“北京新機(jī)場面向未來航空發(fā)展趨勢，在數(shù)字化機(jī)場的基礎(chǔ)上，構(gòu)建智慧機(jī)場Airport 3.0。”郭雁池告訴《中國新聞周刊》，作為更為開放的機(jī)場信息平臺，機(jī)場Airport 3.0利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算及存儲、個(gè)人智能終端、虛擬可視化技術(shù)等，能打造一個(gè)信息共享、智能決策的智慧機(jī)場，給旅客更多智能化出行體驗(yàn)。
越來越多領(lǐng)域最新的科技成果，也出現(xiàn)在新機(jī)場的建設(shè)上，比如跑道自融雪系統(tǒng)，飛機(jī)滑行引導(dǎo)系統(tǒng)、全樓單燈控制系統(tǒng)，低溫陶瓷涂模材料等應(yīng)用。
“現(xiàn)在如果出現(xiàn)大雪天氣，地上積雪來不及清除，會導(dǎo)致機(jī)場暫時(shí)關(guān)閉。”北京新機(jī)場建設(shè)指揮部總指揮姚亞波告訴《中國新聞周刊》，新機(jī)場未來的四條跑道中，將有一條采用自融雪技術(shù)，“可以實(shí)現(xiàn)即使冬天下大雪，也不用關(guān)閉機(jī)場。”
21世紀(jì)的機(jī)場，對綠色環(huán)保節(jié)能的要求也更高，必須是真正的綠色機(jī)場。“北京新機(jī)場在設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行全過程深入踐行綠色理念，致力于成為我國甚至世界上綠色機(jī)場建設(shè)方面的范例。”北京新機(jī)場建設(shè)指揮部總指揮姚亞波說。
“新機(jī)場建筑節(jié)能率比國家公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求提高30%，達(dá)到了最高的國家綠色建筑三星級和國家節(jié)能建筑3A級標(biāo)準(zhǔn)。”郭雁池介紹，“新機(jī)場比同等規(guī)模機(jī)場航站樓能耗降低20%，每年可減少二氧化碳排放2.2萬噸，相當(dāng)于種植119萬棵樹。”
北京新機(jī)場建設(shè)指揮部還承擔(dān)了民航局委托的《綠色航站樓標(biāo)準(zhǔn)》編制工作，該標(biāo)準(zhǔn)已于2017年2月1日起正式實(shí)施，填補(bǔ)了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的空白。
綠色機(jī)場的一個(gè)關(guān)鍵性指標(biāo)，就是水資源的利用。北京新機(jī)場對全場水資源收集、處理、回用等統(tǒng)一規(guī)劃，全場建設(shè)總?cè)莘e達(dá)280萬立方米的調(diào)蓄水池，約為昆明湖體積的1.5倍，南水北調(diào)日均入京水量的3倍。新機(jī)場雨水回滲率不低于40%，雨、污分離率和處理率均達(dá)100%，非傳統(tǒng)水源利用率達(dá)30%，致力于建成復(fù)合生態(tài)水系統(tǒng)高效合理運(yùn)行的“海綿機(jī)場”。
超級工程的挑戰(zhàn)
世界級的機(jī)場工程，也帶來了世界級的工程難題。北京建筑設(shè)計(jì)研究院總工程師束偉農(nóng)用了一句話來總結(jié)新機(jī)場的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)超長超大。
束偉農(nóng)是著名的建筑結(jié)構(gòu)工程師，他告訴《中國新聞周刊》，北京新機(jī)場航站樓南北長996米，東西方向?qū)?144米，中央大廳頂點(diǎn)標(biāo)高約為50米，航站樓總建筑面積約為80萬平方米，是國內(nèi)最大的單體航站樓。
新機(jī)場航站樓中心區(qū)域混凝土樓板長518米、寬395米且不設(shè)縫，是國內(nèi)最大的單塊混凝土樓板，可以將“鳥巢”置于其上。
尺度巨大的混凝土結(jié)構(gòu)，需要重點(diǎn)解決裂縫控制和溫度作用問題。“由于混凝土具有收縮性，所以難點(diǎn)在于裂縫控制。因?yàn)榛炷劣袦囟茸兓?，如果處于自由伸縮的狀態(tài)就不會裂，一旦處于受約束的狀態(tài)，薄弱環(huán)節(jié)就會出問題。” 束偉農(nóng)說，國內(nèi)建筑從沒有過那么大的一體化混凝土板，將近一層就達(dá)18萬平方米。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)通過設(shè)置施工后澆帶、采用補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)，采用60天齡期的混凝土強(qiáng)度等措施，成功解決了這一問題，“整個(gè)航站樓混凝土沒有出現(xiàn)裂縫。”
“地上”的問題解決了，“天上”的問題也異常復(fù)雜。主航站樓屋蓋呈現(xiàn)為不規(guī)則自由曲面，屋蓋流動的曲線造型，最高點(diǎn)和最低點(diǎn)高差約30米，高低綿延起伏。
航站樓屋蓋總投影面積達(dá)31.3萬平方米，大約相當(dāng)于44個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場，總用鋼量達(dá)到5.2萬多噸，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度極大。
“C型鋼柱的豎向和水平承載能力、抗連續(xù)性倒塌能力和抗震能力都非常特殊，現(xiàn)行的設(shè)計(jì)規(guī)范、規(guī)程都沒有提及。” 束偉農(nóng)告訴《中國新聞周刊》，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了很多專項(xiàng)研究。
