“鳥(niǎo)巢”建設(shè)片段回顧

戴為志　孟延風(fēng)

我作為中國(guó)國(guó)家體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)分部副總工程師和主管焊接的高級(jí)顧問(wèn)，全程參與了國(guó)家體育場(chǎng)“鳥(niǎo)巢”建筑施工的競(jìng)標(biāo)、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工工作。20年過(guò)去了，“鳥(niǎo)巢”鋼結(jié)構(gòu)尤其是焊接工程一直令我難以忘懷。

“鳥(niǎo)巢”的得名

中國(guó)國(guó)家體育場(chǎng)的建設(shè)，先后經(jīng)歷了建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)和制作、施工五個(gè)階段。除了建筑設(shè)計(jì)是由中外工程師合作完成以外，其他部分都是中國(guó)自主完成，“鳥(niǎo)巢”是地地道道的“中國(guó)制造”。

中國(guó)國(guó)家體育場(chǎng)的建筑模型設(shè)計(jì)，由中外建筑師共同完成。外方設(shè)計(jì)師是國(guó)際知名的建筑師赫爾佐格和德梅隆，中方的總設(shè)計(jì)師是中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院年輕的副總建筑師李興鋼。

2003年，當(dāng)中國(guó)國(guó)家體育場(chǎng)建筑設(shè)計(jì)模型擺在中外專(zhuān)家面前時(shí)，幾乎所有人腦子里同時(shí)閃出“鳥(niǎo)巢”兩個(gè)字。這是因?yàn)轶w育場(chǎng)從設(shè)計(jì)創(chuàng)意來(lái)說(shuō)，看臺(tái)設(shè)計(jì)東西高、南北低。為了貼合看臺(tái)設(shè)計(jì)，外表的鋼結(jié)構(gòu)造型也是東西高、南北低。遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去，像個(gè)大鳥(niǎo)巢。鳥(niǎo)巢是鳥(niǎo)兒銜來(lái)一根又一根樹(shù)枝搭建而成，而北京奧運(yùn)會(huì)主體育場(chǎng)則是中國(guó)工人把一根又一根鋼構(gòu)件焊接吊裝而成的。

“鳥(niǎo)巢”的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

“鳥(niǎo)巢”建筑模型設(shè)計(jì)通過(guò)之后，就進(jìn)入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段。

瑞（瑞士）中聯(lián)合設(shè)計(jì)體給出的“鳥(niǎo)巢”造價(jià)概算是38.9億元人民幣，用鋼量13.6萬(wàn)噸。這是一個(gè)驚世的用鋼量。參加討論的專(zhuān)家們一致認(rèn)為，過(guò)于沉重的鋼外殼，不僅造價(jià)昂貴，也會(huì)給“鳥(niǎo)巢”帶來(lái)結(jié)構(gòu)安全的風(fēng)險(xiǎn)。

2004年7月4日，中國(guó)工程院土木、水利、建筑工程學(xué)部再次召開(kāi)奧運(yùn)建筑專(zhuān)題研討會(huì)。院士們?cè)谟懻撝姓J(rèn)為，如果“鳥(niǎo)巢”的外形不改變，要減少結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)，主要辦法在取消移動(dòng)屋頂。這樣做還可以減少一萬(wàn)多噸用鋼量，節(jié)約四億至六億元。這或許是當(dāng)時(shí)的情境下可做的唯一選擇。世界上許多事物都難以兩全，這個(gè)選擇也代表我們失去了擁有一個(gè)世界上獨(dú)一無(wú)二的活動(dòng)屋頂?shù)膰?guó)家體育場(chǎng)的機(jī)會(huì)。

“鳥(niǎo)巢”的建設(shè)施工競(jìng)標(biāo)

