科普展示范文（精选4篇）
科普展示 第1篇
7月14日上午, 中国科协科普部召开2015年全国科普日北京主场“炫彩科普中国”展示设计专题沙龙。中国科协科普部副部长辛兵主持。
清华大学美术学院工程设计系副主任、副教授范寅良围绕如何做好科普展示进行了主题发言, 重点介绍了“炫彩科普中国”活动的总体设计风格、布局方案和展示规范。各参展单位就“炫彩科普中国”活动各展区展示内容等方面进行了交流讨论。
新华网股份有限公司、深圳市腾讯计算机系统有限公司、北京果壳互动科技传媒有限公司、光明网传媒有限公司、互动在线 (北京) 科技有限公司、北京百度网讯科技有限公司、嘉星一族科技发展 (北京) 有限公司、中国科学院计算机信息网络中心、重庆天极网络有限公司、北京科技报社、中国科学技术馆、清华大学美术学院等单位, 中国科协科普部各处室负责人员共计50多人参加了沙龙。
科普展示 第2篇
苏通大桥关键技术与科普展示-纪念苏通大桥展览馆正式开馆
苏通大桥在建设过程中面临了诸多工程技术难题的挑战和创新.文章介绍了苏通大桥9项主要关键技术及科普展示技术,可为同类工程及科普展示项目提供参考.
作 者：吴寿昌 Wu Shouchang 作者单位：江苏省苏通大桥建设指挥部,江苏,南京,210006 刊 名：现代交通技术 英文刊名：MODERN TRANSPORTATION TECHNOLOGY 年，卷(期)： 6(2) 分类号：U445 关键词：苏通大桥 关键技术 科普展示混合现实技术在科普展示中的应用 第3篇
关键词:虚拟现实 混合虚拟现实 头盔显示器 光学跟踪 视景仿真
中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)03(b)-0246-03
1 混合虚拟现实技术及其特点
1.1 虚拟现实技术与混和现实技术
虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境,具体地说,就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成一个逼真的视觉、听觉、触觉、嗅觉及味觉等的虚拟环境和感官世界,用户通过多种传感设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响、从而产生一种身临其境的感觉。它是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面,综合了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术,模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能,使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中,并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互,创建了一种适人化的多维信息空间。
混合现实技术(Mixed Reality,简称MR)又称增强现实(Augmented Reality,简称AR),是在虚拟现实技术的基础上发展起来的,它通过计算机图形技术和可视化技术产生现实环境中不存在的虚拟对象,并通过传感技术将虚拟对象准确“放置”在真实环境中,真实的环境和虚拟的对象实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在,用户利用显示设备(如头盔显示器),将虚拟对象与真实环境融为一体便可以看到一个感官效果真实的新环境。混合现实提供了在一般情况下,不同于人类可以感知的信息。它不仅展现了真实世界的信息,而且将虚拟的信息同时显示出来,两种信息相互补充、叠加。混合现实的目的并非以虚拟世界代替真实世界,而是利用附加的信息去增强使用者对真实世界的观察和感知。
混和现实与虚拟现实是有所区别的。在虚拟现实系统中,人具有沉浸感。视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉部分或全部处于计算机系统控制之中。人失去与真实现实的一切联系。混和现实则不同,它是将虚拟的物体融合到真实的环境中,或者将真实的物体融合到虚拟的环境中。在混合现实中,人可以感受到真实世界的存在。在混合现实中最重要也是最关键的技术就是如何将真实的部分和虚拟的部分完美无缺地融合在一起。
