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> 焦点 > 今期焦点
略数“鸟巢”与金属加工行业之相关点滴
刊登日期 :
13/08/2008 16:12
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杨凡莉
8月8日，当焰火照亮天空之际，2008年奥运会在北京正式宣布开幕。随着一场场赛事的紧张进行，奥运场馆“鸟巢”和水立方等建筑在此时也释放着“科技奥运”的魅力。当此际，我们不禁回想起当年“鸟巢”和水立方工程建设过程的辛苦，卸载时人们的激动，也回忆起相关制造业、机床设备等行业在其中所贡献的点点滴滴。
“鸟巢”在设计与施工方面存在很多特点及难点。其屋盖结构的主要承重构件体型大，单体重量重；由于本工程中的构件均为箱型断面杆件，多根杆件空间汇交现象普遍，再加上次结构复杂多变、规律性少，造成主结构的节点构造相当复杂，节点类型多样，制作、安装精度要求都非常高。
难点：焊接
在“鸟巢”的设计与施工中，焊接是项非常重要的工程。量大，焊接难度也大：既有薄板焊接，又有厚板焊接，既有平焊、立焊，又有仰焊，等等。“鸟巢”的仰焊技术是工程关键的技术之一。它不仅可以大大减少焊接工作量，缩短施工工期，降低工程施工成本，而且更重要的是能有效控制“鸟巢”焊接结构的初始应力，改善构件的变形，对保证结构的安全性具有重要的作用。但仰焊技术的运用，除对焊工技能有很高要求外，焊接材料的品质，尤其是仰焊操作工艺性能更是直接影响着焊接质量。
四川大西洋焊接材料股份有限公司数项工程用钢被指定为鸟巢的仰焊焊接材料，并在工程焊接应用中获得99.5%以上的焊接合格率, 保证了占 “鸟巢”钢结构安装焊缝总长1/5、约12km长的仰焊焊缝的高质量。为解决“鸟巢”层状撕裂的焊接工程问题，该公司应“鸟巢”焊接专家的要求专门研制了超低氢、超低杂质含量的高韧性抗层状撕裂CHE427RH焊条，并应用于“鸟巢”工程层状撕裂敏感的焊接接头，成功地扼制了层状撕裂缺陷的产生。
当奥运“鸟巢”工程钢结构成功实现卸载的时候，4.2万吨钢筋铁骨完全依靠自身结构支撑起来。对于如此之大的一个钢结构，建设者采取的是高空拼装的安装方法，而钢管打孔连结的核心设备———数控相贯线切割机，主要是哈尔滨四海数控科技股份有限公司提供的。正是这些设备的“穿针引线”，才使各种钢管相互连接，最后编织成奥运“鸟巢”。
专家指出，数控相贯线切割机其实就是一种数控切割机床。在所有大型管型钢结构中，这种机床可以为钢管之间的连接制造复杂的焊接坡口。在“鸟巢”建设中，担负支撑重任的管材间的焊接都离不开这种机床。“鸟巢”的成功卸载，充分说明这种机床打出的坡口经过焊接后，强度完全符合设计要求。
与金属加工行业的其它亮点
“鸟巢”作为北京奥运会建筑的代表作，其中凝结的科技结晶自然不止焊接这一点。作为一个巨型的钢结构——跨度近340米，高度达68米，相当于20层楼高，整个重量是4.2万吨，对金属加工行业的考验还有很多。
“鸟巢”外观图 |
由沈阳机床的合资企业菲迪亚数控机床有限公司制造的HS664RT五轴五联动高速立式铣削中心，被指定为“鸟巢”小型结构件的加工设备。该加工中心采用床身整体铸造、小龙门结构，产品整体钢性强，稳定性能好，对合金铝、石墨、淬硬钢、超硬合金等材料的加工有独到之处，丰富的选项使得该机床具有加工复杂形面所需的高速和准确的特性，特别适合中小型工件的加工。在今年的CCMT2008展会现场上，沈阳机床现场加工“鸟巢”样件，壁厚只有2毫米，加工刀具的直径是1毫米，精细如工艺品，获得众人的赞叹。
作为高科技精髓的CAE仿真技术，在奥运场馆的建设中也贡献颇大。采用CAE技术可以缩短产品的研制时间，并可节约成本和提高产品性能。
中国最大的CAE技术及服务提供者安世亚太（PERA Global）， 曾于今年7月份，携手惠普公司在北京举办了一场“2008奥运仿真技术秀”，展示了CAE仿真技术是如何助力北京奥运会的过程。“鸟巢”的主办方曾指出，该工程对安装精度的控制很难，由于施工过程中结构本身因自重和温度变化均会产生变形，而且支撑胎架在荷载作用下也会产生变形，加之，结构形体复杂，均为箱型断面构件，位置和方向性均极强，安装精度受现场环境、温度变化等多方面的影响，安装精度极难控制，施工难度大。施工前必须提前考虑好如何对安装误差进行调整和消除，如何进行测量和监控，使变形在受控状态下完成，以保证整体造型和施工质量。
而这一切在CAE的仿真模拟中都得到了体现，并最终得到解决。除了细节之外，安世亚太的CAE仿真技术在秀场上还详细演示了它是如何助力国家体育场馆进行结构分析和设计的，这些体育场馆包括“鸟巢”、水立方、羽毛球馆和网球馆，等等。
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