“鳥(niǎo)巢”鋼結(jié)構(gòu)的建設(shè)施工招標(biāo)是面向全世界的。當(dāng)時(shí)大概有13個(gè)國(guó)家和地區(qū)的施工單位參與投標(biāo)和競(jìng)標(biāo)。最后城建、中信集團(tuán)、精工集團(tuán)和中冶集團(tuán)的標(biāo)書(shū)評(píng)估位于前列。“鳥(niǎo)巢”建設(shè)施工的任務(wù)，基本確定落在這幾家頭上。在中國(guó)的施工單位是否有能力完成“鳥(niǎo)巢”建設(shè)施工的問(wèn)題上，有些領(lǐng)導(dǎo)同志舉棋不定。得知消息，我作為中冶集團(tuán)的代表，寫(xiě)了一份建言書(shū)。核心內(nèi)容有三點(diǎn)：一就技術(shù)層面來(lái)講，“鳥(niǎo)巢”施工放眼全世界也是一個(gè)全新的嘗試，中國(guó)和外國(guó)處于同一起跑線上。而且從某些方面來(lái)看，中國(guó)還有技術(shù)優(yōu)勢(shì)。二就經(jīng)濟(jì)層面來(lái)講，中國(guó)施工單位的標(biāo)的價(jià)格低，工人的工資低、成本低。三從民族感情層面來(lái)講，中國(guó)第一次舉辦奧運(yùn)會(huì)，場(chǎng)館建設(shè)理應(yīng)由中國(guó)人自己完成。不知道我的建議是否起到作用。最后“鳥(niǎo)巢”建設(shè)施工的任務(wù)，落到了我們中國(guó)人自己頭上。

“鳥(niǎo)巢”建設(shè)用鋼全部實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化

“鳥(niǎo)巢”鋼結(jié)構(gòu)工程有兩個(gè)重要工序，兩個(gè)重要節(jié)點(diǎn)。兩個(gè)重要工序是“焊接”和“吊裝”；兩個(gè)重要節(jié)點(diǎn)是“合龍”和“卸載”。由于“合龍”是焊接的最后工序，所以在“鳥(niǎo)巢”鋼結(jié)構(gòu)工程之初，在專(zhuān)業(yè)排序上就明確提出了“一焊、二吊、三卸載”的戰(zhàn)略思想。這就樹(shù)立了焊接技術(shù)在“鳥(niǎo)巢”鋼結(jié)構(gòu)工程各專(zhuān)業(yè)中不可動(dòng)搖的統(tǒng)帥地位。

焊接雖然極其重要，但如果沒(méi)有好的鋼材料，也是無(wú)米之炊、無(wú)源之水。時(shí)任北京市委書(shū)記、北京奧運(yùn)會(huì)組委會(huì)主席劉淇對(duì)“鳥(niǎo)巢”用鋼的國(guó)產(chǎn)化，起了重要的推動(dòng)作用。

2005年3月12日，正值全國(guó)兩會(huì)期間，劉淇請(qǐng)來(lái)國(guó)內(nèi)七家鋼鐵巨頭的老總，在北京的菖蒲河公園共同商討“鳥(niǎo)巢”的用鋼問(wèn)題。

劉淇是冶金行業(yè)出身，他問(wèn)：“‘鳥(niǎo)巢基礎(chǔ)樁用的鋼是哪里生產(chǎn)的？”

時(shí)任北京城建集團(tuán)總經(jīng)理徐賤云回答：“鋼筋都是國(guó)產(chǎn)的，首鋼、寶鋼、承鋼這幾個(gè)大鋼鐵廠供應(yīng)的。”

劉淇又問(wèn)：“鋼結(jié)構(gòu)用的鋼是哪里生產(chǎn)的？”

徐賤云邊思索邊回答：“鋼結(jié)構(gòu)我們現(xiàn)在還在規(guī)劃、做方案……據(jù)我們分析，有百分之幾的鋼板，大約5個(gè)百分點(diǎn)吧，可能需要進(jìn)口。”

“為什么要進(jìn)口？”劉淇追問(wèn)。

徐賤云坦誠(chéng)道：“國(guó)產(chǎn)的高強(qiáng)度厚鋼板，它的Z方向、力學(xué)性能和抗變形能力滿足不了‘鳥(niǎo)巢的設(shè)計(jì)要求。目前國(guó)內(nèi)建筑鋼結(jié)構(gòu)如果用到這種鋼，都是進(jìn)口。”

“那么，這是個(gè)很大的問(wèn)題呀。”劉淇說(shuō)，“‘鳥(niǎo)巢要用這個(gè)鋼，不利用這個(gè)機(jī)會(huì)通過(guò)研發(fā)、攻關(guān)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，什么時(shí)候還有機(jī)會(huì)啊？！”

劉淇再一次問(wèn)這些國(guó)營(yíng)大廠的當(dāng)家人：“特殊的高強(qiáng)度鋼能不能實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)？”他告訴大家：“辦奧運(yùn)就是要拉動(dòng)民族的自主創(chuàng)新、填補(bǔ)空白！”

