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用创新突破书写“双奥”传奇——记“国家卓越工程师”李久林

2024-02-28 | 何亮 | 来源 《科技日报》2024年02月18日 |

“很多人都被‘鸟巢’的外围钢结构所吸引。其实,它内部的混凝土柱子长短不一、倾斜各异,而且与钢结构穿插在一起。如果一眼就将尺寸、颜色相同的柱子和钢结构分辨出来,那么你对‘鸟巢’工程的了解就很深入了……”

130日,在北京城建大厦的办公室里,刚刚荣获国家卓越工程师称号的李久林(清华大学2018级创新领军工程博士校友)热情地为记者推介国家体育场鸟巢和国家速滑馆冰丝带,这两座北京奥运的地标性建筑是李久林和技术团队一手打造的超级工程。

2003年开始建造鸟巢,到2022冰丝带惊艳冬奥,两大场馆直线距离只有3.5公里,李久林却带领技术团队奔跑了近20年,书写出奥运场馆建设的双奥传奇。

敢于突破,织就“鸟巢”

2001713日,北京申奥成功,举国沸腾。经过反复论证和比较,外形酷似鸟巢的设计方案脱颖而出,一座现代化的国家体育场备受国人期待。

“鸟巢”是中国第一座非线性建筑,也是当时世界上规模最大、用钢量最多、技术含量最高的超大型钢结构体育设施工程。

没有现成的标准,没有前人的经验。2003年,面对中国人建不出鸟巢’”的质疑声,35岁的李久林走上了鸟巢工程总工程师的岗位。

摊开150张钢结构图纸,鸟巢以独特的坐标点位呈现在李久林面前。如何让施工方也能看得懂纵横交错的钢结构?李久林选择打破常规,联合清华大学研发三维数字模型软件。

当软件在电脑中运行起来,“概念图”中的“鸟巢”瞬间形象可感。三维数字模型不仅辅助施工方像裁布制衣一样定制钢板,而且能把每一个焊工的每一条焊缝都管理起来,开创了我国BIM(建筑信息化模型)技术应用的先河。

“鸟巢”的外形结构主要由巨大的门式钢架组成,内部没有一根立柱,高空大跨度的马鞍形屋盖支撑在24根桁架柱之上。这意味着4.2万吨钢的受力点都在24根柱子和柱脚上。

高强度钢材及其焊接技术是决定成败的最关键因素。李久林深知,当时国内没有符合要求的高强度钢,也很难进口,要突破这个“卡脖子”难题,必须实现高强度钢材的国产化。他联合设计单位、分包单位、材料供应商等一道开展技术攻关,经过无数次研发与探索,最终制造出国产Q460钢材。

但新型钢材碳当量较高,可焊性较差。面对紧张的施工期,李久林又揽过重任,开展焊接参数研究、焊接工人培训等一整套技术试验创新。直到近700Q460高强钢在鸟巢上应用成功,这项束缚我国建筑业的瓶颈被突破。

如今,在北京大兴国际机场等建筑中,Q460高强钢大量应用。仅2023年我国Q460高强钢的用量就达120万吨。

勇于创新,编出“冰丝带”

2015年,北京冬奥会申办成功,中国再次聚拢了世界的目光。2018年,50岁的李久林重新披挂上阵,担任国家速滑馆工程总工程师。

世界上“最节能的馆”和“最快的冰”,是建造“冰丝带”的两大世界级目标,更是李久林对奥运工程品质的极致追求。他常说:“建造‘鸟巢’我们是背水一战,必须完成;建造‘冰丝带’我们游刃有余,要建造得更好!”

国家体育场以钢为枝编织“鸟巢”,国家速滑馆用钢为索“绷”出一个大跨度的屋顶。都是“钢”,“鸟巢”和“冰丝带”的钢却完全不同。

李久林把“冰丝带”钢索的应用过程叫作“编织天幕”。其中的关键“材料”是一种被称为“高钒密闭索”的密闭钢丝绳,但能生产出这种材料的工厂主要集中在欧美发达国家,国内没有先例。

在从国外直接购买和自主研发这两个选择中,李久林力排众议,选择了更难走的路——破解高钒密闭索国产化的瓶颈。

“沿用国外技术虽然风险低、压力小,但成本高,建设周期受制于人。我们就是要依托北京冬奥场馆建设,突破技术壁垒,推动高端材料国产化。”李久林和团队拿出当年攻克“鸟巢”国产Q460钢时的气魄,矢志创新超越。

李久林团队把国内能够生产高钒密闭索的顶级厂家全部考察了一遍,联合厂家进行技术攻关,仅用3个月便突破核心技术瓶颈。新研制的国产索不仅实现了在国内重大建筑工程的推广应用,还出口应用到国际重大建筑工程中,极大促进了相关产业的发展。

“冰丝带”打造“最快的冰”,冰面最关键。此前,速度滑冰能创造世界纪录的两块冰场都位于高原地区。而“冰丝带”位于低海拔的平原,在这里打造“最快的冰”是巨大挑战。

在速度滑冰场地,温差越小冰面的硬度就越均匀、冰面越“丝滑”。李久林团队拿出的“中国方案”创新性地采用了二氧化碳跨临界直冷制冰技术,不仅将冰面温差控制在0.5摄氏度以内,而且碳排放趋近于零。

国家速滑馆是全球首个采用二氧化碳跨临界直冷制冰技术的冬奥速滑场馆,而北京冬奥会就是“试金石”。冬奥会期间,各国健儿在国家速滑馆连连刷新奥运会纪录时,李久林欣喜不已。“能够参与两个奥运会,见证奥运纪录在自己建造的场馆中诞生,是作为土木工程师最大的荣耀。”他说。


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