——中建五局山西分公司建设大同图书馆纪实

图书馆工程项目效果图

　　品味一座城市，应从它的建筑开始。一座好的建筑，就像是一件艺术作品，折射城市的独特文化气质。而所谓的好，不仅是说它有多高大，造价有多高，而是能融入这座城市当中，渗透出城市的文化、气质、历史和意韵。在拥有千年历史文明的古城——大同，新落成的大同图书馆就是其极具代表性的一座建筑。这座荣获第11届中国钢结构金奖的工程不仅融合了古都的神韵，云冈的艺术，同时也展现了大同的地域特色及历史积淀。人们在细品它神奇的构架、巧夺天工般的技术奇迹时，也领略到古都的文化与内涵，而其建造的过程，更成了当地人们引以为豪的故事，它的建造者——中建五局(北京)山西分公司，也由此成为业界翘楚。“我想请五局做我们以后在中国设计作品的唯一承建商!”大同图书馆设计者、哈佛大学建筑系主任科恩教授得知主体桁架封顶卸载后标高累计误差仅为5mm，惊讶之余，向中建五局(北京)山西分公司项目经理曹志根发出真诚邀请。大同图书馆交工在即，我们走进了这座堪称神奇的建筑，走近中建五局(北京)山西分公司，走近创造奇迹的队伍。

　　含有云冈元素的设计难度堪比“鸟巢”

　　大同图书馆坐落于御东新区文化中心，总建筑面积22198平方米，建筑高度21.60米。它的外部立面，采用外挂玻璃幕墙进行装饰，加上交错多变的几何构图，彰显石窟建造的鬼斧神工;建筑的主阅览室，是按照坡道设计的多层级大厅。林立回旋的书架与室外庭院交相呼应，让市民的阅读空间得到极大拓展和延伸。

　　2010年初，美国著名的建筑设计大师科恩来到北方城市——大同，游览了世界文化遗产云冈石窟后，深深被这一古老艺术磅礴的气势，独特的魅力所折服，同时产生了灵感，将云冈陡峭直立的山崖、层叠交错的窟龛、合掌交脚的菩萨融入到大同图书馆的设计之中，形成简约繁杂的几何构图，成为他的又一得意之作。按照他的构想，大同图书馆将成为一个自内而外再现云冈石窟灵动与魅力的建筑。

　　然而，这一再现石窟空间复杂翼型结构的大型公用建筑，地下以型钢混凝土结构为主、地上以钢框架——混凝土筒体结构为主的大型公用建筑，结构形式多样，建筑立面丰富，技术极为复杂，给建筑施工带来极大的难度。

　　“鸟巢”的建筑尚有1/4是对称的，而作为科恩教授代表作品的大同图书馆纯粹是一个不规则几何形体设计，平面不规则，竖向不规则，倾斜扭曲之处比比皆是，其复杂的钢结构在国内也属前沿。图书馆主楼钢结构的结构形式为多折面钢框架、中跨度(38m)桁架。

　　“别人干不了，我们干!”

　　2011年7月，大同图书馆开工。一家国内知名的建筑企业承建大同图书馆项目一个月后，毫无进展，只好知难而退。中建五局(北京)山西分公司经理曹志根看到了该项目风险后面的巨大商机。他首先做了细致研究，发现玻璃幕墙对钢结构安装的精度要求极高，一旦出现尺寸、方位的丝毫偏差，按照模型同批生产的玻璃幕墙不仅无法安装，还会影响整个工程的合拢，这都意味着工程的失败。

　　幕墙安装完后的效果如同一个毫无规则、并且每一个面的大小都不尽相同的多面水晶石。组成这个多面晶体的832根杆件通过530个球形节点连接在一起，530个球行节点在空间上的布置毫无规则，直径从400mm-900mm不等，有的上面球还有横切面，所有切面球的截面直径和朝向也不尽相同。530个球形节点在空间中的定位、大小以及切面球的截面朝向和尺寸保证是一大难题。这个不规则多面 “水晶石”中，由于受力和位置不同，有的球形节点上连接3根杆件，有的球形节点多至汇集连接14根杆件，不仅所有的球形节点大小不一，所有的杆件粗细不同，球形节点与杆件之间的角度也不尽相同;球形节点与杆件之间的空中焊接问题也非同寻常。如何保证杆件与球形节点尺寸数据以及焊接过程中他们之间的角度正确——这又是一个难题。