1.2 混合现实技术的基本特点
混和现实技术有以下几个主要特点:
(1)真实性
混和现实技术体现了真实环境与虚拟环境的结合,比起以往的虚拟现实技术具有一定的的优越性,虚拟现实只是纯反应计算机所虚拟现实世界中的事物,而混和现实技术将虚拟世界中的事物和真实事物结合,使人们与虚拟世界有了沟通的桥梁。
(2)实时与互动
实时性是指虚拟现实系统能按用户当前的视点位置和视线方向,实时地改变呈现在用户眼前的虚拟环境画面,并在用户耳边和手上实时产生符合当前情景的听觉、视觉和触觉、力觉响应。互动性是指用户可采取现实生活中习以为常的方式来操纵虚拟场景中的物体,并改变其方位、属性或当前的运动状态。
(3)构想性
强调虚拟现实技术应具有广阔的可想象空间,可拓宽人类认知范围,不仅可再现真实存在的环境,也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。
1.3 混合现实系统的基本构成
混合现实由于是在虚拟现实的基础上发展起来的,因此在硬件结构上同虚拟现实系统的硬件具有一定的继承性和一致性。混合现实系统把计算机生成的虚拟物体、文字和图形等信息重叠显示在用户所看到的真实物体上,为用户提供与现实环境有关的辅助信息,增强用户对真实环境的感受,其中关键技术涉及到显示和注册。因此,头盔显示器和方位跟踪器是这种系统必不可少的外设。
如图1所示,一个典型的混合现实系统由虚拟场景生成器、头盔显示器、实现用户观察视线跟踪的头部姿态跟踪设备、虚拟场景与真实场景对准的定位设备和交互设备构成。其中虚拟场景生成器负责虚拟场景的建模、管理、绘制和其它外设的管理;头部姿态跟踪设备跟踪用户视线变化,实现用户观察坐标系与虚拟场景坐标系的匹配;交互设备则用于实现感官信号及环境控制操作信号的输入输出,上述几部分的功能和要求与虚拟现实系统中的相应单元相同。
混合现实系统中的显示设备通常采用头盔显示器(HMD)。对于头盔显示器(HMD),主要有两种类型,一种为透光式HMD(Optical see-through),另一种是影像式HMD(Video see-through)。透光式HMD允许用户看到真实的环境,计算机把生成的图像叠加显示于视场中。影像式HMD并不能让用户直接看到真实的环境,而是通过HMD上的摄像头采集环境影像,然后将计算机生成的虚拟图像融合后显示出来。
与大多虚拟现实系统一样,图像处理器也是AR系统所必不可缺的。从价值几百美元的3D图形加速卡到价值十几万美元的专用图形工作站。
混合现实系统还包括有人机交互设备,如数据手套、6D鼠标器、跟踪器、力反馈装置、语音识别与合成系统等,每种设备的品种也是五花八门、性能各异。
尽管混合现实技术在不同应用领域所强调的重点有所不同,不同档次、不同用途的系统所需要的配备也各不相同,但它们在原理上存在很多共性,至于选配哪些硬件设备往往需要用户在经费投入、性能需求和市场效益等方面进行折衷考虑。
2 广东科学中心“虚拟漫游”展示项目简介
廣东科学中心“数码世界”展区的“虚拟漫游”展项,全面展示了混合现实技术。
“虚拟漫游”展项共设置了三个不同的真实场景,分别是“珠江畅游”、“海底世界”、“空中游览”,观众乘坐小型轨道车穿行在不同的场景中,通过头盔式显示器体验虚景和实景融合之后的神奇,还可以用手持设备与场景中的角色互动,在美妙的体验中探索科学的奥妙。
图2为“虚拟漫游”展项的体验路线示意图。
(1)珠江畅游(图3、图4)
观众首先乘坐电动轨道车进入珠江畅游的场景,场景设计成14m2的圆形房间,营造一种船的感觉。船和船上的物品为实景,珠江和两岸的景色为计算机生成的虚景,二者经过有机的融合呈现在头盔显示器中,观众仿佛坐在船上,游览珠江两岸的景色,往来的船只、低空飞行的飞机、江面上的汽球等。
观众还可以通过手持设备进行互动,我们在这里设计了喂鸽子的互动情节,此时手持设备会变成一个喂鸽子的盘子,并与鸽子嬉戏。当船进入珠江夜景时,你可以让手持设备变成一个礼花筒,并且通过燃放礼花来庆祝。
(2)海底世界:(图5、图6)
游览完“珠江畅游”后来到“海底世界”,利用布景将16m2的圆形房间,布置成为海底场景,包括海底岩石、珊瑚礁等等。背景制作成蓝色,让观众有一种完全置身海底的感觉。但是当你戴上头盔后,你会惊奇地发观各种各样的小鱼、海豚、海龟、魔鬼鱼等友好的动物在你周围游动。参与者可以用自己手中的手持设备直接抓取海底中的珍珠(此时变成为机械臂);或是可以用手持设备(此时变成一条小鱼)来喂海豚。
