2008年北京奥运场馆“鸟巢”个性化的外型，给钢结构制作、施工带来空前的困难。最为显著的是庞大钢构件弯扭制作成形技术，是工程成功的关键。近日，记者采访了浙江精工钢构集团重钢制造公司的刘代龙总工程师，请他谈谈弯扭构件制作技术研究及产业化的问题。 

记者：近几年来，精工钢构承建了许多国家级的大项目，在业内其技术处于领先地位。特别是在2008北京奥运场馆“鸟巢”工程中，弯扭构件的制造引起多方面的关注，请刘工谈谈弯扭构件有何特征？其制作难点在哪里？ 

刘代龙：确实，弯扭构件是2008年北京奥运场馆“鸟巢”工程成功的关键。在我们以前，在一个钢结构工程中大量应用弯扭构件是史无前例的。弯扭构件的特征相对于普通的弧形构件，弯扭构件是截面形心轴线在不同平面内的弯曲，伴随着横截面在长度方向上逐步扭转的构件。而普通弧形构件，通常只是在一个平面内弯曲，其功能件在结构当中只是属于平面结构，而弯扭构件由于自身的空间弯扭，在复杂的节点体系当中会出现，属于非标的空间结构，相对于普通的直线形或弧线形构件，其制作难度要大得多。制作的难点大致有以下几个方面： 

1.如何实现弯扭构件整体尺寸与空间点坐标的有效结合，进行曲面的放样;箱体自身四块面板及牛腿面板的实际曲面均为非规则的螺旋面。针对弯扭构件的特点，精工钢构联合同济大学共同开发了空间弯扭构件深化设计专用软件系统，该专用软件基于AutoCAD三维图形平台，使用C++计算机语言和由AutoCAD提供的二次开发软件包即ObjectARX作为开发工具。该软件对硬件系统要求不高，适应性广。根据软件建立弯扭构件三维实体模型，通过几何空间扩展数值计算，对各个壁板展开并绘制放样图，精确度高。 

2.曲面加工的成型及加工精度控制：对非规则的扭曲面进行成型加工难度非常大，弯扭箱体展开长度弧长达到15米。采用无模多点成型设备进行冷压成型，成型质量、精度比较高，工作效率高，劳动强度低，可以进行规模化的批量生产。 

3.组装、焊接过程中尺寸精度的预控，实现弯扭箱体主体焊接变形的控制，以详尽的深化设计图纸为前提，利用无模成型技术进行板件的弯扭成型，采用人工胎架的方法进行构件的组装，通过焊接过程中焊接变形的控制来达到构件最终质量的目的。 

4.弯扭构件尺寸正确性的检测难度大：弯扭构件所体现的尺寸均是三维空间尺寸，常规的检测手段无法进行，必须具备可操作性非常强的检测手段进行三维检测，否则无法保证现场安装的顺利进行。
    记者：由于弯扭构件的特殊性，据了解，弯扭壁板的加工成型的方案有多种。精工钢构通常采用哪种最为科学、技术含量高的方案？
    刘代龙：针对弯扭构件的面板成型，主要的加工方案有以下几种，火焰加热成型、冷压折弯成型、卷圆成型、压模成型、无模成型。其中，无模成型均匀塑变、弯扭过渡平滑、效率高、操作简便，通过几种成型方式的对比，我们可以看到无模成型还是具备其无可替代的优越性的。精工钢构对一些重大工程中的弯扭构件，已成功应用技术含量最高的无模成型技术，得到业内的好评。
    记者：请刘工介绍一下，精工钢构所研发的无模成型技术的基本原理，以及配套的三维特形构件软件的开发与应用情况，弯扭构件的组装、焊接上有哪些难点？
    刘代龙：无模成型技术的原理：无模多点成形就是将多点成形技术和计算机技术结合为一体的先进制造技术，实际上是一种数控模具成形。多点成形是金属板材三维曲面成形的新技术，其原理是将传统的整体模具离散成一系列规则排列、高度可调的冲头。在整体模具成形中，板材由模具曲面来成形，而多点成形则通过对各基本体运动的实时控制，自由地构造出成形面，实现板材的三维曲面成形。它是对三维曲面类板件传统生产方式的重大创新。 

