大国工程:北京大兴国际机场超级航站楼创新测量——专访北京城建勘测设计研究院有限责任公司测量总工程师…

2019年9月25日,北京大兴国际机场投运仪式举行。此前的6月30日,北京大兴国际机场全面竣工。从一张白纸到宏伟蓝图,从阡陌稀疏到枢纽纵横,从平原老荒地到首都新国门,历时四年,一座充满生机和希望的新机场、一座现代化的一体化综合交通枢纽拔地而起。

这个被英国卫报评出的“新世界七大奇迹”之首,创下了多项世界之最,每一项世界之最背后都是工程测量需要克服的艰难挑战。新机场整个建设周期为1218天,仅为同类机场的三分之一,在如此紧张工期致使成倍工程测量难度下,北京大兴机场航站楼工程测量工作是如何保质保量按期完成的?近日,本刊记者采访了刚刚在有关论坛作完《北京大兴国际机场航站楼关键测量技术》主题报告的余永明。

余永明是北京城建勘测设计研究院有限责任公司(以下简称“北京城勘院”)的测量总工程师,他长期从事工程测量相关工作,有十六年的从业经历。这次,他所在的北京城勘院主导承担了北京大兴国际机场航站楼的工程测量。此次交谈,余永明详细讲述了超级航站楼精密工程测量项目台前幕后的故事,他还结合自己的经验和感受,发表了对目前工程测量行业处境和未来发展方向的看法。

放眼全球,人口接近千万或超过千万的城市大多有至少两座机场,纽约有3座,东京和巴黎各有2座,伦敦则有5座。对于北京这座拥有2000多万常住人口的城市来说,建第二座机场是必要也是必然的。

北京大兴国际机场是国家“十二五”重点工程,机场定位为全球最大的空地一体化交通枢纽,也是习主席亲自关怀、亲自推动的国家重大标志性工程,在2014年9月由中共中央政治局常委会审议通过。从工程建设方面来说,新机场是首都的重大标志性工程,是国家发展一个新的动力源。项目要求全力打造精品工程、样板工程、平安工程、廉洁工程,实行最严格的施工管理,确保高标准、高质量,要努力集成世界上目前最先进的管理技术和经验。

还未完全建成时,北京大兴国际机场就被英国《卫报》评为“新世界七大奇迹”之首,多项成果被评为“世界之最”:全球规模最大的单体机场航站楼,全球首座高铁高速下穿航站楼,全球施工技术难度最高的航站楼,全球首个“双进双出”航站楼,全球最大自由曲面钢屋顶,全球最大钢结构建筑,全球最大的单体隔震建筑,全球最大单体隔震支座,全球最大的无结构缝一体化建筑,全球最大的机场大块混凝土板……“特大项目是挑战,也是机遇,每一项‘世界之最’的后边,都代表着超高难度的施工工艺和工程测量问题需要解决。”回顾这个项目的建设历程,余永明说道。

据了解,大兴机场的航站楼设计成五指廊的放射状构型,这种空侧周长的结构能有更多的近机位,也能有效控制航站楼的指廊长度,一切都是为了出行高效。但这种结构的设计却给建设施工过程中的测量工作带来不小的难度,比如控制网的合理布设、测量视线遮挡等。大兴机场建设所涉及到的工程测量项目非常多,有航站楼核心区、航站楼通行指廊、机场跑道、油库、附属建筑等设施,需要进行前期规划勘测、建设中的测量与监测、建设后的竣工测量等。此次大兴机场航站楼核心区由北京城建集团承建,“考虑到这次项目建设难度极大,拥有鸟巢、国家大剧院等重大国家标志性工程测量经验的北京城勘院以其在特大型建筑工程测量领域的专业造诣获得了参与项目的机会,负责实施航站楼所在的核心区域施工阶段的工程测量工作。”谈到为何由他所在的团队来承担这项工程,余永明说道。