最終，核心區(qū)屋頂屋蓋鋼結(jié)構(gòu)投影面積達(dá)18萬平方米，但僅以8根C型柱為主要支撐，C型柱間距達(dá)200米。整個(gè)核心區(qū)屋頂由63450根桿件和12300個(gè)球節(jié)點(diǎn)拼裝而成。
五條指廊的鋼網(wǎng)架，采用桁架和網(wǎng)架混合結(jié)構(gòu)，總投影面積約13.3萬平方米；最大跨度41.6米，網(wǎng)架最大高差約5米。5個(gè)指廊屋面鋼網(wǎng)架一共由8472個(gè)焊接球、55267根桿件拼裝而成。
針對可以放下“鳥巢”的超大平面所帶來的材料運(yùn)輸難題，負(fù)責(zé)航站樓中心區(qū)施工建設(shè)的北京城建集團(tuán)首次修建了兩座長達(dá)1100米的鋼棧橋，采用16臺小火車來回運(yùn)輸材料，使工效提升了4倍。
在對面積達(dá)18萬平米、重量超過3萬噸的不規(guī)則自由曲面結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的提升中，通過在不同區(qū)域、不同工況，分別采用原位拼裝、分塊提升、累計(jì)提升等科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、安全的施工方案，以及應(yīng)用測量機(jī)器人定位、計(jì)算機(jī)同步控制提升、BIM技術(shù)模擬等先進(jìn)技術(shù)，建設(shè)者們僅用80天就完成了世界規(guī)模最大的機(jī)場鋼網(wǎng)架提升，提升精度差控制在±1毫米以內(nèi)。同時(shí)，北京新機(jī)場航站樓在國內(nèi)首次采用安裝了有四層結(jié)構(gòu)的鋁網(wǎng)玻璃，首次嘗試應(yīng)用了三維掃描儀與無人機(jī)結(jié)合的測量方式。
航站樓屋頂?shù)牟ＡВ恳粔K都有特殊的“身份證”。施工單位共安裝完成立面超大玻璃4500塊、屋面采光頂異形玻璃8100塊；經(jīng)過1200余名工人連續(xù)三個(gè)月晝夜奮戰(zhàn)，提前2天完成了18萬平方米的多達(dá)13道工序的雙曲面金屬屋面，行云流水般的屋頂曲線造型已經(jīng)躍然而出。
整個(gè)新機(jī)場航站樓工程最大的挑戰(zhàn)在于，它是目前中國規(guī)模最大的空地一體化綜合交通樞紐。
“有多達(dá)五種不同類型的軌道，包括高鐵、地鐵、城際鐵路等，在航站樓下設(shè)站并縱穿航站樓，特別是高鐵過站時(shí)，時(shí)速將達(dá)到300公里以上。”郭雁池對《中國新聞周刊》描述，幾乎可以形象地說，航站樓建在了火車站上。
空鐵一體化設(shè)計(jì)是目前世界機(jī)場建設(shè)的發(fā)展趨勢，軌道交通在航站樓正下方縱貫穿越，站臺就位于航站樓大廳下方，能夠真正實(shí)現(xiàn)“立體換乘、無縫銜接”的目標(biāo)。郭雁池解釋，但這也勢必帶來建筑功能銜接及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，特別是高鐵對基礎(chǔ)沉降嚴(yán)苛的要求，及對建筑震動、列車風(fēng)沖擊和噪聲的影響。
“為確保新機(jī)場工程的抗震安全性，中心區(qū)采用了隔震技術(shù)，共設(shè)置隔震支座1152個(gè)。”郭雁池說，通過區(qū)間隔震技術(shù)，將上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)形成柔性連接，減緩軌道快速穿過震動對上部結(jié)構(gòu)的影響。
“高鐵不減速穿越航站樓屬于世界性的難題。”束偉農(nóng)解釋，高鐵穿越時(shí)產(chǎn)生的震動應(yīng)控制在旅客能接受的合理范圍內(nèi)，產(chǎn)生的列車風(fēng)不應(yīng)對地下室的圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。
“高鐵經(jīng)過時(shí)，會壓縮空氣往兩邊擠，對頂棚、側(cè)墻都會產(chǎn)生沖擊和影響。因此，為能夠經(jīng)受列車風(fēng)的沖擊，車站里的排煙風(fēng)道全是混凝土，不能使用吊頂之類的輕結(jié)構(gòu)。” 束偉農(nóng)說，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)研究了各個(gè)點(diǎn)的加速度影響，做了很多分析，從初步的仿真計(jì)算看，目前列車風(fēng)對建筑影響不大。
機(jī)場下面跑火車，航站樓里的乘客會不會感到震動感？郭雁池說，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)專門開展了北京新機(jī)場結(jié)構(gòu)的列車震動影響、列車風(fēng)、噪聲等專項(xiàng)研究，“根據(jù)研究成果，對超過限制的薄弱區(qū)域進(jìn)行了局部加強(qiáng)，使其影響減小。”
對穿越航站樓的不同列車，也有特別的防護(hù)措施。比如，新機(jī)場快線和地鐵，在航站樓區(qū)段設(shè)置了浮置板進(jìn)行減震。
北京新機(jī)場空域復(fù)雜、跑道數(shù)量多且有東西向布局，特別是航站樓綜合性強(qiáng)、造型復(fù)雜，技術(shù)難點(diǎn)多。在郭雁池看來，新機(jī)場建設(shè)中，挑戰(zhàn)無處不在，但挑戰(zhàn)才是最有吸引力的地方，“挑戰(zhàn)本身就是創(chuàng)新”。
(《中國新聞周刊》2018年第8期)
原文標(biāo)題：揭秘北京新機(jī)場：一座面向未來的機(jī)場如何誕生
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