9月8日,天安门地区管理委员会公布的最新数据显示,截至9月7日,来自全国各地的62.3万群众来到天安门广场打卡留念。14米高的“钢铁长城”年号台是如何设计制作的?对此,北京青年报记者进行了幕后揭秘。
一次性拼接成型
纪念大会天安门广场景观于9月4日下午向公众开放,天安门广场年号台、花卉绿地景观等仍保留。
人民英雄纪念碑以北,北京中轴线两侧,对称布置的年号台宛若两扇矗立的大门缓缓拉开一场大幕,14米高的“钢铁长城”年号台主造型揭示了纪念大会“众志成城”的主题,14个人字造型长城烽燧,14只展翼飞掠的和平鸽,象征着中华民族14年抗战历程。最下方绿色的自然花境象征着大地,而在大地之上是缓缓升起、泛着金光的红日,托举起1945、2025的金色年号,象征着中华民族经历14年浴血奋战,最终迎来曙光,走向胜利。
北青报记者从北京城建集团了解到,总体施工规划以模块化结构拼装演练配合广场实际安装的组合方案,全力消除安装误差,确保一次性拼接成型。
广场正中央的年号台由基座、长城台、年号字、和平鸽四大元素组成。其中年号台主体结构上部的异型钢结构桁架不仅造型复杂,受力体系更是牵一发而动全身,要在有限时间内克服夜间施工因素,实现700余吨钢结构无误差拼装,对整个项目团队来说,无疑是一场硬仗。
“当年,北京城建就是从鸟巢工程的重型钢结构体系中走出来的,已经积累了相当成熟的钢结构建造技术优势,我们把‘硬骨头’拆成‘小块’啃。”项目总指挥张晋勋一边将3D建模软件动态演示的桁架拼装过程展示给大家,一边说到“经过技术团队的多次模拟测算,把两座年号台的异形桁架拆解成22个独立吊装单元是最合理的方式,既满足运输尺寸要求,又节约人力物力,就像把一张大拼图分成了22片,每一片上都密密麻麻标了400多个定位点。”
他点击鼠标放大模型细节,红色的定位点在屏幕上闪烁,“这些点位就是桁架安装的‘身份证’,我们模拟了二十多遍拼装流程,夜间施工时,工人只要对着点位对接,就能保证单元体之间、单元体跟底座严丝合缝,零误差不是问题。”吊车的轰鸣声、安装工人的敲击声、对讲机里的指令声交织在一起,每一个环节在实时调度中紧密衔接。16小时内完成地胶、钢板、垫板调平,32个小时完成基础板和配重安装,48个小时塔架作业结束,项目团队以高效的组织协调,提前两天完成钢结构施工。
印刷工艺首用在建筑幕墙
据介绍,从设计到施工,从钢结构拼接方式到喷涂工艺选择,北京城建将创新融入设计、施工、建造全过程。
为了寻找能够满足色彩呈现稳定、不受自然环境影响的幕墙上色工业化制造方案,项目团队历经两个月的持续探索和反复调研,最终实现UV打印技术在建筑幕墙上的首次应用,解决传统手工喷涂方式带来的生产周期不可控、呈现效果不可控难题。
该技术在幕墙铝板上应用尚属首次,项目团队没有任何施工经验。“所有环节必须做到精益求精,没有经验我们就创造经验!”项目负责人高树栋说。从打印尺寸、材料特性到技术能力,项目团队开启严选模式并层层把关。UV打印技术常见于广告印刷中,为了验证其在大型建筑外幕墙的呈现效果,项目技术团队直接带着幕墙铝板进驻生产厂家,经过反复加工测试,色彩数据调整,20余次实验对照,最终确定UV打印技术施工方案可行。生产出的渐变色年号台外幕墙经受住了漫长雨季的考验,达到了上色均匀、工期可控、抗天气干扰的目标。
