下穿高鐵，上落飛機，能把鳥巢全裝下。
北京新機場，被稱為「首都的新名片，國家的新大門」，預計明年10月正式投入使用。在這座規模宏偉的工程內部，鋼結構極為複雜——整體由6萬多根鋼架、1萬多個連接球以及10萬多噸用鋼量、國內首創的8個C型支撐柱組成。大量的鋼結構，就如同是新機場的骨架。而在每個連接鋼結構的焊接點上，都會產生一種威脅結構安全的內在因素叫「殘餘應力」，會使機場的「骨骼」變形，甚至斷裂，相當於人體骨骼關節上出現的變形與開裂。因此，在新機場建設過程中，配備「骨科大夫」進行「體檢」，確認整個機場的「骨骼強度」和「結構安全」顯得尤為重要。
北京理工大學檢測與控制研究所的徐春廣教授團隊，就擔當起了新機場的「骨科大夫」。他們利用自主研發的「殘餘應力超聲無損檢測系統」，對龐大的主承載鋼結構進行了「焊接殘餘應力「和「裝配應力」的「骨科檢查」，並根據「體檢報告」分析新機場主承力結構的載荷狀態，確保了其受力狀態和安全性完全符合設計和建造的要求。
新機場建設中發現隱患
去年年初，北京新機場鋼結構主體工程建設正按部就班地進行著。在設計和施工環節，工程方發現了機場建設的潛在隱患：焊接過程中會產生殘餘應力，由此還可能引起變形，這些變形到了一定程度會引起「骨骼斷裂」。新機場鋼結構承載量巨大，如果骨架出現變形和開裂的情況，就會引起重大事故，造成巨大損失。每一位機場建設者都清楚，「在機場，掉下任何東西都是絕對禁止的。」而想要避免隱患的發生，就需要為新機場找到一個資深的「骨科大夫」。
當時，負責對新機場的焊縫結點進行探傷檢測的是一家來自杭州的檢測公司，但他們只能檢測鋼結構焊接缺陷等「皮外傷」，而無法對新機場內部的「骨骼強度」進行檢測。考慮到新機場鋼結構建設和未來服役安全性的迫切需要，這家公司將徐春廣團隊及其技術推薦給了工程現場鋼結構建設項目負責人。聽說有人能擔此大任，建設方負責人立刻親自帶隊到北理工檢測與控制研究所，找到了徐春廣。
「當時他是不大相信的，他說搞了這麼多年工程建設，從沒聽說過有人能測金屬構件內部的殘餘應力。」在了解了對方的疑惑後，徐春廣給建設方負責人詳細介紹了檢測技術原理，並講述了之前對國防軍工裝備、航空航天、西氣東輸管道工程和廈門金磚會議主會場工程等進行檢測的成功案列。在實驗室，建設方負責人詳細觀看了實際檢測和操作過程，經過反覆考證和確認後，肯定了徐春廣團隊自主研發的「殘餘應力超聲無損檢測與調控系統」。此後，這一技術也得到了新機場工程設計方和監理方的認可。
最終，去年5月，新機場建設各方在機場建設指揮部召開了聯合會議，經過技術答辯、現場質疑、學術和技術研討等環節，一致認可並通過了徐春廣團隊的檢測技術，同意將其應用到新機場骨架的安全性檢測中。
「骨骼強度」一測便知
那麼，徐春廣團隊自主研發的「殘餘應力超聲無損檢測系統」到底如何對新機場進行「骨科檢查」呢？徐春廣解釋，整套檢測系統被設計安裝在一臺電腦中。從外觀上看，搭載檢測系統的設備就像一個「黑匣子」，打開後有顯示屏和鍵盤，屏幕右側有一些特殊的按鈕；「黑匣子」外部連接著兩根電線，電線的另一端是超聲探頭。實際檢測時，操作人員需要手持探頭，讓探頭與鋼結構骨架的表面貼合好，此時屏幕上會顯示超聲波在鋼結構內部的波形與傳播速度等，根據數據可以計算出殘餘應力的大小、方向和數值，確定被測位置的「骨骼強度」，分析是否存在「健康隱患」。操作人員需要圍繞骨架的每個焊接位置進行多點檢測，整個過程就相當於給新機場的骨架做了個「B超」。
去年冬天，徐春廣團隊開始對新機場鋼結構主體工程進行檢測。當時新機場的地基剛剛打好，一共有8組C型柱用於支撐機場上頂。經機場建設各方確認，選擇了承受力最大的一組支柱進行檢測。「這組支柱是整個機場承重最大、也是最核心最重要的支撐，關係到機場鋼結構整體安全。」徐春廣介紹，「如果它出現了問題，整個機場就會出現重大質量事故，所以我們選擇從這一『致命要害』入手。」
據了解，他們選擇的這組C型柱一共有幾百個焊接位置，每個焊接位置附近，又需要做多次的檢測，總共算下來，需要對近千個點進行檢測。檢測的時候，操作人員需要從骨架與地面接觸的結點開始，逐漸往高處攀登，在每一焊接位置附近停留、檢測。
隨著檢測的位置越來越高，檢測的難度也逐漸遞增。由於設備的超聲技術先進，對精度要求極高，所以操作人員在測量時，需要將超聲探頭與鋼結構表面完好貼合。在很高的狀態下，人的精神本來就緊張，既要注意安全，又要集中精神使探頭與鋼結構表面緊密貼合，再加上「骨骼」本身是圓柱形的，弧形的表面使得檢測過程更加艱難。「一邊貼合，一邊要看著屏幕的信號，需要同時兼顧兩邊，這對操作人員來說，難度是非常大的。」徐春廣解釋道，「最高點距地面有五六十米，操作人員最後都是坐起重車上去的。」
新機場「骨架」安全可靠
據徐春廣介紹，現場的實際操作人員中，不少是研究所裡的研究生和青年教師，他們與檢測公司的檢測人員一起，不畏嚴寒、克服高空作業反應，在極其嚴酷的環境下，順利完成了檢測任務。「記得當時有名學生恐高，再加上冬天天氣冷，他站在起重機上發暈，我們立馬把他叫了下來，換了其他人上去。」徐春廣說，「他們要測量近千個焊接結點，這樣的工作量對從事科研的他們來說根本不在話下，但工程現場畢竟不是實驗室，尤其是嚴寒高空的作業環境，還是會出現一些意想不到的狀況。」對於這種實際操作中出現的問題，團隊都會在問題解決後進行反思和技術升級。
今年三月底，徐春廣團隊順利完成了對新機場主承力鋼結構的安全性檢測任務。檢測結果顯示，在新機場的鋼結構內部，不存在威脅安全性的殘餘應力，機場骨架能夠承受住整體結構的載荷。不論是受力狀態還是結構安全性，都完全符合設計之初的構思與要求。
在成功為新機場內部骨架排除了「健康隱患」後，團隊又對封頂後的一些位置進行了檢測與排查。如今，整個團隊已將工作重點轉移到新機場的「健康監測」上，工作內容包括對新機場的「定期體檢」、特殊天氣時的「抽樣檢查」、關鍵節點安全服役狀態的「長期連續體檢」等。徐春廣解釋說，在大風和暴雪等天氣時，外界的作用會給機場施加外力，增加鋼結構的載荷，進而會導致鋼結構內部發生變化，使鋼結構發生變形和開裂等問題。這時，新機場的「骨科大夫」需要及時上場，為「骨骼健康」提前預警，確保新機場骨架的結構安全，為首都經濟建設、人民出行安全保駕護航。
來源：北京晚報 李祺瑤文並圖