北京城勘院成立于1958年,是新中国成立后最早的甲级岩土工程勘察、测绘单位之一,是全国第一家从事地下铁道勘察、测绘的大型企业,修建了新中国第一条地铁——北京地铁1号线。现在的北京城勘院由当时的铁道兵转制而成,在1988年后,单位整体被划拨至由铁道兵11师转业组成的北京城建集团旗下。在大兴国际机场项目之前,北京城建集团承建了诸如鸟巢、水立方、国家大剧院等在内的大多数位于北京的国家标志性建筑,其中所涉及到的高难度精密工程测量工作均由北京城勘院承担。通过这些项目,北京城勘院积累了非常丰富的特大国家标志性建筑工程测量实践经验。

北京大兴机场是国际知名设计大师扎哈哈迪德生前最后一个大规模的作品,设计师把结构造型设计得非常新颖奇特,大量采用不规则的自由曲面结构。尽管建成后的美轮美奂效果让所有人惊叹,但建设前期,在余永明等专业人士看来,造型越奇特复杂,建设过程中工程测量工作面临的困难越不可想象,“这是目前世界上最大的自由曲面钢结构建筑,多项技术全球首创。虽然我们有了建设鸟巢等特大异型钢结构建筑的经验,但新机场航站楼的建设规模实在太庞大,相当于二十五个足球场,仅其核心区就能装下三个鸟巢,如此大的规模使得工程测量难度成倍增加。”

在项目中,摆在余永明他们面前的是这些实际情况:建筑结构超大造成的超大施工区域控制网布设困难、交叉测量多、测量队伍多、分部工程衔接测量多、通视受阻等测量难题;项目繁杂(12300节点球、60000多根钢管、大量混凝土结构)造成的海量测量放样工作量;创下新记录的超大异型钢结构对钢结构精准测量定位和安全监测提出新的挑战;因地下通高铁,所以需要建立专门设计的全球最大漂移结构,如何保持控制点的稳定性、统一性和前后众多施工部位衔接测量等……“结构超大使得工程测量控制网的布设困难,在建筑施工场地这种恶劣的测量环境中,不仅通视受限,而且测量控制点会面临破坏严重的问题。现场高峰作业期间有56家测量队伍同时作业,为保证测量精度,控制点的数量是有限的,不能无限布设。在这种情况下测量队伍之间的交叉作业就会互相干扰,严重影响工程进度,尤其新机场对工期节点抓得非常紧,如何保证海量测量顺利进行,还要保质保量保安全等等都是要考虑的问题。”余永明说道。

“最难解决的应该是控制点的漂移,之前完全没有任何一个项目出现过。因为新机场下面有多条地铁和京雄高铁,为确保不受高铁震动对建筑结构的影响,我们设计了全球最大的隔震层,即新机场首层是完全建在一个个地下隔震支座上的。隔震支座的设计使得新机场地面部分形成一个不稳定的微动结构,形象地说就是随时在晃动。这样就造成施工过程中测量控制点一直在漂移,很难保证前后工序的精准衔接。如何评估控制点漂移、如何消除漂移对测量精度的影响等,都需要认真研究。并且在整个施工过程中还需要定期监测实时掌握它的变化,否则建筑各部分衔接就会有问题。”余永明回答。

原来在新机场建设过程中,航站楼下方不仅设计了京雄高铁和北京新机场线,随着新机场同步开通运营,还预留了多条城际铁路。当高铁从航站楼下方封闭空间内以350公里/小时高速通过时,航站楼将会产生巨大的震动,故工程采用了1152个隔层支座把新机场的地上和地下完全分开,这就构成了一个巨大的漂移结构。在施工过程中,随着不同区域的施工,结构加载致使每一个隔震支座受力是不均匀的,这将导致不同部分楼板上面的测量控制点会发生没有规律的漂移,根据工程后期验证,施工期间控制点漂移量最高达到了12.6公分,这给控制测量、工程衔接测量造成了巨大困难。同时因为本项目的工期仅为同类工程项目时间的三分之一,工期非常紧,且国家标志性工程对质量要求更高,这对测量人员来说都增加了工作的难度。

针对上述项目的难点和各方对大兴机场建设项目的种种要求,余永明为新机场测量工作提出了“稳、快、准、易、控”的关键技术路径:

稳,研究一套稳定的测量基准,合理布设多级测量控制网,解决通视、破坏、压占等问题,为漂移结构提供监测基准;