　　合拢阶段是工程的关键。像搭积木一样，所有的工程都是从一个点开始，到合拢阶段，由于误差不断累计，数据相差大的话甚至无法合拢。国内很多知名工程在合拢时都相差几公分，而大同图书馆由于体型大、受力复杂，加之项目采用的厚板钢材可焊性差，很容易发生焊接变形情况，在施工过程中如何实现精度控制，保证顺利合拢?这样的建筑难题更是增加了大同图书馆的难度。

　　对于这个不规则几何形体的设计，在整个三维模型中，是没有一根主轴线的，对模型进行分解后，所有次轴线呈现出的是一张毫无规则的、射线型的网状图。而设计方能提供的也只有一个三维模型中的空间座标，无法用平面图表达。就像面对一个小汽车模型，没有二维加工图纸等资料，却要深化设计加工制作出一辆能跑上马路的汽车。

　　难度极高的项目、无平面图纸施工——用曹志根的话来说，简直就是“狗咬刺猬，无从下口”啊。施工和安装难度以及施工工期的紧迫性让很多想接这项工程的承建商望而却步。

　　在中建五局，曹志根是少有的具有硕士学历专业背景的国家注册一级建造师。如果能集分公司之力做好这个项目，不仅对曹志根自己是个证明和挑战，对山西分公司来说，这也是一个进入大同、乃至山西高端市场的重要机会。曹志根果断迎接挑战，对业主承诺：“别人干不了，我们干!”

　　主体桁架5mm的误差震惊国际设计大师

　　仅仅把承载大同图书馆这个复杂翼型结构的三维模型分解、深化设计最后再还原，就需要强大的技术支撑。以曹志根为首的领导班子迅速整合高端技术人才。技术人员在熟悉模型之后，根据座标将数据摘录下来放到二维CAD中，一个一个，成千上万个数据，把这个没有一根直轴线的三维模型在二维CAD中进行深化，计算出每个构件和结构体的受力，最后又悉数还原到犀牛模型中。

　　在深化设计中，技术人员将每个球形节点的中心投射到球形表面，再测算每两个球形节点表面到表面的距离对球心做出定位，解决球形节点中心定位的难题。接着利用犀牛软件创建的三维模型,深化设计人员检查模型中各杆件空间的逻辑关系有无错误，再生成正确的施工详图给厂方加工和安装使用。

　　解决完深化设计问题后，技术人员又遭遇新的施工难题——主楼内部悬挑结构及幕墙存在较大变形和应力作用的风险。项目部迎难而上，先在计算机中搭建一个虚拟的大同图书馆，针对搭建过程中卸载临时支撑造成的变形和下沉进行仿真分析，对构件尺寸与安装位置进行调整，耗时三个月时间，直至毫无误差，从而保证安装质量和安装精度。大家笑着说：“在电脑里建个工程，比实际建个工程花的时间还长!”

　　科学的设计施工体系保证了实施效果。最终主体桁架封顶卸载后标高累计误差仅为5mm，美方科恩教授亲临现场后，禁不住感慨：图书馆项目是他所有设计的作品中施工质量和设计理念结合的最成功的一个，没想到中国建筑企业有如此高的施工技术水平。通过建模与深化设计于一体的犀牛软件，项目部不仅化解了钢结构安装方法和安装工艺方面的高级别难题，还积极创新，将应用于桥梁建造的减震支座，根据项目特点和需求进行了借鉴;施工中，将大地坐标转化为场内三维坐标进行构件的预拼装，提高工效;通过优化了型钢混凝土组合结构节点施工设计，减少了施工工序，简化了项目施工管理难度，为项目管理创造了更大的经济效益，尤其是基础梁施工节约工期13天，整个基础结构施工工期比原计划工期提前1个月，且优化后的节点结构形式简单，与普通基础梁施工并无差异，工程施工质量易于保证，同时为项目节约了施工成本，另由于施工工艺的变更，减少了现场大范围的焊接施工操作，不仅消除了施工安全隐患，还减少二氧化碳等温室气体的排放，节能环保。

