北京大兴国际机场:超级工程的挑战

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再过不到3个月,屋面颜色取自故宫夕阳琉璃瓦色调的大兴机场航站楼将正式投入使用,一座全新的机场,在中轴线的最南端,与历史厚重的故宫,交相辉映。

2018年,北京故宫博物院接待游客数量突破1700万人次,72万平方米的总面积中,开放区域达80%。而在故宫正南方的京冀交界处,北京中轴线末端,70万平方米的大兴机场航站楼正在如火如荼的建设中,到2025年,预计将有7200万旅客进出这座“超级航站楼”,他们将从这里踏上归家的旅途,或者飞向人生的下一站。

70万平方米的一间屋子

从覆压三百余里的阿房宫,到单体建筑面积约176万平方米的成都新世纪环球中心,古往今来,我们对“大”的崇拜和向往一直在延续。而被誉为“新世界七大奇迹”之首的大兴机场项目,航站楼综合体建筑面积虽然超过了140万平方米,但它并不以大取胜,而是因工程的先进性、复杂性和建设速度令人叫绝。

大兴机场航站楼经过了近5年时间,在设计上历经多轮次优化和多方案集成,“比如我们的指廊长度,造型稳定后,从630米减少到了600米。”大兴机场建设指挥部总工程师郭雁池说,“指廊宽度也进行了缩减,最终方案最高点只有50米。”他表示,为大兴机场设计航站楼,就是要在各种指标平衡中找到最优方案,首先必须是集约美好的方案,不求大、不浪费任何资源,要尽最大努力,让旅客便捷舒适。

其实,在世界民用机场的建设思潮中,大型机场航站楼有两个方向的选择:是建一座集中式的航站楼,还是多个单体的航站楼,从最初大兴机场航站区规划方案的国际征集中可见一斑:4家国外设计单位的5个方案中,有3个都是多个单体的分散式布局。经专家结合我国航空公司运营的实际情况评审论证后认为,大兴机场更适合一座集中式大型航站楼加卫星厅的布局模式,便于分期发展,更有利于资源效率最大化。

大兴机场航站楼南北长996米,东西方向宽1144米,中央大厅顶点标高约50米,航站楼总建筑面积约70万平方米,是目前国内最大的单体航站楼。这种挑战是极大的。大兴机场建设指挥部航站区工程部副总经理赵建明介绍说,机场是民生工程,航站楼不同于别的建筑,再大的建筑,一般都可以分解成不同的单元、不同的区域、不同的房间,整体进行规划,分步进行设计,但航站楼在一个屋檐下,旅客根据不同流程自由流动,可以形象地说,“是70万平方米的一间屋子,是几千万人在同一空间活动的地方”。

为此,负责大兴机场航站楼施工图设计的北京市建筑设计研究院与中国民航机场建设集团公司,联合几十位国内各建筑专业的顶级设计师,用“同画一张图”的思路,集合造型设计、结构受力、机电设备、弱电信息、旅客流程等各方面的才智,并统筹管理,各方面有机平衡,在三个多月的时间里,废寝忘食,日夜鏖战,把设计方案变成了一张张可以落地实施的施工图。

精度差控制在±1毫米以内

航站楼的钢网架结构由支撑系统和屋盖钢结构组成,形成了一个不规则的自由曲面空间,总投影面积达31.3万平方米,相当于44个标准足球场,用钢总重量达到五万两千多吨,结构复杂,施工难度极大。

“C型钢柱的竖向和水平承载能力、抗连续性倒塌能力和抗震能力都非常特殊,现行的设计规范、规程都没有提及。”北京建筑设计研究院总工程师束伟农说。对此,设计团队进行了很多专项研究,最终确立了由核心区、指廊两大部分组成的航站楼钢结构方案。其中,核心区屋顶由6个较为完整稳定的受力体系连成有机整体,最大高差约30米。屋盖钢结构投影面积达18万平方米,仅以8根C型柱为主要支撑,合围形成了一个直径达180米的无柱空间圆。整个核心区屋顶由63450根杆件和12300个球节点拼装而成。

指廊钢网架采用桁架和网架混合结构,总投影面积约13.3万平方米;最大跨度41.6米,网架最大高差约5米。5个指廊屋面钢网架共由8472个球节点和55267根杆件拼装而成。

为攻克钢网架质量标准高、精度要求高、多工种多工序交叉作业协调难度高、安全管理难度高以及工期紧等方面的难题,建设者们经过周密论证、精细模拟,对不同分区、部位采用吊装、滑移、提升等多种方法,特别是采取了“计算机控制液压同步提升技术”。该技术系统由钢绞线、提升油缸集群、液压泵站、传感检测、计算机控制和远程监视系统等组成,通过计算机控制的液压同步提升系统,平稳地把钢网架提升到指定位置,平均提升速度6~8米/小时,提升精度差控制在±1毫米以内。

大兴机场建设指挥部还联合了世界上民航运行领域的顶级机构,先后开展设计复核及支持研究、航站楼仿真研究、陆侧交通仿真研究、捷运系统专项设计研究、商业布局规划专项研究等多项专业的配套研究工作,一系列客观翔实专业的研究成果,为航站楼建设奠定了基础,为旅客流程设计的合理性提供了依据。

统筹谋划才更合理

不只是航站楼建设,大兴机场项目面临的复杂难题还有很多。约4万亩的一期建设土地内,仅民航的业主单位就有机场、航空公司、航油、空管等不同类型的多家。诉求不同、业务不同、进度也不同,如何统筹协调?

