2019年5月，在中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會建筑鋼結(jié)構(gòu)委員會組織召開的“鋼結(jié)構(gòu)金獎”頒獎典禮上，由上海建工集團總承包的上海浦東國際機場三期擴建工程衛(wèi)星廳及捷運車站鋼結(jié)構(gòu)工程榮獲第十三屆中國鋼結(jié)構(gòu)金獎工程。
上海浦東國際機場衛(wèi)星廳總建筑面積62.1萬㎡，位于T1、T2航站樓南側(cè)，為目前世界上單體最大的衛(wèi)星廳，在投入運營后，屆時浦東機場旅客年吞吐量將達到8000萬人次。
衛(wèi)星廳與T1、T2航站樓的連接方式突破傳統(tǒng)，通過地下捷運系統(tǒng)相連，既相對獨立又相互聯(lián)系，形成“東西分開、南北一體”的總體規(guī)劃格局。
衛(wèi)星廳建筑外形呈“工”字型，將登機長廊的長度應用到最大化，增加了近機位數(shù)量，優(yōu)化了近機位布置。衛(wèi)星廳的建設，給浦東機場增加了83座登機橋、125個近機位，成為功能應用最大化的典范工程。
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衛(wèi)星廳鋼結(jié)構(gòu)工程關(guān)鍵技術(shù)
上海浦東國際機場衛(wèi)星廳工程由上海建工集團總承包，其中的鋼結(jié)構(gòu)工程由上海建工機施集團專業(yè)主承包。
鋼結(jié)構(gòu)項目組依托科研項目開展攻關(guān)，解決了鋼結(jié)構(gòu)工程建設中的眾多難題，在機場不停航施工協(xié)同管理技術(shù)、“鋼結(jié)構(gòu)—幕墻”一體化建造技術(shù)、大跨度空間雙曲桁架建造技術(shù)、“鋼結(jié)構(gòu)-金屬屋面”一體化建造技術(shù)、數(shù)字化建造技術(shù)等方面取得了獨特的創(chuàng)新成果。
1 機場不停航施工協(xié)同管理技術(shù)
浦東機場衛(wèi)星廳位于一號和二號跑道之間，建造前期，衛(wèi)星廳S1距西側(cè)正在運營中的專機坪僅一步之遙，中指廊下部為正在運營的申嘉湖高速南進場路敞開段。建造中期，涉及專機坪的停機位搬遷至衛(wèi)星廳東機坪側(cè)，因此不停航施工是機場運行管理的重要工作內(nèi)容。不停航施工過程中的人員、車輛、設備和施工區(qū)環(huán)境等因素會對飛行區(qū)的運行安全帶來一定的風險。
為確保不停航施工安全，減少不停航施工對機場運行安全的影響，項目前期各參建單位聯(lián)合協(xié)調(diào)探索利用不停航施工信息化管理系統(tǒng)來實現(xiàn)對飛行區(qū)內(nèi)不停航施工全周期、全流程的信息化管理，通過系統(tǒng)性的管理模式提高不停航施工的安全管理水平。
施工過程中，項目組根據(jù)施工特點合理規(guī)劃機場禁區(qū)圍界的布置及搭設，使用穩(wěn)固美觀的新型盤扣式腳手架和可降噪的安全密目網(wǎng)及鋼板網(wǎng)，在飛行區(qū)禁區(qū)圍界和施工區(qū)之間搭設了一道安全屏障。在中指廊南進場路敞開段光柵梁上方采用密布腳手管上鋪雙層九夾板、下部拉設防墜網(wǎng)和安全密目網(wǎng)的方式搭設硬隔離措施，保障機場南進場路主干道的通行不受影響。此外，在施工過程中注重標準化、定型化設施的充分應用，臨邊圍護長達20km。
項目組在施工階段充分運用BIM技術(shù)，施工現(xiàn)場組織管理全覆蓋，并向運維階段延伸，與機場集團共同搭建基于BIM的FM（Facility Management）設施集成管理系統(tǒng)。
采用移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建現(xiàn)場文明施工及不停航施工管理體系，建立全員實名制管理信息系統(tǒng)，施工現(xiàn)場設置人員信息采集功能的電子門禁系統(tǒng)和人臉識別系統(tǒng)，達到施工現(xiàn)場封閉化管理的要求。安裝全天候、無死角視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在施工現(xiàn)場衛(wèi)星廳主樓及登機橋上部安裝視頻監(jiān)控攝像頭，與機場禁區(qū)圍界視頻監(jiān)控共享，強化現(xiàn)場文明施工及不停航施工的管控能力。