当凶猛的鲨鱼逼近时。参与者可以将激光枪(手持式互动设备)对准鲨鱼。参与者对准鲨鱼,扣动扳机发射激光,鲨鱼受到攻击,仓皇离去。
随后鱼群重新回到参与者周围,并簇拥着参与者浮上海面。此时火车缓缓开动,驶入“空中游览”场景。
(3)空中游览:(图7、图8)
整个14m2的圆形房间布置成为飞船的内部场景,观众仿佛乘坐飞船在空中通过舷窗饱览广州的壮丽景色。戴上头盔显示器,你可从舷窗鸟瞰广州现代化的夜景,时而穿过摩天大楼,时而与珠江宏伟的跨江大桥擦肩而过,最后飞船降落在广东科学中心的正门广场,并结束整个漫游行程回到序厅。
整个漫游行程约15分钟。
3 广东科学中心“虚拟漫游”项目技术方案简介
3.1 展项系统结构
展项的系统结构(包括硬件结构、软件结构)拓扑图如9所示。
3.2 软件系统的构成
软件系统包括三大部分,分别是:
视景子系统:包括虚拟场景的生成、实景的采集、虚景和实景的融合、以及交互过程虚拟物体的生成等模块;
跟踪子系统:包括光学跟踪数据的获取与处理、头部及交互设备位置的计算等模块;
管理子系统:包括系统的运行管理、系统自动检测、系统监控及系统维护等模块(图10)。
3.3 主要硬件系统的构成
本项目最主要的硬件包括高性能的计算机(图形工作站)、头盔显示器、光学跟踪系统,分别介绍如下:
(1)头盔显示器
头盔显示器最先是专门为虚拟现实用户提供沉浸感的立体显示设备,它由三个主要部分构成:显示部件、采集镜头和头盔壳体。为了产生逼真的立体感,显示部件一般采用两块显示屏,分别显示计算机输出的、具有代表双眼视差的左右眼图像。用户大脑将自动融合这两幅具有视差的图像而获得深度感知,形成立体视觉。
对于本项目来说,头盔显示器不仅是作为显示设备,而且还要兼具实景采集和位置跟踪的功能,因此我们需要在头盔显示器上集成实景摄像机和红外跟踪摄像机,经过与欧美多家制作厂家协商,最后选定了由荷兰公司生产的CyberMind头盔。屏幕分辨率:800×600,重量:500g(图2)。
(2)光学跟踪系统
在混和现实系统中,头盔显示器不仅要具备普通的三维图像显示功能,而且需要能够实时地跟踪用户头部的位置和姿态,即跟踪视线方向,并及时将视线信息反馈给图像生成软件,实现视景图像与增强信息的同步刷新显示,使得用户能够以在真实世界中观察周围事物的方式在增强环境中进行畅游,从而增强用户在融合环境中的浸没感和交互性。
本项目采用的是Fantastic Space光学式跟踪系统:
Fantastic Space光学跟踪系统主要分为两部分:(1)光学跟踪单元阵列,部署于天花上,可以覆盖任意大小的面积,用于发射信号。(2)传感器,用于接受信号,跟踪用户的头部和手部位置。
Fantastic Space系统只需采用大约2000个红外LED就可以跟蹤100平方米的展示场地,一个头盔只需使用一个摄像头即可,而且刷新频率最大可以达到240Hz,位相滞后大约为4ms(图12)。
4 本项目的科普意义
广东科学中心的“虚拟漫游”展项是国内第一个将混和虚拟现实技术应用在科普场馆,展现了高科技的魅力,给游客带来无可比拟的视听体验。神奇的珠江漫游、海底世界和空中游览都给游客带来梦幻般的体验。自2008年9月开馆以来,该展项有几万人次参与体验,这中间既有普通的中小学生,也有专家、学者,还有从事相关专业的科技工作者,受到了广泛的好评,也引起了各科普展馆浓厚的兴趣。
科普展示 第4篇
苏通大桥主跨1 088 m,是目前世界最大跨径的斜拉桥(见图1)。大桥建设中攻克了一系列技术难题,采用了多项新技术,取得了一批具有自主知识产权的创新成果,为大跨径桥梁建设提供了宝贵的经验。为了全面记录苏通大桥的建设,弘扬科学、创新、奉献精神,加强爱国主义和科普教育,建设苏通大桥展览馆具有重要的意义。
苏通大桥展览馆位于江苏省常熟市东部,苏通大桥南岸桥区内。展览馆面积3 500 m2,整个展览馆由概况区、关键技术区、纪念文化区、科普区、互动区、纪念品区、观景平台等组成。另外有室外展区和室外观桥区
展览馆通过模型、多媒体和互动游戏等,重点展示复杂建设条件下苏通大桥建设的关键技术,简明诠释大桥建设中的先进技术及创新构思,大力弘扬苏通精神。不仅满足公众对桥梁相关知识了解的需求,而且为培养广大公众的创新意识,拓展科学视野提供了有效的知识平台,成为大家丰富科学知识、提高科学素质的科普及爱国主义教育基地。