无模多点成型的基本构成：调节上、下冲头行程有一套专门的调整机构，而板材成形又需要一套加载机构，以上、下冲头及这两种机构为核心就构成了多点成形压力机。该套多点成形设备由三大部分组成，即CAD软件系统、控制系统及多点成形主机，CAD软系统根据要求的成形件的目标形状进行几何造型、成形工艺计算。将数据文件传给控制系统，控制系统根据这些数据控制冲头的调整机构，从而构造出成形面，然后控制加载机构成形出所需的零件产品。 

弯扭构件的组装、焊接上有哪些难点？弯扭构件组装精度的保证是靠每一道工序细节质量的控制来实现的，如板件数控喷粉下料的准确性、板件弯扭无模成型的参数化控制、弧形坡口的加工质量控制等基本环节，体现在弯扭组装上的控制很重要一点就是三维放样，根据构件的三维空间坐标进行构件的实体放样，这是保证组装精度的一个根本性措施，通过三维放样，控制弯扭构件的主控点及次控点坐标，有了精确的构件三维放样，构件的行位尺寸才有保障，否则如此复杂的空间弯扭体系，现场的安装施工是非常难于进行的。弯扭构件的焊接在制作的整个流程当中也是主控项，因为弯扭构件是非标结构，构件自身是非对称的异形结构，由焊接应力导致的构件变形是非常复杂的，因此，必须掌握弯扭构件由于焊接所造成的焊接变形的趋势和特点，这也是通过对首件制作的跟踪和分析所掌握的，并不断对焊接工艺进行调整而实现对构件变形的有效控制。
    记者：无模成型技术的优势有哪些？
    刘代龙：通过无模成型的原理我们可以知道，无模成型各冲头的行程可分别调节，改变各冲头的位置就改变了成形曲面，也就是相当于重新构造了成形模具，体现了多点成形的柔性特点。无模成型的应用，其优越性是不言而喻的，因此才会于2008年3月被国家知识产权局授予了实用新型专利。
    记者：精工钢构制作的弯扭构件已应用于多项重大工程，如“鸟巢”、阳光谷、深圳湾体育中心，这些项目在制作上有何区别？对推动弯扭构件制作实现产业化有何积极意义？
    刘代龙：从弯扭制作来看，深圳湾体育中心与鸟巢工程构件形式相类似，不过深圳湾所体现的均是薄壁的箱体弯扭构件，其板厚均在10～30毫米之间，而鸟巢弯扭其板厚达60毫米，所以深圳湾弯扭板件成型容易但易反弹，鸟巢板件成型相对较难，但不易反弹，但对焊接变形的控制都是制作过程中共同的主题。从制作的工序流程上来讲，基本相同。从难易程度上来讲，鸟巢的结构比较复杂，板比较厚，所以相对要难许多。阳光谷跟鸟巢和深圳湾不同，阳光谷是小型构件，并且整个空间结构是通过节点的弯扭进行转换的，其杆件是平直的，其制作难点主要集中在节点的制作上，对于阳光谷节点制作的思路与鸟巢及深圳湾都相似，都是通过三维放样进行制作的。总而言之，无论“鸟巢”亦或深圳湾或阳关谷，所体现的都是关于弯扭构件系统的质量控制，包括深化设计详图、工厂制作、现场安装，都是对综合能力的检验，要求严谨的计划安排和系统的资源配置，为我们实现产业化提供了坚实的基础。几年来，我们的制作能力在提高，体系在持续改善，我们的愿景是做强钢结构产业，突出专业化、规模化、产业化，以实际的、有效的生产运作实现业主单位、设计单位的建筑构想。 

（来源：建筑时报）