2 “鋼結(jié)構(gòu)—幕墻”一體化建造技術(shù)
為了給全球游客一份全景機場的“大視野”體驗，詮釋上海這座城市的開放與包容，衛(wèi)星廳主樓四周一圈從4m層至屋面挑檐下口立面采用幕墻鋼框架維護體系，展開長度達6km。
該體系的全開放性決定了幕墻鋼框架為全外露鋼結(jié)構(gòu)，每根構(gòu)件設計精巧且纖細，稱得上是藝術(shù)鋼結(jié)構(gòu)。幕墻體系在滿足防風抗臺要求的同時承擔起裝飾效果，較好地詮釋了衛(wèi)星廳作為公共交通建筑簡約精細的設計理念，也體現(xiàn)了海派文化中對精致優(yōu)雅的極致追求。
為滿足設計理念要求，幕墻鋼結(jié)構(gòu)的加工制作和安裝精度控制是兩個關(guān)鍵點，項目組采用了“鋼結(jié)構(gòu)-幕墻”一體化建造技術(shù)。運用BIM技術(shù)對混凝土結(jié)構(gòu)進行建模，提取幕墻鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)的連接點坐標，并根據(jù)現(xiàn)場埋件實測各坐標數(shù)據(jù)進行修正，運用大數(shù)據(jù)合模技術(shù)，將幕墻鋼結(jié)構(gòu)模型與混凝土結(jié)構(gòu)模型進行整合，將合模結(jié)果輸出數(shù)據(jù)用于鋼結(jié)構(gòu)、幕墻結(jié)構(gòu)的深化設計。
綜合性建模及幕墻鋼結(jié)構(gòu)坐標數(shù)據(jù)提取
公式驅(qū)動系統(tǒng)自動化點位提取
由于幕墻鋼結(jié)構(gòu)細長易扭曲的特點（最大長細比達140:1），項目組采用等離子切割技術(shù)進行鋼板下料，有效地控制鋼板旁彎。同時加強了對幕墻鋼構(gòu)件組裝和焊接工序、工藝的探索，嚴格工藝實施要求，最終達到幕墻鋼結(jié)構(gòu)出廠即工藝品的設計效果。
為達到毫米級的幕墻鋼框架安裝精度要求，項目組成立“幕墻鋼框架安裝精度控制”小組，對“人、機、料、法、環(huán)、測”六個方面因素進行分析研究，找出原因并針對性地予以解決。根據(jù)合模數(shù)據(jù)進行幕墻鋼框架安裝，運用跟蹤測量技術(shù)，在埋件坐標定位復測，鋼立柱就位焊接前后復測，鋼橫梁就位焊接前后復測，不斷修正安裝精度。
為有效控制焊接引起的變形，項目組優(yōu)化焊接工藝，制定焊接工藝作業(yè)指導書，遴選技術(shù)精湛的焊工，增加焊接動態(tài)監(jiān)管。精湛技藝和嚴格管理雙管齊下，最終高精度、高質(zhì)量、高效率地完成了衛(wèi)星廳幕墻鋼結(jié)構(gòu)的安裝，并形成了一套行之有效的幕墻鋼結(jié)構(gòu)安裝工法。
3 大跨度空間雙曲桁架建造技術(shù)
作為衛(wèi)星廳“顏值擔當”的兩個鋼屋蓋，分別位于S1和S2核心區(qū)混凝土小屋面上。鋼屋蓋呈空間曲面三角狀，遠遠看去如同兩架蓄勢待飛的隱形戰(zhàn)機守護著整個機場。
三角鋼屋蓋三個端頭的連線距離為160m*160m*180m，主體結(jié)構(gòu)采用點支撐式的空間雙曲桁架結(jié)構(gòu)體系，桁架最大跨度達52.8m，兩端懸挑10m。
三角鋼屋蓋桁架結(jié)構(gòu)模型
為滿足大跨度桁架構(gòu)件的垂直運輸及現(xiàn)場吊裝需要，同時考慮機場空管領域的限高要求和減少對混凝土主體結(jié)構(gòu)的施工影響，項目組最終在中央大廳小屋面上各布置兩臺STT2200平臂式塔吊。
在核心區(qū)混凝土承重結(jié)構(gòu)不規(guī)則的情況下，模擬分析STT2200塔吊的吊裝工況，巧妙設計塔吊基礎鋼梁，通過基礎鋼梁及基礎轉(zhuǎn)換鋼梁將塔吊非工作狀態(tài)下和工作狀態(tài)下的上部荷載傳遞至核心區(qū)混凝土承重結(jié)構(gòu)上。通過基礎轉(zhuǎn)換鋼梁自重的設計將塔吊基礎與混凝土結(jié)構(gòu)連結(jié)點處的拉力和扭力抵消，使其僅受壓力，規(guī)避混凝土結(jié)構(gòu)不耐拉的缺點。
三角鋼屋蓋桁架跨度大、呈雙曲狀，運輸過程困難，項目組在現(xiàn)場發(fā)明設計了一種可調(diào)節(jié)拼裝胎架，用于不同空間曲率的桁架拼裝。針對單個屋蓋桁架有2萬余根管件散件進場的情況，現(xiàn)場運用構(gòu)件二維碼技術(shù)，進行不同曲率管件的查找和拼裝定位確定，精準且高效。