舞陽(yáng)鋼廠負(fù)責(zé)人當(dāng)即表態(tài)：“‘鳥(niǎo)巢用的特種鋼材，我們可以自主生產(chǎn)，什么時(shí)候需要，我們什么時(shí)候供貨！”“自主生產(chǎn)”這四個(gè)字，這位負(fù)責(zé)人說(shuō)得豪情滿懷、擲地有聲。

短短一個(gè)多月的時(shí)間，舞鋼就軋出100毫米厚的Q460E-Z5試驗(yàn)鋼板。不久，又軋出110毫米厚的Q460E-Z35試驗(yàn)鋼板。

攻克“鳥(niǎo)巢”鋼結(jié)構(gòu)焊接工程技術(shù)難關(guān)

有了好的鋼材料，還得把一根根、一塊塊鋼材料對(duì)接安裝起來(lái)。攻克“鳥(niǎo)巢”鋼結(jié)構(gòu)焊接工程技術(shù)難關(guān)，擺在了我面前。

“鳥(niǎo)巢”鋼結(jié)構(gòu)焊接工程可以用“七大難關(guān)、十四項(xiàng)技術(shù)、八個(gè)鮮明特點(diǎn)”來(lái)概括。由于它的專(zhuān)業(yè)性太強(qiáng)，只講幾件事情。

一是攻克“鳥(niǎo)巢”用鋼的焊接性試驗(yàn)難關(guān)。11厘米厚的鋼第一次被我們自己生產(chǎn)出來(lái)。它能不能用？好不好用？它的焊接技術(shù)參數(shù)和工藝怎樣？都需要通過(guò)試驗(yàn)取得。舞陽(yáng)鋼廠打破常規(guī)和慣例，無(wú)私地把3塊長(zhǎng)約9米、寬約1.3米、重13噸多，當(dāng)時(shí)總價(jià)值四五十萬(wàn)元的Q460E鋼板送給了施工單位，大大降低了試驗(yàn)成本。

我從舞鋼回到北京后不久，就拿出了一套Q460E鋼試驗(yàn)方案。時(shí)任“鳥(niǎo)巢”建設(shè)鋼結(jié)構(gòu)分部總工程師周文瑛和其他焊接專(zhuān)家看了，完全同意。本來(lái)準(zhǔn)備把試驗(yàn)?zāi)玫侥戏揭患液附友芯苛α啃酆竦难芯克プ觯蛇@家研究所看了試驗(yàn)內(nèi)容，沒(méi)敢接。因?yàn)檫@種鋼，這樣的厚度，這樣大規(guī)模使用，在世界上都是第一次。原有的鋼材可焊性的試驗(yàn)方法，要重新進(jìn)行組合修改，連評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)都要重新制定。

中冶集團(tuán)焊接研究所最終承接了這項(xiàng)光榮而艱巨的試驗(yàn)任務(wù)。

在此后幾個(gè)月的時(shí)間里，鋼焊接性試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)，廢寢忘食、苦心鉆研，經(jīng)過(guò)100多項(xiàng)次試驗(yàn)，梳理出上萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)后，最終攻克了Q460E鋼焊接的技術(shù)難題。

二是突破柱腳拼裝焊接難關(guān)。“鳥(niǎo)巢”鋼結(jié)構(gòu)安裝焊接過(guò)程中，最復(fù)雜的階段是柱腳的拼裝焊接。在研究“鳥(niǎo)巢”鋼結(jié)構(gòu)桁架柱柱腳的焊接順序時(shí)，曾經(jīng)發(fā)生過(guò)這樣一件事情。

鳥(niǎo)巢主結(jié)構(gòu)焊接順序

一群專(zhuān)家和技術(shù)人員聚集在會(huì)議室，我提出自己的方案，同時(shí)闡述理由。首席焊接專(zhuān)家周文瑛則針對(duì)我的方案找出問(wèn)題，提出質(zhì)疑，我作出解答。然后周文瑛提出他的方案和思想，再由我反駁。其他人員做裁判員。他們中有學(xué)焊接的，也有學(xué)結(jié)構(gòu)的，這樣就可以從不同角度提出問(wèn)題并對(duì)回答作出評(píng)判，直到全體取得一致意見(jiàn)。每一條焊縫都是這樣一個(gè)過(guò)程。

