“鸟巢”顶部,东北角,大大的充气帐篷里,藏着北京奥运会的最高机密。在所有目光都注视着最后一次火炬交接的时候,主火炬滑出帐篷、悄然竖起,迎接一个激动人心的时刻。
人民网北京8月8日专电 在北京奥组委运营中心,火炬塔代号“TS设备”。
0层环形通道一侧,开闭幕式现场办公区,通道一角的TS团队办公室一向房门紧闭,空无一人。进入开幕式演练阶段,火炬塔团队进入“点火时间”,重点在现场。作为火炬塔工作室主任,郑志荣通常下午2点开始上班,第二天早上七点钟结束工作。
从上空俯瞰,主火炬外形是一道音符。
看似简洁的符号,工程实现起来却难乎其难。
一道音符 2006年10月,火炬塔研制工作启动。总装备部工程设计研究总院一批机械、结构、控制工程师首先参与其中,负责把导演创意转化为艺术装置。
这是异常痛苦的一个过程。第一次承担这样的任务,长期从事工程设计形成的工作方法、思维模式都要改变。导演创意可以天马行空,工程设计却必须安全可靠。在摸索中前行,刚刚见到一点曙光,拿出总体方案,导演创意却改变了,只能重新再来。几次反复,2007年2月,第一个方案出炉。忙活了半年,8月,向上级汇报,却因为装置过于庞大,视觉效果未必最好,安全可靠还有顾虑,被否决了。
一筹莫展,重起炉灶。音符的创意提了出来,耳目一新,却给结构设计带来巨大困难。方案论证了3个月,2007年10月开始正式设计。从外形的几道弧线入手,先展开平面,根据平面确定结构体系、内部材料,再一步步细化优化。
从“线”扩展到“面”,延伸至“体”,负责结构设计的黄伟开始火炬的计算机建模。表面平整的主火炬,里面藏着不少“机关”,要为焰火燃烧及控制提供空间,还要解决自身连接问题。运用三维软件,黄伟画出了第一支主火炬。在三维空间里,这支火炬的每一个螺丝都进行了精确表达。通过计算机控制,可以看到各个角度各个部位情况。
然而,这样一支火炬,能否稳稳地站在“鸟巢”顶部?长期从事特种工程设计的火炬塔团队决定把它请进大型风洞,做一做“吹风”试验。12月底,在四川的风洞试验中心,第一支、1:20的主火炬模型造了出来。大家发现,火炬中心的燃气管道部分太小了,没法表现受风情况下的气流变化,试验无法进行。
于是,第二支、1:15的火炬模型又造了出来,各种测试设备装进了火炬塔。站立、平躺、侧身,静止、运动,各种姿态、各种情况,都进行了风载荷试验。结果证明,火炬塔的设计是安全可靠的。
模拟“鸟巢” 不仅风,还有雨、雪,还有高温,火炬塔经受了重重考验。网状钢结构交织成的“鸟巢”,顶部是起伏不平的。火炬塔所处的屋面是一个弧形缓坡,每个点都不一样。
在“鸟巢”顶部搭建火炬塔,一个关键问题是要进行重量控制。选材、用材,把厚钢板用在关键部位,从总体到细节,全程控制,解决了难题。最终,主火炬重约45吨,驱动系统重约80吨,燃气系统也仅十几吨,完全控制在“鸟巢”的承受范围内。
几乎每一次试验,都必须把火炬塔所处的特殊环境模拟出来。为此,以原设计图纸为基础,火炬塔团队构造出一个个“鸟巢”局部。在京东郊区的某个地方,甚至专门做了14米高、1:1的“鸟巢”局部作为试验平台。主火炬、驱动、燃气,从分项到整体,全部进行实物模拟试验。
4月下旬,京郊试验场进行火炬塔首期竖起点火试验。离8月8日不到100天,已经没有调整的时间。“万一失败,就彻底玩了!”郑志荣和负责驱动系统设计的王迎东几个人,连续3天没睡觉。试验一举成功,千斤重担暂时放下。
5月10日,火炬塔开始现场安装。试验场上整体调试完毕的火炬塔,到了“鸟巢”却需要一点一滴重新开始。甚至,原来严丝合缝的螺丝连接,因为一个点位误差的放大,也变得相距甚远。高空作业,从“鸟巢”五层的外环通道爬上第一层膜,翻山越岭般走到内环,再爬上顶部。每走一次,就要十几二十分钟。期间因为测试赛场馆封闭,还不得不停工。6月初,系统安装完毕。反复调试,一点点优化,到7月26日,经过几次试验检验调整,火炬塔系统施工才算全部完成。
华丽转身 开幕式要求体现“天人合一”的中华文化精髓。竖立在“鸟巢”一角的主火炬,犹如从上方十几米宽的膜结构卷出,与“鸟巢”浑然一体。主火炬的下边缘,要和膜结构上的造型线相合。精确的定位要求,为火炬塔的驱动系统设计带来了巨大难题。
一条11米长、3米多宽的轨道,铺上“鸟巢”顶部。主火炬平常藏在靠近外环的帐篷里。点火前,一套水平驱动系统把它缓缓拉出,直到近半部分探出内环。另一套复合驱动系统又把它顶起,推到与“鸟巢”内环垂直,下缘与膜结构曲线对接。整个翻转竖立过程由6个环节组成,工艺之复杂、行程之长、设备数量之多、功率之大,都是搞了20多年航天发射场和大型舞台机械控制的郑志荣从未见过的。
为了确保精确定位、绝对可靠,驱动控制系统采用了智能化设计。在火炬塔运行的几个关键部位,专门布设监测仪器,实时反映设备运行状态。根据反馈信息,控制系统能够自动调整设备运行方向、速度。直径3米多、行程11米多的主火炬,运行控制误差低于2毫米,精确度达到万分之二。(陈金喜江福梅)
(责任编辑:高瑞)