保异型复杂场馆建筑的顺利施工
——北京城建集团有限责任公司内蒙古科技馆新馆工程项目
文/ 王中录 梁 丰 陈金荣 曾召炉 罗 达 曹庆岩 李 绪 杨玲玲
一、工程概况及成果
1、工程概况
内蒙古科技馆新馆呈流线型，南北长190m，东西宽161m，工程建设总面积为48300㎡，建成后的新科技馆展览教育面积约28000㎡。工程总投资4.6亿元。新馆除包括了展厅、各类高科技影院、临展区、各类会议厅和培训室外，还有商务区，使科技馆、科学中心成为了科研、教育、娱乐的好去处。新馆主楼工程中心区域地下一层，东区地上三层，西区地上六层。东北侧为穹幕影院。
科技馆工程以科技展厅为主要功能，公共区域展厅全部为高大空间结构，层高10m和12m，巨幕演示厅层高达18.0m，其顶板梁截面达到1200x3000mm。
新馆屋顶采用了管桁架结构体系，其中部分管桁架与主体结构梁端头通过大型型钢埋件相连接。主体结构设置有型钢混凝土转换梁，用于支撑在楼层上生根的框架柱。框架柱主要以型钢混凝土柱为主，以支撑高大空间。型钢梁柱截面形式有箱型截面、Ⅱ型截面、工字型截面、圆型截面、异型截面等，采用板厚20-40材质为Q345b型钢，型钢总用钢量约1200吨。
2、成果背景
内蒙古科技馆新馆工程是以“世界眼光、时代特征、内蒙特色、创新发展”为建设理念，“国内领先、西部一流”为建设目标。内蒙古科技馆新馆项目规划方案是通过全国征集、专家论证、社会公示和自治区批准优选的方案，具备世界一流科技馆的功能和特色。科技馆新馆体现了以人为本，科普为主，最大限度地发挥了科技馆的总体效率，设计功能齐全，流程合理，造型优美，达到了国内一流科技馆的水平。
二、选题理由
内蒙古科技馆新馆无论建筑整体外观，还是建筑内部装修效果，全部采用曲线形式，整体造型似流水、似沙丘、似哈达，整体建筑像一条流动的哈达，具有强烈的科技和民族特色。造型新颖，结构复杂，尤其是混凝土结构、钢结构和幕墙结构其难度在国内罕见。同时，工程建设标准高，工程整体的复杂性，对各分部分项工程要求较高，各项风险因素的预控难度大。需要工程总承包商面对全新的技术与管理挑战，以其自身的技术实力、管理经验，结合工程的自身特点，确保工程建设的顺利实施。
三、实施时间
本工程于2010年8月18日开工，2013年12月30日完工并通过四方竣工验收。
1、质量目标：确保获得内蒙古自治区“草原杯”，争创国优“鲁班奖”。
2、安全文明施工目标：杜绝因工死亡、重伤等责任事故，轻伤事故控制在3‰，达到内蒙古自治区安全文明工地标准。
四、管理重点和难点
1、工程属于标志性建筑，社会影响力大
作为内蒙古自治区政府一号工程“内蒙古科技馆新馆”，该项目受到自治区政府高度重视，自治区主席、常务副主席、党委常委等各级领导多次亲临工地现场视察工程进展情况。工程工期、质量、安全多个环节容不得一丝马虎。工程施工总承包单位必须精心策划、统筹安排，确保工程施工安全、质量、工期、成本等各项建设目标的完美实现。
2.工程专业多，专业工序交叉施工多，总承包协调管理是工作重点
科技馆工程其设计理念决定了其系统复杂性，尤其是后期展陈、影院配合专业多，从分包施工方案及深化设计入手，进行全方位的总承包管理，并提供必要的服务。尤其是对各分包工程交接部位、各专业接口进行统一综合管理，避免出现“三不管”部位，确保各项工程管理目标实现。
3.工程质量目标高，创优策划和过程控制是重点
(1)建立、健全以项目经理为工程质量第一责任人、总承包项目经理部、分包工程作业队、施工班组为一体的三级质量管理体系，接受公司总部的指导、检查以及业主和监理单位的监督。
(2)建立质量创优责任制，明确在建设单位总体建设质量目标的指导下，相关各方(建设单位、设计单位、施工单位、物资供应单位等)按照工程质量总目标，在工程承包合同的约束下，共同为实现工程建设目标和质量目标努力，行使权力和履行各自职责。
(3)充分分析工程的特点、重点，提取创优亮点，加以全工程的策划。
(4)结合以往鲁班奖工程的创优经验，对本工程有针对性地制定一整套过程质量管理制度和控制措施，确保过程精品。