就這樣，一個(gè)柱腳的焊接順序，就排了三個(gè)下午。而經(jīng)過(guò)這樣縝密過(guò)程做出的方案，每一盤(pán)焊絲，每一根焊條，每一個(gè)技術(shù)參數(shù)，都和工程實(shí)際連接了起來(lái)。

三是征服低溫焊接難關(guān)。“鳥(niǎo)巢”鋼結(jié)構(gòu)之所以要搞低溫焊接，是總工期安排“逼”出來(lái)的。

按照總工期要求，“鳥(niǎo)巢”鋼結(jié)構(gòu)安裝工程于2005年10月28日開(kāi)始，必須在2006年6月份之前完成。這就要求我們必須在2005—2006年的冬季，實(shí)施鋼結(jié)構(gòu)低溫焊接工程施工。

本來(lái)，對(duì)于冬季鋼結(jié)構(gòu)焊接施工，施工單位具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，他們?cè)鞠朐O(shè)置保溫棚，采用電加熱，全部實(shí)現(xiàn)正溫焊接，避免低溫（負(fù)溫）焊接。這種想法立即遭到焊接界專(zhuān)家和技術(shù)人員的反對(duì)。因?yàn)閮H憑經(jīng)驗(yàn)而沒(méi)有充分的理論依據(jù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)，是“鳥(niǎo)巢”這么一個(gè)事關(guān)國(guó)家形象的標(biāo)志性建筑物施工所不允許的。

于是，2005年12月中旬，根據(jù)時(shí)任國(guó)家體育場(chǎng)工程總工程師李久林的指示，我?guī)ьI(lǐng)一支15人的隊(duì)伍，到哈爾濱做負(fù)溫焊接的試驗(yàn)。

剛下火車(chē)，只在露天站了一會(huì)兒，我就覺(jué)得頭被凍得發(fā)疼。這一天，哈爾濱的最低氣溫是零下15攝氏度。

隨后的3天里，一共做了15組試驗(yàn)，平焊、橫焊、立焊、仰焊都做了。這是何等嚴(yán)酷的試驗(yàn)環(huán)境！一塊試板，一個(gè)不變的焊接姿勢(shì)，在零下十幾攝氏度左右的室外一焊就是四五個(gè)小時(shí)。一塊試板焊完，焊工們也凍僵在原地，要人把他們拉起來(lái)。

把試件運(yùn)回北京測(cè)試，根據(jù)得出的結(jié)論，確定了“鳥(niǎo)巢”負(fù)溫焊接的極限溫度是零下15攝氏度。這是一個(gè)綜合的指標(biāo)，不僅是鋼材承受的極限，還有設(shè)備承受的極限。最重要的，是人的承受極限。同時(shí)，還確定了“鳥(niǎo)巢”從零攝氏度到零下15攝氏度焊接的一系列工藝規(guī)程。

組建思想過(guò)硬、技術(shù)過(guò)硬的焊工隊(duì)伍

合格的鋼材料有了，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和工藝規(guī)程有了，算是“萬(wàn)事俱備”。那“東風(fēng)”在哪里？“東風(fēng)”就是一支思想過(guò)硬、技術(shù)過(guò)硬的焊工隊(duì)伍。

“鳥(niǎo)巢”焊工隊(duì)伍的組建，可謂一波三折。最初，絕大多數(shù)人并沒(méi)有意識(shí)到焊工危機(jī)的存在，直到工程進(jìn)展中發(fā)現(xiàn)了制約工程進(jìn)度、影響工程質(zhì)量的軟肋—焊工隊(duì)伍的數(shù)量和質(zhì)量。然而，到哪里去找至少500名合格乃至優(yōu)秀的焊工呢？

“鳥(niǎo)巢”指揮部派出精干人員，到北京、天津、上海、包頭去挑選和考核焊工。本以為，“鳥(niǎo)巢”厚板、超強(qiáng)鋼、全位置焊接（重點(diǎn)是仰焊）以及100%UT-BI的要求，會(huì)嚇跑不少焊接高手。但沒(méi)有想到的是，不少優(yōu)秀焊工懷著為國(guó)家建功立業(yè)的夢(mèng)想，加入這個(gè)隊(duì)伍。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，有911名焊工參加了初選，最終錄取832名，再?gòu)闹刑暨x265人進(jìn)行強(qiáng)化培訓(xùn)。

