楊興毅

北京建工集團(tuán)有限責(zé)任公司 北京 101300

湄洲灣港秀嶼港區(qū)石門澳作業(yè)區(qū)是莆田市一個(gè)非常重要的化工碼頭，其通過海上運(yùn)輸化工原料用煤，使用智能傳輸系統(tǒng)把煤炭傳送進(jìn)1#、2#干煤棚進(jìn)行儲(chǔ)存。而作為煤場罩棚的1#、2#干煤棚就成為了后方永榮科技（化工生產(chǎn)）的生產(chǎn)過程中重要的環(huán)保倉儲(chǔ)設(shè)施，是整個(gè)石門澳港口的陸域設(shè)施重要組成部分。由于特殊的環(huán)境條件特性和使用對象不同，由于本地區(qū)具有臺(tái)風(fēng)、高溫、高濕、高氯等環(huán)境特點(diǎn)；應(yīng)進(jìn)行比較系統(tǒng)的針對性的進(jìn)行合理的技術(shù)研發(fā)和工藝改進(jìn)。湄洲灣港秀嶼港區(qū)石門澳作業(yè)區(qū)11#泊位工程--干煤棚、硫酸銨棚工程采用的以北京建工集團(tuán)有限責(zé)任公司為施工總承包單位+中國能源建設(shè)集團(tuán)浙江省電力設(shè)計(jì)院有限公司設(shè)計(jì)單位的總承包方式承建，北京建工建工集團(tuán)有限責(zé)任公司作為施工總承包方的設(shè)計(jì)和科研管理的實(shí)施單位，如何使科研人員研發(fā)的科研成果實(shí)施轉(zhuǎn)化實(shí)施落地、設(shè)計(jì)、材料招采、施工間的溝通橋梁作用，如何更好地服務(wù)于這種聯(lián)合體總承包形式的項(xiàng)目本身值得深入研討。

本文重點(diǎn)闡述了石門澳港口的1#、2#干煤棚項(xiàng)目實(shí)施過程中各階段的科研和設(shè)計(jì)過程的全過程綜合管理過程，對整體設(shè)計(jì)各階段過程、招采購和施工階段的科研發(fā)管理工作進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)與分析，由于新技術(shù)的研發(fā)從產(chǎn)生的洽商變更、綜合成本等方面的各項(xiàng)問題提出了相關(guān)的綜合管理措施。

1 各專業(yè)設(shè)計(jì)階段的綜合協(xié)調(diào)與配合

在施工圖進(jìn)行專業(yè)設(shè)計(jì)開始之前，總承包單位對設(shè)計(jì)單位就各項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)中的專業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量要求放在了各項(xiàng)工作的首位、設(shè)計(jì)各專業(yè)間的成果融合要求。此時(shí)應(yīng)要求必須按照建設(shè)單位和合約文件所設(shè)定的總體成本進(jìn)行預(yù)控設(shè)計(jì)，保證項(xiàng)目投資的和規(guī)性、經(jīng)濟(jì)優(yōu)化性、科學(xué)超前性。但由于設(shè)計(jì)人員相對缺乏整體建造成本控制理念和經(jīng)濟(jì)理念（只考慮如何加強(qiáng)結(jié)構(gòu)安全的安全保險(xiǎn)系數(shù)），故此在所設(shè)計(jì)的圖紙成果中的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)經(jīng)商務(wù)核算后仍存在不同程度工程造價(jià)超過初始造價(jià)風(fēng)險(xiǎn)，故此應(yīng)在各階段設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)單位應(yīng)根據(jù)總承包合同規(guī)定的設(shè)計(jì)進(jìn)度和設(shè)計(jì)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，提供符合強(qiáng)審審核要求的圖紙，此時(shí)科技研發(fā)團(tuán)隊(duì)也把研發(fā)的新成果、新技術(shù)融入到設(shè)計(jì)階段性成果當(dāng)中，施工總承包科技研發(fā)部門協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)單位管理人員對其所研發(fā)的新成果技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行全方位審查、安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，提出設(shè)計(jì)意見，使現(xiàn)場施工更加科學(xué)便捷、施工方案更加經(jīng)濟(jì)，如由于工程所處地理位置不宜使用垂直山墻，通過科技研發(fā)和深化設(shè)計(jì)可達(dá)到節(jié)約大量的材料、占地，做到能節(jié)盡節(jié)、應(yīng)節(jié)盡節(jié)[1]。