快,实现众多混凝土结构线多个结点球等海量测量的快速放样,确保56家测量队伍交叉测量不冲突,不影响工期;

整个项目工期很短,其中钢结构部分的施工时间节点一共就80多天,保工期压力巨大。钢结构异常复杂,施工前必须先理解它的结构形式,才能去选择测量放样方法,余永明说,在刚接到项目的时候,新机场的不规则自由曲面结构图纸、C型柱钢结构图纸理解起来都非常费劲,更别提还要对它们进行精准定位、检测安装质量等。

现在回过头来总结,在这个过程中,余永明的测量团队针对各种出现的问题,提前研究或是在建设过程中及时创新测量方法,应用并实施了很多关键性的测量技术,很好地完成了施工过程中的测量工作:成功确保了测量基准的稳定,在超大范围复杂恶劣的施工环境下,合理布设了多级测量控制网,解决施工过程中出现的漂移、通视、破坏、压占等难题;实现海量测量工作的快速放样,使众多混凝土结构线多个结点球定位符合设计要求;通过无固定测站边角网的技术创新有效解决了56支测量队伍的交叉测量问题;完成了全球最大自由曲面钢网架的精准安装定位、特大C型柱精准定位、特大金色屋面测量等;实现了海量测量及监测数据从大量报表形式转为更容易使用分析的可视化成果图,使25个足球场那么大的钢结构的变形安全问题直观展示给各相关方,创新了一种新的施工测量监测数据分析方法;研发了基于BIM和GIS的智慧工地云平台,利用多种测量新技术助力庞大复杂工地的项目管理,提升工程质量,确保安全。

中国测绘学会于2019年5月22日在北京组织专家对北京城勘院等完成的“超级航站楼建设高精度高效测量关键技术”科技成果进行鉴定,鉴定委员会专家一致认为:该成果有效提升了我国特大建筑精密工程测量水平,取得了重大的社会和经济效益,整体达到了国际领先水平。

据施工总承包单位测算,新机场所采用的测绘技术和创新举措节约综合施工时间近160天,其中钢结构期间65天,混凝土工程期间95天,节约工程人工费用约8000万元,如考虑2%资金时间成本,节约财务成本共8亿元(北京新机场项目总投资约800亿元)。据余永明介绍,截至目前,相关测量关键技术和成果已经应用于国家速滑馆、北京世园会、东奥高山滑雪中心、新首钢特大桥、马尔代夫维拉纳国际机场、巴基斯坦瓜达尔新国际机场、南昌昌北国际机场等近56个项目,项目成果被《建筑业十大新技术》收录,由住建部发文推广,这将有效提升我国建筑精密测量水平,为推动我国在重大工程领域中的测绘技术进步作出贡献。

记者请余永明结合他本人参与过的大型工程建设,谈一谈在工程测量领域多年的从业经历和感受,余永明谈到:大学毕业后就一直从事工程测量,比如世界最大最长盾构法隧道——上海长江隧道工程测量、北京南水北调东干渠工程测量、大兴国际机场、国际机场线冬奥会海坨山场馆等工程测量,最深刻的体会是工程测量人员一定要有“先天下之忧而忧,后天下之乐而乐”的责任心,工程测量是工程指引,测量放样完成后才能开始施工,必须一丝不苟严格按规范标准作业,否则一旦测量发生错误将会给整个工程带来巨大损失甚至推倒重来。另外,工程测量人员还要有“黄沙百战穿金甲,不破楼兰终不还”的坚毅,工程中一定会面临大量的困难,要保持定力与耐心,不怕苦不怕累,积极解决问题。

另外,他感觉除了大型专业测量公司外,绝大部分工程测量人员是属于施工单位的,在从事最基础的测绘放样工作,在实际建设过程中并不被重视,也就是工程测量从业人员地位不高。目前施工测量员是施工单位“八大员”之一,质量员、安全员等其他的每一个“大员”都比测量员地位高,有些测量员还是由施工员兼职的。这种处境无论是地铁、房建、扎哈港口、扎哈航道等施工单位都一样。这就造成了传统工程测量技术水平和当下测绘行业最新的前沿技术水平差距在20年左右,因为这种工作氛围很难吸引和留住高端测绘人才。