(5)建立创优领导小组，做好宣传工作，做好技术准备工作，制定工程创优总体计划和质量手册，做好工程创优申报工作，特别是抓好工程资料的收集与整理工作，为创优创造条件。
4.主体结构中斜向混凝土圆柱和高大空间施工是本工程的难点
科技馆工程大量采用了斜向混凝土圆柱，由于柱网尺寸调整为无规则减小，导致每个位置斜柱的倾斜角度均不一样。其中，倾斜角度最大为53度。由于斜柱与普通直柱存在有较大的区别，其钢筋绑扎、模板设计、混凝土浇筑以及模板的拆除均有特殊要求。如采用常规施工工艺将无法顺利开展作业。
科技馆的展厅区域主要为高大空间结构，其中巨幕演示厅净空高度达到18.7m，顶部3根框架梁的截面尺寸为1300×3000mm，跨度 25.2m，空间大，框架梁截面大，尤其是梁底模板必须采用特殊的固定方式，以确保模架的整体稳定性。高大空间楼板模架体系，选用安全、经济支撑体系，编制专项高墙柱、高净空楼板施工方案及技术措施，经过专家论证，上报监理审批后指导施工，确保高大空间部位的施工质量、安全。
5.屋面多曲钢桁架的加工拼装施工精度要求高
(1)科技馆屋面钢结构屋面为曲面屋面，且建筑设计师设计过程中为展示曲面线条美感未采用方程曲线，而采用随意曲线，为达到线条曲率要求，深化过程中必须采用多点拟合的方法，即一条曲线上由多条曲率的曲线经光滑过度连接而成。钢管采用冷压加工，其弯曲加工设备采用400/800吨油压机进行加工，根据钢管的截面尺寸制作上下专用压模，进行压弯加工成形。
(2)针对屋面超长双曲管桁架现场拼装工艺的革新，采用N+1的预拼装工艺，采用2+1累积误差的方法进行拼装，为分段高空定位安装提供保证;桁架现场拼装在专用的拼装场内进行，为充分保证桁架支座处开档距离，有效降低拼装高度，提高拼装精度和保证线型尺寸桁架拼装采用卧式拼装的方法进行拼装。
(3)大跨度悬挑管桁架中安装阻尼器，通过工艺的革新，在悬挑桁架卸载完成后，进行模拟加工模拟安装，通过焊接加强肋板控制支座的焊接变形，成功的解决阻尼器高精度的安装的难题。
6. 高空大跨度悬挑屋檐双曲铝板的安装难度大
高空大跨度悬挑屋檐双曲铝板幕墙安装技术，采用单元板块式整体吊装。将吊顶铝板整体模型进行拆分，在地面以四个板块或六个板块为一个单元进行拼装，在地面支撑胎架将钢龙骨和铝板按照空间相对位置进行连接固定，组装成单元板块后进行整体吊装，针对45m高空安装双曲铝板幕墙，在不搭设脚手架的情况下，解决铝板安装的难题。
五、管理策划及创新特点
1、建立项目管理体系与职能划分
本工程本着科学管理、精干高效、结构合理的原则，配备在异型复杂建筑总承包管理中均具有丰富的施工经验、服务态度良好、勤奋实干的工程技术和管理人员组成项目管理体系。
2、建立创优策划，工程施工一次成优
项目部成立之初，就为本项目设定了确保“草原杯”，争创国家“鲁班奖”的目标，并为实现该目标，积极进行了创优策划。各个工序提前策划，施工中严格控制，一次成优。
3、针对复杂结构，实施科技创新，确保工程顺利进行
项目部针对工程异型复杂造型的特点，以及工程建设的实际需求，组织专家及公司技术骨干，提前对工程建设必须解决的技术难题进行分析，制定切实可行的解决方案，并在工程建设过程中不断予以完善，从技术层面确保工程建设顺利实施，并形成异型场馆建筑综合技术体系，为后续类似建筑施工积累经验。
4.参建单位多，协作单位多，重视总承包管理的协调完善
为做好本工程的总包管理协调，在项目实施过程中贯彻“为业主打造精品”的管理理念，将所有分包商形成一个利益共同体，为所有分包商提供一整套优质、高效的工程建造共享资源服务体系。与业主直接分包单位如影院公司、展陈公司等等协作单位做好配合。
同时，针对本工程特点，项目部在熟悉合约内容与掌握工程特点的基础上，结合以往工程风险管理经验，对本工程建设可能出现的安全、质量、成本、工期的风险因素进行细化，逐一制定风险控制措施，并对重大风险因素制定应急预案，同时在实施过程中不断整改完善，以形成适应异型建筑的风险预控体制。
六、管理措施实施及风险控制
1.制定“创优策划”，实施“精品战略”，做到一次成优
为完成创优目标，本工程建立以项目经理为质量第一责任人，以项目执行经理、总工程师、生产经理、质量总监为核心的质量管理班子。严格分工制度，责任层层落实到人，奖罚分明，督促与鼓励并用，努力实现既定目标。