聯(lián)合體工程總承包項(xiàng)目涉及到建筑、結(jié)構(gòu)、維護(hù)結(jié)構(gòu)、裝飾裝修、機(jī)電、消防、節(jié)能等多專業(yè)，設(shè)計(jì)人員各專業(yè)之間缺乏有效溝通。項(xiàng)目。例如：由于工程所在地區(qū)臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)風(fēng)頻繁，網(wǎng)架垂直山墻并不適合在沿海強(qiáng)風(fēng)頻發(fā)地區(qū)使用，專項(xiàng)設(shè)計(jì)人員在按照強(qiáng)條和設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，就不再跟蹤此事，而工程所處地理位置并不適合傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的建造，此時(shí)，施工總承包管理人員需協(xié)調(diào)各專業(yè)間的密切配合。

2 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式和研發(fā)新技術(shù)的比較

傳統(tǒng)的干煤棚結(jié)構(gòu)形式一般為曲面結(jié)構(gòu)垂直山墻（見附圖1）或?yàn)楣荑旒艽怪鄙綁Y(jié)構(gòu)形式（附圖2），由于本工程沿海地區(qū)臺(tái)風(fēng)等強(qiáng)風(fēng)頻發(fā)多發(fā)；垂直山墻結(jié)構(gòu)形式所承受的風(fēng)荷載對于山墻結(jié)構(gòu)體系和維護(hù)系統(tǒng)造成不同程度的破壞，鑒于環(huán)境的特殊性，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)山墻抗風(fēng)揭性能相對較差并不適宜在本地區(qū)使用和建造。同時(shí)傳統(tǒng)山墻工藝煤棚的存在四角為死角，存在裝卸設(shè)備斗輪機(jī)無法覆蓋這四個(gè)盲角區(qū)域，造成了建筑面積的浪費(fèi)和不必要的建造成本支出。如何解決這一技術(shù)難題施工總承包管理團(tuán)隊(duì)結(jié)合設(shè)計(jì)單位研發(fā)出了一種子彈頭曲面山墻結(jié)構(gòu)形式，形成了一種新型的雙曲網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)體系形式（見附圖3、附圖4），并通過風(fēng)洞試驗(yàn)來證實(shí)了這種新的結(jié)構(gòu)形式的安全性和可靠性。

圖1 傳統(tǒng)干煤棚垂直山墻體系

圖2 傳統(tǒng)鋼管桁架垂直山墻結(jié)構(gòu)

圖3 新研發(fā)的曲面山墻體系

圖4 曲面山墻體系模型

2.1 風(fēng)洞試驗(yàn)

考慮新研發(fā)的曲面山墻干煤棚的建筑造型復(fù)雜獨(dú)特，這種結(jié)構(gòu)體系目前尚屬在國內(nèi)首次研發(fā)應(yīng)用，鑒于我國現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范對于這種新研發(fā)的結(jié)構(gòu)體系沒有可適用的規(guī)定，同時(shí)也沒有可以借鑒的成功的實(shí)施案例，為了保證結(jié)構(gòu)各體系的設(shè)計(jì)安全性、經(jīng)濟(jì)性、合理性因此對干煤棚和硫酸銨進(jìn)行了系統(tǒng)性的風(fēng)洞試驗(yàn)，即按相似的場景和各種不同工況的風(fēng)荷載系數(shù)最大極限值[2]。

浙江大學(xué)受北京建工集團(tuán)有限責(zé)任公司委托，于2021年8月至9月對干煤棚和硫酸銨棚模型進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)研究。

干煤棚的風(fēng)洞剛性試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒捎脦缀慰s尺比例為1:250，干煤棚模型總高度風(fēng)壓測點(diǎn)，其中1#、2#干煤棚各布置了468個(gè)測點(diǎn)。

單獨(dú)測試干煤棚和硫酸銨棚，然后分別測試群體模型中和兩個(gè)干煤棚，共五個(gè)試驗(yàn)工況。

經(jīng)與FPC總承包單位、建設(shè)單位和設(shè)計(jì)方多次溝通，主體結(jié)構(gòu)基本風(fēng)壓采用50年一遇的0.9kN/㎡，圍護(hù)結(jié)基本風(fēng)壓采用100年一遇的1.05kN/㎡進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)。