正是由于工程测量在除重点工程外的大部分建筑施工领域不受关注,其在技术创新方面获得的资金等投入很少,这就进一步遏制了工程测量技术的发展。未来希望工程测量不仅是一种辅助工种,而是通过技术创新改变现有局面,把更多的新技术、新设备、新方法引进来,为工程建设发挥更大的作用。

在采访结束前,记者请余永明对从事工程测量的同行提几点建议,他谦虚地说:“我其实还是比较幸运的,能在北京城勘院工作,可以参建很多重大的工程项目,都是组织和领导的栽培重视,才得以让我有机会接触和研究新技术,使得自己能够不断成长和进步。不敢说给同行建议,
更多精彩尽在这里,详情点击:http://lutteclubnice.com/,扎哈但有几点体会可以和同行分享:从事工程测量行业,一定要打开眼界,不能只盯着自己测量那点事,应该琢磨工程测量是不是还能够更好地服务工程建设?是不是还有未发掘的功能?能不能创新工作方法和模式?甚至还要琢磨工程自身能不能优化这种设计,这才是施工人员操心的事情。这样才能使得测量更好地融入到工程建设中,才有进一步发挥作用的可能。同时,从事工程测量行业,除了前面说的加深对工程测量理解之外,还应该加强学习,使各专业之间的技术融合成为可能,利用他山之石攻玉。比如说,我这次在2022年冬奥会海坨山的场地测量中,就采用了无人机载激光雷达做地形测量,结合VR技术,进行冬奥比赛雪道模拟,取得了很好的效果。我前面说到工程测量工作不被重视,为什么不被重视?我自己理解是因为目前工地上大多数工程测量人员技术水平和能力积累得还不够,施工过程中给工程提供的帮助有限,可替代性又高,无法发挥更大作用。所以我觉得从事工程测量一定要明确一个职业目标,就是不能简单地充当工程测量员这一角色,需要拓宽拓广自己的知识面和提升技能,具备更好的服务意识,积极投身工程建设中,利用自身的努力在工程中发挥更大作用,长此以往,工程测量员的话语权慢慢就强了。

还有一个体会就是,工程测量人员有机会要尽可能地接触各种不同类型的工程。就个人而言,我参建了众多地铁、热力、公路、桥梁、建筑场馆、引水工程、码头等项目,慢慢感觉到只要参与足够的项目就可以在工程测量领域‘一览众山小’,无惧于任何难题和挑战。只要接触到一种测绘新技术,就有足够的敏感性去琢磨该技术结合工程建设的可能性和创新性,让自己能够继续保持技术上进步,更好地服务工程测量行业。

在人工智能、5G、物联网、互联网等高速发展融合的今天,整个测绘行业从业环境每天都在改变,挑战和机遇并存,如果准备好了,挑战就是机遇,没准备好,那所有的机遇都是挑战。我们工程测量从业者们还是要加强学习,苦练本领,进一步提升自己以更好地服务工程建设。”

工程测量元老、武汉大学测绘学院潘正风教授曾说,工程测量是工程建设的尖兵,是工程施工的眼睛,在各项工程建设勘测期、施工和运行管理阶段具有重要作用。随着GNSS技术、GIS技术、数字化测绘技术、摄影测量技术及地面测量技术的发展,工程测量会进一步的发展,满足工程需要。工程测量研究人员能够参与到足够多的重大工程中进行锻炼和提升,更好地发挥“尖兵”和“眼睛”的作用,这是余永明他们的幸运。

现在的社会已经走向了智能时代,工程测量技术也在向智能化、信息化方向发展,就像余永明说:“同行们一定要时刻对技术的现状和发展方向保持敏感性,不落伍,保持开放创新的心态,才能在愈为艰难的大环境下找到自己的长久生存之道。”

我们是启航新健康博士专家团,来自上海各三甲医院,关于新冠肺炎的日常防护,问吧!

我们是启航新健康博士专家团,来自上海各三甲医院,关于新冠肺炎的日常防护,问吧!

我们是启航新健康博士专家团,来自上海各三甲医院,关于新冠肺炎的日常防护,问吧!

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注