在大桁架施工之前，運用信息化施工模擬分析技術(shù)，優(yōu)化吊裝流程，從三個角部向中間位置依次吊裝，最終合攏形成整體。在施工全過程應用伺服控制技術(shù)，通過三維測繪和施工監(jiān)測的實時對比分析，有效控制鋼屋蓋施工過程中的應力和變形，保證施工安全及工程質(zhì)量。
針對三角鋼屋蓋鋼構(gòu)件強度高、管壁薄、相貫接頭多等特點，項目組通過“優(yōu)化焊接工藝、遴選優(yōu)秀焊工、焊縫實名追溯、焊接機器人輔助”等一系列管理及技術(shù)方法，使高強鋼薄壁鋼管和厚壁鋼管焊縫一次合格率達到99%以上。
4 “鋼結(jié)構(gòu)—金屬屋面”一體化建造技術(shù)
項目組在三角鋼屋蓋建造前期，將屋蓋桁架主體結(jié)構(gòu)和金屬屋面系統(tǒng)作為一個有機的整體，根據(jù)桁架結(jié)構(gòu)及屋面系統(tǒng)的特點，綜合考慮深化設計、加工制作及現(xiàn)場安裝，實現(xiàn)“鋼結(jié)構(gòu)—金屬屋面”一體化施工理念。
三角屋面原設計采用剛性較好的三角擬合屋面，在一體化施工理念下進行合理性優(yōu)化，將雙檁托、雙檁條優(yōu)化為單檁托、單檁條，使屋面構(gòu)成更加簡潔，減少測量次數(shù)，節(jié)約施工工期；將方管檁條優(yōu)化為工字鋼，降低屋面自重荷載；在屋面防水卷材下增加一層鍍鋁鋅鋼板，提升屋面防水性能的同時使成型效果更好。經(jīng)過凍融循環(huán)實驗，研究PVC和TPO兩種防水卷材與鍍鋁鋅鋼板的粘結(jié)性能，通過剝離強度及剪切狀態(tài)下粘結(jié)性比對，最終選定各方面更優(yōu)的TPO防水卷材。
項目組運用具有建模效率高、數(shù)據(jù)精準、修改速度快、拓展性好、一模多用等優(yōu)點的公式驅(qū)動數(shù)據(jù)化模型，獲得檁托板起點、終點及法向數(shù)據(jù)，將檁條自動分段，對上層壓型鋼板進行分類及偏差計算。將4000余塊壓型鋼板通過大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，標準化為32種類型板塊，提升工廠化生產(chǎn)效率，進一步縮小原始屋面計算的最大偏差，同時確定0.6mm厚的鍍鋁鋅鋼板的指導性安裝順序。
5 數(shù)字化建造技術(shù)
項目組率先在機場綜合性樞紐建設過程中，采用數(shù)字化建造技術(shù)，建立數(shù)字模型分析計算，搭建專項技術(shù)管理平臺、不停航施工協(xié)同管控平臺和運維管理云平臺。項目組建立了基于設計、施工和運維的大跨度場館類建筑技術(shù)體系，將上海中心大廈建設過程中具有自主知識產(chǎn)權(quán)的超高層數(shù)字建造技術(shù)體系應用到機場大型樞紐工程建設過程中，實現(xiàn)工程建設全過程高效管控，形成機場綜合性樞紐建造特有的模式，為未來機場綜合性樞紐建設提供可復制的經(jīng)驗模式。
為確保衛(wèi)星廳按期投運，上海建工機施集團調(diào)派各專業(yè)技術(shù)骨干20余人，成立“吊裝英雄隊”和“青年突擊隊”，參與施工生產(chǎn)全過程管理。在機場不停航施工的環(huán)境下，攻克了大跨度長距離的鋼結(jié)構(gòu)幕墻精度控制的技術(shù)難題，通過“大跨度桁架施工模擬工況分析、大跨度桁架現(xiàn)場拼裝及吊裝技術(shù)、大跨度桁架卸載及后期健康監(jiān)測技術(shù)”等關(guān)鍵技術(shù)的研究與創(chuàng)新，高質(zhì)量按期完成工程任務，為衛(wèi)星廳如期交付運營提供了保障。
衛(wèi)星廳建成后的浦東機場效果圖
上海浦東國際機場衛(wèi)星廳鋼結(jié)構(gòu)工程包含了先進的現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)工程設計理念、先進的鋼結(jié)構(gòu)建筑成果、先進的鋼結(jié)構(gòu)實施工藝，凝結(jié)了建設者的聰明才智和辛勤汗水，必將成為上海大型公共建筑鋼結(jié)構(gòu)工程建設的代表之作。
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