試驗(yàn)報(bào)告全面詳實(shí)地技術(shù)參數(shù)及試驗(yàn)結(jié)果，描述了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法。最后對本次試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了總結(jié)和分析，為本工程成果設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)[5]。

2.2 脈動(dòng)風(fēng)作用

脈動(dòng)風(fēng)壓是構(gòu)筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)屋面板及其連接件、固定件的設(shè)計(jì)重要依據(jù)，因此有必要給出考慮風(fēng)壓脈動(dòng)后的各點(diǎn)位的風(fēng)壓系數(shù)與風(fēng)壓值。根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)理論可知，在有99.87%的保證率下，脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)的最大正值與最大負(fù)值[3]。

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012的相關(guān)條文說明，對于圍護(hù)結(jié)構(gòu)，可在局部體型系數(shù)μsi的基礎(chǔ)上，通過陣風(fēng)系數(shù)βgz來近似考慮脈動(dòng)風(fēng)瞬間風(fēng)速達(dá)到的最高值，從而獲得圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值數(shù)據(jù)。為提供更精確的設(shè)計(jì)參數(shù)，報(bào)告中根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)理論，設(shè)定99.98%的保證率（g=3.5），直接對風(fēng)洞試驗(yàn)測得的風(fēng)壓系數(shù)的時(shí)程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，依據(jù)下式求取圍護(hù)結(jié)構(gòu)及其支撐體系的連接部位的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值。

對于全封閉式構(gòu)筑物構(gòu)件，需考慮構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)內(nèi)壓風(fēng)壓。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009-2012》，建筑物內(nèi)部壓力的局部體型系數(shù)按外表面的正負(fù)情況取-0.2或+0.2，因此其圍護(hù)結(jié)構(gòu)及其組件的設(shè)計(jì)根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)獲得的構(gòu)筑物外表面風(fēng)壓系數(shù)與規(guī)范中內(nèi)表面風(fēng)壓進(jìn)行疊加考慮，即按下式計(jì)算。

式中，βgz=1+2gI10(z/10)-a為陣風(fēng)系數(shù)。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

干煤棚的主體結(jié)構(gòu)基本風(fēng)壓采用50年一遇的0.90kN/㎡，干煤棚圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本風(fēng)壓采用100年一遇的1.05kN/㎡。

地形地貌指數(shù)采用A類地貌，指數(shù)α=0.12，平均風(fēng)速沿構(gòu)筑物高度按指數(shù)規(guī)律變化，湍流度按荷載規(guī)范公式變化。風(fēng)洞試驗(yàn)中的模型縮尺比為1:250。

模型測共布置978個(gè)風(fēng)壓測點(diǎn)，其中1#、2#干煤棚各布置489個(gè)測點(diǎn)。試驗(yàn)在0～360°風(fēng)向角每隔15°取一個(gè)最不利工況部署測試點(diǎn)，共24個(gè)風(fēng)向角，0°風(fēng)向取向?yàn)闉檎狈较?，逆時(shí)針遞增風(fēng)向角取值。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建議：建議直接采用風(fēng)洞試驗(yàn)獲得的脈動(dòng)風(fēng)壓進(jìn)行包絡(luò)分析后設(shè)計(jì)，風(fēng)壓相當(dāng)于規(guī)范公式中的βgzμslμzW0，并已按荷載規(guī)范要求考慮了相應(yīng)的內(nèi)壓系數(shù)。

主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建議：適當(dāng)考慮起控制起關(guān)鍵作用的幾個(gè)關(guān)鍵風(fēng)向角，再乘以風(fēng)振系數(shù)作為風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值；按照相關(guān)規(guī)范規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)取值，或者結(jié)合后續(xù)風(fēng)振計(jì)算報(bào)告的分塊風(fēng)振系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

由試驗(yàn)報(bào)告結(jié)果可知，單體干煤棚的測點(diǎn)負(fù)風(fēng)壓明顯大于兩個(gè)群體模型，綜合幾種工況干煤棚最高處測點(diǎn)負(fù)風(fēng)壓較大，在設(shè)計(jì)中應(yīng)引起高度重視。干煤棚山墻位置的正壓較大；屋面局部位置負(fù)壓較大的部位應(yīng)在深化設(shè)計(jì)中充分計(jì)算[4]。