作为主要基地航空公司,南航将在大兴机场建设亚洲最大的机务维修机库、亚洲最大的航空配餐中心,此外还有运行及保障用房项目、单身倒班宿舍项目、货运区项目等5大功能区的6个地块,共36个单体建筑;东航也将建设货运区、机务维修及特种车辆维修区、航空食品及地面服务区、核心工作区、生活服务区等不同区块,总建筑面积近117万平方米。

保障项目航油工程项目下设津京第二输油管道、场内供油工程和地面加油设施工程等3个子项目,其中包含国内迄今为止设计管径最大、管线距离最长、规划路径难度最高的航煤运输管道,建成投运后,具备年输送量1200万吨、加油量400万吨能力;空管工程主要包括西塔台、东塔台和北京终端管制中心工程三个项目,建成后不仅将为京津冀三地四场的起降航班提供中低空高度约600米至6000米的进近管制服务,还将成为国内第一家军民航联合管制终端中心。

涉及面广、影响力大,大兴机场项目自谋划之初就从体制机制上统筹布局,合理谋划,北京新机场建设指挥部党委书记李勇兵介绍说,在国家层面,由国家发展改革委牵头成立了包括空军、国土资源部、环保部、铁路总公司、京冀两地政府等组成了“北京新机场建设领导小组”;在民航层面,民航局成立了由局长冯正霖任组长、各副局长任副组长的领导小组,统筹解决行业内的事项,同时与京冀两地政府,建立“一对一”协调机制,解决涉及地方的重点事项;项目法人首都机场集团公司,“举全集团之力”协调立项报批、资金筹措、工程建设、运营筹备等相关工作。

值得一提的是,民航局在2017年大兴机场攻坚倒计时一周年之际,发布了委托同济大学课题组编制的《北京大兴国际机场建设与运营筹备总进度管控计划》,以工程竣工和开航投运为总目标,将项目各投资、建设和管理主体的建设、移交与接收、运营准备计划有机衔接起来,实现超越组织边界的管理和建设运营一体化。此后,各相关单位一直以“管控计划”为统一的行动纲领,全力推动各项工作。

此外,大兴机场工程,实现了不同业主单位统一规划、统一管理的格局。比如在涉及各单位的工作区规划建设中,引入了“开放式街区”的城市设计理念,打破机场传统按单位区分、大院式开发格局,采用“小街区、密路网”的规划策略,各地块面积控制在2公顷以内,创建宜人的地块尺度,提升地块活力和场地的交通效率。

合力建设成就目标

“三纵一横”4条跑道、70万平方米航站楼、14.17万平方米货运设施、约250万平方米各类型配套设施和场外生活保障设施、6.7万平方米空管设施、50.2公里场内供油管道、6座地面加油站……

这些功能设施交织在一起,相互之间有着密不可分的关联。如何让各功能模块在投运时有机结合,协同运转发挥出最大效率,不仅考验运行阶段的管理水平,更是检验建设阶段的协同和智慧。

供水供电,是任何一个工程项目破土动工的必备条件。大兴机场繁多各样的保障需求,都落在了大兴机场建设指挥部负责市政设施的配套工程部肩上。

为保障各单位不同项目工程建设顺利推进,大兴机场建设指挥部进行了“点多、线长、面广”的配套工程建设,具体涉及29项的功能性设施,指挥部指挥长助理、配套工程部总经理刘京艳介绍说,我们依据功能不同,把工程分为建设交通设施的“大动脉工程”,场区生产生活所需水、电、热、通信等各种能源的“生命线工程”,满足各驻场单位工作、生活需求各类保障设施的“大后方工程”,以及绿化节能建设的“美观工程”。

大兴机场选址区域为京冀交界处,以基本农田、林地和果园等为主,所有市政设施几乎都需要从零开始建设。

“特别要感谢北京市大兴区、河北省廊坊市供水、供电等相关部门的大力支持。”刘京艳感慨地说,“大家齐心合力、通力合作,才有大兴机场如期建成投用的可能。”

等待刘京艳和她的团队的,不只是工程的复杂和协调的难度,还有永兴河改道、500KV高压线迁改等极具挑战性的难题。

500KV高压线覆盖固安至北京安定范围,跨越北京两个镇、廊坊5个区,迁改路由规划是首当其冲的重任。为明确迁改规划路由,指挥部先后几百次的对接空军、地方政府、铁路局、交通局等几十家相关单位,不断进行调整优化。每一次路由调整都需要前往沿途村镇、农地进行现场踏勘调研,为了节约迁改工程投资,每次现场调研必须要做好保密工作。经过八年不懈努力,终于完成了规划路由、设计、稳评、洪评、环评、占地补偿、施工、验收发电等任务,并于2018年12月26日凌晨实现了55.5公里新线路送电,为大兴机场校飞、试飞、通航提供了坚强保障。

综合管廊建设,是大兴机场在能源保障方面耀眼的亮点。在整个场区地下,总长近15公里的综合管廊,为整个机场提供生产生活所需的各种能源线路,包括水、电、通信等。这既能减少土地占用,又能整合资源,避免“拉链工程”反复作业施工。

国家从2015年起大力推广地下管网设施在城市建设中的应用。而2016年开工建设的大兴机场管廊,早有此谋划,率先践行了国家倡导的先进理念。北京市当年规划建设50公里管廊,而大兴机场就已开工建设15公里,占比接近三分之一,成为管廊建设的先驱。

如何在15公里的管廊内合理排布各类能源供给线路,并对管廊运行进行有效管理,建设团队在前期都做了细致的设计和安排,同时,为保障管廊安全运行,管廊内设了19套辅助设施,包括消防、排风、氧气检测、Wi-Fi、通话、排水、监控等。

据刘京艳介绍,管廊的运行现在主要依靠19个自控系统和人工,未来随着5G、大数据等技术的发展应用,将考虑引入机器人等更多智能设备,更准确高效地检测、管理管廊设备,从人工管理向智能化管理转变,打造智慧管廊。(杨志勇)


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