令人意外的是，第一期培訓(xùn)班就出師不利—在對(duì)40名焊工進(jìn)行的入學(xué)摸底考試中，竟無(wú)一件合格作品！首戰(zhàn)即全軍覆沒(méi)，怎么辦？“鳥(niǎo)巢”人的回答是：“三從一大”（從嚴(yán)、從難、從實(shí)際工程出發(fā)，模擬現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速、濕度等條件進(jìn)行大工作量訓(xùn)練半軍事化的魔鬼訓(xùn)練）。在長(zhǎng)達(dá)12天的培訓(xùn)期里，焊工們?cè)缟?點(diǎn)起床，出操、接受戰(zhàn)前動(dòng)員，然后每天必須完成2組50毫米—60毫米厚的試板焊接，這個(gè)工作強(qiáng)度可以把幾乎所有焊工的體力消耗殆盡。晚飯后，教練和指導(dǎo)老師會(huì)對(duì)每個(gè)焊工的試件進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，有的被批評(píng)了的焊工，會(huì)在點(diǎn)評(píng)結(jié)束后含淚加班操練。這還沒(méi)完，還有緊接著的俯臥撐、下蹲等體力訓(xùn)練，直至晚10點(diǎn)才能休息。前后一共進(jìn)行了7期培訓(xùn)。

毫不夸張地講，焊工們是拿生命在灌筑“鳥(niǎo)巢”。比如有條柱腳的焊接，是在寬420毫米、深220毫米、長(zhǎng)1700毫米左右的深坑進(jìn)行。焊縫不僅位置奇怪，而且其部位稱(chēng)得上是焊接“禁區(qū)”。更危險(xiǎn)的是，焊縫采用的是二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊技術(shù)。二氧化碳的比重比空氣大，容易在深坑底部存留而讓人窒息。沒(méi)有豪言壯語(yǔ)，也沒(méi)有進(jìn)行戰(zhàn)地動(dòng)員，“鳥(niǎo)巢”焊工們爭(zhēng)先恐后要求參加這條特殊焊縫的焊接。現(xiàn)場(chǎng)就像戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期共產(chǎn)黨員主動(dòng)請(qǐng)纓斬關(guān)奪隘一樣，令人感動(dòng)和唏噓！《北京青年報(bào)》著名記者楊菊芳在長(zhǎng)篇通訊《筑巢》中這樣描寫(xiě)：“……這種焊接活，只有中國(guó)的工人階級(jí)才能干！”

還有一根立柱和柱腳的焊縫，再次出現(xiàn)焊接“禁區(qū)”。18名焊工連續(xù)倒班工作58個(gè)小時(shí)，焊縫的一次合格率100%，終于啃下了這塊硬骨頭。

到2006年1月25日止，各單位共完成焊縫53868米。經(jīng)專(zhuān)家驗(yàn)收，“鳥(niǎo)巢”整個(gè)焊接工程的焊縫一次合格率高達(dá)99.7%，少量第一次探傷有缺陷的焊縫經(jīng)返修和二次探傷，全部合格。可以驕傲地說(shuō)，“鳥(niǎo)巢”的焊縫，沒(méi)有一條裂紋。這不僅是中國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接的頂峰，也是世界鋼結(jié)構(gòu)焊接的奇跡！

“鳥(niǎo)巢”的建成，極大地提升了我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)焊接水平。經(jīng)過(guò)“鳥(niǎo)巢”實(shí)戰(zhàn)，我國(guó)的鋼焊接技術(shù)一躍成為世界領(lǐng)先。我本人也作為主要研發(fā)人員之一，獲得國(guó)際焊接學(xué)會(huì)頒發(fā)的國(guó)際焊接最高獎(jiǎng)—“Ugo Guerrera Prize”獎(jiǎng)。

“鳥(niǎo)巢”建設(shè)還有力地推動(dòng)了我國(guó)冶金工業(yè)的發(fā)展。以前，很多特殊鋼材、鋼板我們都要從外國(guó)進(jìn)口。現(xiàn)在，我們自己也能大批量生產(chǎn)大厚度、高強(qiáng)度的鋼材料，甚至開(kāi)始出口。

在“鳥(niǎo)巢”施工過(guò)程中，我們培養(yǎng)了一大批焊接骨干。“鳥(niǎo)巢”的焊工，當(dāng)年不管是持A證還是B證，現(xiàn)在都成了全國(guó)焊接行業(yè)最受重視的一批人，至今仍在國(guó)家建設(shè)的各個(gè)角落，發(fā)揮他們應(yīng)有的作用。

（責(zé)任編輯 楊琳）