3 施工階段的科研和設(shè)計(jì)管理工作

3.1 圖紙深化設(shè)計(jì)

因不同廠家生產(chǎn)的材料品牌產(chǎn)品具有不同特性、產(chǎn)品規(guī)格和質(zhì)量、技術(shù)性能指標(biāo)和參數(shù)等都有不盡相同，部分施工工藝需要在確定材料中標(biāo)單位后由其進(jìn)行本專業(yè)深化設(shè)計(jì)，并經(jīng)原設(shè)計(jì)單位審核批準(zhǔn)后實(shí)施[5]。

3.2 施工配合

圖紙?jiān)谠O(shè)計(jì)過程中中難免出現(xiàn)失誤和遺漏之處，比如前文章節(jié)提到的各專業(yè)之間不匹配、專業(yè)間不融合，故此在項(xiàng)目正式開始施工前，就要求參建各單位以及各專業(yè)做好圖紙會(huì)審工作。對于施工過程中才能發(fā)現(xiàn)的技術(shù)問題，以及不變更不會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)安全的問題，例如桿件位置相互交叉不能安裝到設(shè)計(jì)所要求的指定位置需做局部細(xì)微角度調(diào)整可以通過BIM技術(shù)進(jìn)行建模解決的問題，類似問題不允許出設(shè)計(jì)變更，現(xiàn)場技術(shù)管理人員應(yīng)聯(lián)合專業(yè)設(shè)計(jì)人員現(xiàn)場配合解決問題。

因建設(shè)單位提出增加或調(diào)整使用功能的修改意見等問題，對其要求的變更內(nèi)容進(jìn)行技術(shù)和商務(wù)審核后再出具具體設(shè)計(jì)變更意見。

4 結(jié)語

在EPC施工總承包模式的項(xiàng)目中，為避免時(shí)長發(fā)生的各專業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)只顧盲目完成本專業(yè)設(shè)計(jì)指標(biāo)，不考慮所設(shè)計(jì)的圖紙質(zhì)量、工程所處地區(qū)的環(huán)境因素及建造造價(jià)控制，專業(yè)施工團(tuán)隊(duì)技術(shù)人員只會(huì)按照圖紙施工一旦現(xiàn)場遇到施工難題就要求設(shè)計(jì)單位出具設(shè)計(jì)變更的情況，總承包研發(fā)團(tuán)隊(duì)會(huì)同設(shè)計(jì)人員立足項(xiàng)目，把控好研發(fā)的新技術(shù)的匹配度，在滿足項(xiàng)目和不影響功能性需求、保證品質(zhì)的前提下，把控好新技術(shù)、新工藝和設(shè)計(jì)理念的融合程度，盡量做到科技研發(fā)與設(shè)計(jì)的完美協(xié)調(diào)。經(jīng)過本工程的實(shí)踐證明這一新技術(shù)的研發(fā)解決了沿海地區(qū)鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼架、管桁架等結(jié)構(gòu)維護(hù)系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了創(chuàng)造性的科技革新，增強(qiáng)了構(gòu)筑物的抗風(fēng)揭性能、大幅縮短了建造工期、由于所需要的材料用量大幅降低（主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)用鋼、維護(hù)系統(tǒng)檁條、維護(hù)系統(tǒng)屋面彩板及其附件）、人力成本等都大幅度降低（每個(gè)煤棚節(jié)約人工費(fèi)用約60余萬元）；從而達(dá)到了達(dá)到了大量節(jié)約建造成本、提高了構(gòu)筑物抗風(fēng)揭的安全系數(shù)、解約了大量的土地資源（與傳統(tǒng)垂直山墻工藝對比每個(gè)煤棚節(jié)約用地約3600㎡）的同時(shí)且仍能滿足原設(shè)定儲(chǔ)存量及原設(shè)定的使用功能不變的目的同時(shí)創(chuàng)造了一種造型優(yōu)美、節(jié)材、節(jié)地性能更加優(yōu)化的新型構(gòu)筑物建造體系。為以后類似潛在相似因素的工程提供了新的設(shè)計(jì)方向和理念。