北青报记者了解到,象征着中华民族14年抗战光荣历程的和平鸽雕塑由中央美术学院团队以我国本土鸽子“北京白”为原型精心设计。而为了还原和平鸽活灵活现的姿态,项目团队采用“3D打印技术+玻璃钢浇筑成型”施工方案,成功克服传统雕塑重量过大且不耐候的特性。
怎样保证单体和平鸽雕塑在多次拆装的过程中不受破坏且便于施工开展是横亘在项目团队面前的又一大难题。初版设计方案中,每只鸽子雕塑后面都连接着一根1.5m-2m长的钢管,在反复拆装的过程中极易造成雕塑的损坏。为了破解这个施工瓶颈,团队针对和平鸽元素与年号台主体之间的连接方式进行研究,经过一个月反复出图论证,创新性提出三段式拼接法,将雕塑根部的钢管与幕墙内部的钢管分为三段,以法兰盘相连接,减小长钢管对雕塑的破坏风险,满足可重复拆装的要求。为了达到最佳的观赏效果,项目团队不断优化连接部件,从法兰盘改为衬管加沉头螺丝的组合,最终在组合外配上不锈钢套管,将原本裸露在外面的连接部件完美隐藏,形成灵动和平鸽与年号相互映衬的和平画卷。
小样首次由金属3D打印而成
为了方便前期方案评审与效果推演,为实际建造提供重要依据,在年号台设计验证环节,需要完成1:30比例的缩小样件制作。北青报记者从京城机电所属北京京城增材科技有限公司(简称“京城增材”)获悉,该公司首次将大型金属3D打印技术系统应用于国家级纪念大会建筑的前期样件验证环节。
“公司仅在9天内就完成首版样件的打印、后处理及组装工作。” 京城增材总经理庞瑞峰介绍,公司通过金属SLM(选择性激光熔化)增材制造技术,完成天安门前面的纪念大会主题建筑及年份标识物的等比例缩小样件打印与后期制作。等比例缩小的高精度金属样件,为设计方提供了直观的视觉与触觉体验,能够提前发现并优化设计图中难以察觉的细节问题,大幅降低了实际施工阶段的风险与成本,确保了最终建成效果的最佳展现。
5月1日上午,正值国际劳动节假期,京城增材接到“立即启动制造”的指令,快速确定了以航空铝合金和钛合金为打印材料,并论证了分块打印策略、成型壁厚、支撑添加、后处理流程、组装及喷涂方案。5月2日上午7点,在第一版切片文件准备就绪后,SLM打印机操作人员即刻启动设备,投入打印。打印期间,团队实行“人停机不停”的倒班制度,零件一旦打印完成,立即取出并流转至下一工序,最大限度争取时间。在京城增材团队紧密协作配合下,所有分块打印无一失败,于5月8日全部完成。
然而,挑战并未结束。据介绍,项目不仅涉及精密3D打印,更涵盖了热处理防变形、电火花线切割精密分离、手工与机械结合的表面处理、多部件精密组装以及特种喷涂等多道复杂工序。“所以留给后续热处理、线切割、支撑去除、打磨抛光及组装的时间已不足24小时。”庞瑞峰表示,京城增材迅速调动更多人力,全员投入项目的最终冲刺阶段。操作人员专注于让每一个曲面更光滑、每一条棱线更清晰,待到短暂休息时,才发现彼此的脸上、身上都已布满了黑色的金属粉灰。团队每位成员用汗水与细心,将粗糙的打印件打磨成了光彩照人的艺术品。
最终通过通宵进行应力消除热处理、精密线切割、手工精细打磨与反复试组装,首版样件终于在5月9日凌晨5点完成并如期交付。后续根据专家评审意见,团队又历经多轮优化设计与迭代打印,不断调整细节,最终完成定型样件的制作,并通过喷涂底漆、多层上色等工艺,完美呈现出小样的宏伟造型与细腻质感,为纪念大会主题建筑的正式建设提供了有力参考。
文/北京青年报记者 宋霞
编辑/李涛