(1)全面质量管理：质量控制的关键是过程控制，要创建一个精品工程，必须进行质量全过程控制。
(2)执行标准化：在施工过程中实施技术标准化和业务管理标准化，按照我们集团公司工艺指导和管理体系严格执行，要有执行力，重视过程管理。
(3)加强细部策划和节点控制：创优策划先行，确定重点，针对工程的斜向混凝土圆柱、高大空间模架、多曲管桁架、阻尼器的安装等等多个部位，提前策划到位，样板先行，做到一次成优。
2、通过科技攻关和大量新技术应用，攻坚克难，确保工程的顺利进行
项目部将科技工作与解决工程难点紧密结合，将该项工作的作用点与加快进度、提升质量、减少投入、确保安全的工作目标统一起来。
(1)创建了由项目技术生产人员、各专业分包单位技术质量负责人、外施队技术骨干组成的学习型团队，成立了土建、钢结构、幕墙、水电设备安装、室内装修、智能化控制等科技创优小组。请来专家到现场给我们进行培训指导，并参与重大方案的论证。
(2)根据设计要求和实际需要，在满足使用功能和国家规范的情况下，大胆使用了新工艺、新措施、新材料，既克服了施工的难点，又提高了生产效率。按照建筑业10项新技术(2010版)，在本项工程中10个大项均得到了有效合理的应用，共26个子项。
(3)积极并自主创新了高大斜向混凝土圆柱施工技术、高空悬挑网架阻尼器安装技术、多曲管桁架TPO防水卷材铺贴技术、多曲超长管桁架加工拼装技术、可调式多曲铝板安装技术、超高屋檐铝板整体组合吊装技术等等。通过了内蒙古自治区新技术应用示范工程验收。
3、异型场馆建筑总承包施工管理做到动态化
本工程体量大，造型复杂，对于参建各分包单位均面临施工工期紧，施工难度大等困难，特别是交叉施工时，由于设计、场地等原因，制约因素极大。项目部针对项目特点，组织了以土建、机电以及主要分包的技术人员，结合工程特点，实施多项施工调控手段，包括增加流水段数量、制定工作面交接单、动态调整分部分项施工工期、增补项施工作业单，定期召开问题协调会等，有效调配施工作业面，最大限度减少各工种交叉引起的不利影响，确保施工有序进行。在工程例会、技术例会、经营例会等管理机制的基础上，调整管理机构，将管理岗位前移，提升总承包管理的动态化、时效化。
七、过程检查和监督
在施工过程中，项目每周组织一次现场协调工作会，通报一周内的工程管理情况，分析情况，发布进度、技术、质量、安全、成本动态信息及关键部位的保证措施。除此之外，每周组织生产例会，对各分包单位及各专业施工队伍就工程的工期、质量、安全、材料供应等进行组织协调。确保施工任务优质、高效、圆满完成。
八、管理效果及评价
1. 科技创新管理成果
l 《高大斜向混凝土圆柱施工工法》《TPO防水卷材施工工法》 《悬挑管桁架阻尼器安装工法》 《法兰连接衬塑钢管现场补塑施工工法》等四项已经获得2013年度内蒙古自治区施工工法
l 《内蒙古科技馆主体结构施工技术》获得北京城建集团2011年度科技进步二等奖，目前正在积极申报2015年度内蒙古自治区科学技术奖。
l 国家发明专利一项：《多曲率半径弯扭钢管制作方法》
国家实用新型专利四项：《 外幕墙骨架连接构件 》《 可调式圆型斜柱钢模板》《 可调式型钢构件人工翻转器》《 一种多曲率钢管 》
l 内蒙古自治区新技术应用工程已经通过验收
2. 质量管理成果
l 2012年度中国钢结构金奖
2013年度全国工程建设优秀QC小组成果二等奖
l 2013年度内蒙古草原杯优质工程质量奖
3. 安全文明管理成果
2011年度内蒙古建筑施工安全标准化工地
4.项目团队建设
王中录科技攻关型青年突击队荣获北京市优秀青年突击队标杆称号。项目经理获得全国五一劳动奖章。
5.社会效益
作为自治区一号工程，该项目自治区政府高度重视，自治区主席巴特尔、常务副主席潘逸阳、副主席赵双连、党委常委曹征海、秘书长常海、副秘书长王喜才等各级领导多次亲临工地现场视察工程进展情况。2014年度的自治区新技术应用示范工程总结大会计划在科技馆召开。
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