　　精品工程源于精密的组织,科学的管理

　　这不是一场施工建设，更像是一场战役。

　　大同图书馆项目不仅是大同四大场馆项目，七大重点工程之一，同时又是2013年第八届国际太阳能十项全能竞赛的竞赛场地，其施工紧迫性不言而喻。

　　高难度的建筑，施工期紧张的压力，给中建五局山西分公司的每一个人都是挑战。稍有不慎，就有可能影响质量，影响进度。施工现场有7个分包队伍、8个专业同时在建筑面积2万平米，高度24米的现场交叉作业，难度极大，既有技术攻关对工期的影响，又有体量大对工期的影响，开工伊始，经理曹志根就明确了发挥总包管理优势，强化整体协调推进的工作思路。

　　技术、质量、进度、安全一个都不能少。针对对内分包和对外分包，项目部分别制订了总包管理办法，两部总包管理办法均长达30多页，事无巨细，对施工过程中的各个方面以及主要岗位的责任范围、惩奖措施都进行了详细的说明。这成为了项目部总包管理工作的详细指导书。

　　每天早上7时，项目部所有管理人员同各分包负责人都会齐聚项目现场，巡查会议准时召开。每个人都须汇报上一工作日的情况，会议明确整改措施，针对现场进度对当日的工作内容进行安排。从现场巡查回来，一般都要将近两个小时。晨例会极大地保证了现场质量和施工的进度、资金、设备等问题。

　　保质量的同时，力挽进度。在项目部的各个办公室都挂着一张项目进度计划网络表，在这个表格上可以直观地看到总目标被分解为短期小目标，旁边附注了相应的奖惩措施。

　　如果把大同图书馆比作一个舞曲，这个进度计划网络表就像曲谱。施工过程中人员、材料、机械、气候、设计……每一个元素的异常，都需要及时调整变更舞步，保持整个曲调的和谐统一。项目管理者就像一个乐曲的指挥家，做好信息管理，及时采集人员、材料、机械、气候、设计变更等信息，随时间推移，定期检查、调整进度计划网络表。

　　2012年9月22日，在同批建设的国际太阳能竞赛场地的四大场馆中，中建五局承建的大同图书馆项目率先实现主体钢结构封顶!

　　新建成的大同图书馆显现出与众不同的视觉冲击力，无与伦比的雕塑感呈现出拥抱现代生活、服务当代百姓的姿态，世界前沿的建筑设计理念延续周武山麓的悠远文脉，巨大的藏书空间中营造出层次叠加的立体感和雕塑感，他们仿佛看到世人在书山文海中领略另一种深厚的历史积淀和博大的文化底蕴。曹志根和他的技术管理团队几百个日夜的奋战，也得到了社会和中建五局的高度认可。

　　2013年4月18日，大同图书馆“大型复杂翼型钢结构工程”获第11届中国钢结构金奖，钢梁锚固技术获国家知识产权局实用新型专利授权。曹志根本人也被建设部评为2012年中国建筑业项目管理模范人物。

　　80余万平米保障房、新建第九中学校、四十五校、太阳宫广场观光塔项目……一个又一个要求高、难度大的工程承建，是政府与社会对他们最好的肯定。2013年5月28日，中建五局(北京)山西分公司成立，经理曹志根表示，山西即将迎来建设高潮，他将带领团队以更饱满的热情，更激昂的斗志，为山西建设更多的精品工程，并实现公司历史性的跨越。 牛黎 汪忆