2 展览馆主要展示内容及手段
为充分展示大桥建设关键技术、弘扬苏通精神,经多方案比较,主要展示手段有:室内模型31组(部分关键技术模型见表1),多媒体23项,展板119块,艺术品5组,室外科研、试验模型11组,实物近百件。现将主要展示内容与手段介绍如下。
2.1 关键技术展示
2.1.1 主桥基础平台搭设关键技术
苏通大桥主墩位于长江河口感潮河段,水深流急,受潮汐的影响流速流向多变。桥位区基岩埋藏深,土质松散,易冲刷。为减小施工平台搭设的难度,降低施工风险,施工中采用大直径、入土深的钢管桩作为平台支承结构,满足了深水大波浪条件下平台及单桩的稳定性要求。这里展示的是主4#墩平台,实际平台平面尺寸为142.6 m×54.5 m,施工时首先在钻孔平台上游侧搭建一个刚度较大的起始平台,利用起始平台及锚固在平台上的悬臂定位导向架导向沉放钢管桩,钢管桩自上游向下游逐排下沉到位后利用平联与起始平台及周围的钢管桩连接成整体,逐步形成钻孔桩施工平台。平台搭设完成后,开始大直径钻孔灌注桩的施工。为了提高施工工效,钢筋笼预先在其余钢管桩内接长,浇注混凝土前由龙门吊吊装下放。“桥梁工程超长、超大直径钻孔灌注桩施工工法”目前已发布为国家级工法。
展示手段:利用模型将主墩建设不同时段的施工在一个空间、一个时段同时展示,体现利用导向架沉设钢桩、钻孔、吊放钢筋笼、浇筑混凝土等施工技术。模型设有互动功能,既展示了高超的技术,也增加了观赏、科普效果。
2.1.2 主桥群桩基础关键技术
苏通大桥主塔墩采用高桩承台钻孔灌注桩基础。承台呈哑铃形,平面尺寸113.75 m×48.1 m,由塔柱下面的2个承台及连接梁组成。每个承台混凝土方量为42 271 m3(另外封底混凝土方量约1.5 m3),钢筋总重6 500 t,采用分区、分层方法进行浇注。南、北承台各设131根直径2.85/2.5 m、长117 m的钻孔灌注桩,通过131根钻孔灌注桩将承台、索塔以及通过索塔传下来的上部结构荷载共约20万t传到地基上。钢管桩直径2.85 m,作为永久结构与钻孔桩基础共同受力。承台大体积混凝土施工过程中的钢吊箱局部保留作为基础防撞设施。为降低河床局部冲刷对基础造成的风险,采用袋装沙、级配碎石和块石对主塔墩基础实施了永久性冲刷防护工程,南、北主塔墩防护面积达21万m2,防护工程共计109万m3。为了掌握基础变位情况,从群桩基础施工阶段直到成桥阶段对基础的沉降等进行了持续监测。
展示手段:对承台、桩、防护等部分进行剖析,可以清晰了解内部结构,还可手动展示信息化施工的监测情况。
2.1.3 钢吊箱施工关键技术
苏通大桥主4#、主5#墩钢吊箱分别重5 316 t和5 087 t,平面尺寸117.95 m×52.3 m。2个主塔墩钢吊箱均设计为双壁有底自浮式钢结构,包括底板、壁体、内撑、拉压杆和定位系统5大部分,采用工厂分块预制、现场拼装、计算机控制下沉的施工方法。其中主4#墩钢吊箱分3次接高下沉,主5#墩钢吊箱采用一次拼装完成后整体下沉。这里展示的是主5#墩钢吊箱整体沉放施工工艺。主5#墩钢吊箱拼装完成后,利用40台千斤顶系统同步将钢吊箱整体上提60 cm左右,割除下平联拼装平台,第1次先将钢吊箱下放至高潮位以上,在落潮前下放至低潮位处。再次涨潮时根据潮位往壁板内加水,待二次退潮时继续下放。按此步骤直至钢吊箱下放到位,整个下放距离12 m。主5#墩钢吊箱的沉放成功实施了多台千斤顶联动、位移同步性控制在1 cm以内,在国内外首次实现了水上超大钢吊箱使用液压千斤顶在复杂工况条件下的安全沉放。“超大型钢吊箱水上整体拼装下放施工工法”现已发布为国家级工法。
展示手段:利用模型将钢吊箱拼装完成、整体吊放下沉的施工技术进行展示。结合多媒体、参与互动,更全面了解该项关键技术。
2.1.4 索塔锚固关键技术
桥塔是将桥面上部荷载通过斜拉索向基础传递的重要结构,作为支撑整个桥梁的关键性结构。大桥主塔采用倒Y形,由上塔柱、中塔柱、下塔柱、横梁和交汇段组成的。塔高为300.4 m,每座主塔耗用混凝土2.8万m3,钢材9 000多t,承受约10万t的荷载。
苏通大桥索塔锚固区,是在对预应力锚固、钢锚梁锚固和钢锚箱锚固等多方案比选的基础上,确定采用钢锚箱锚固方案。相对于国内用得较多的预应力锚固方案而言,钢锚箱锚固方案主要具有以下优点:
(1)结构受力明确,构造合理。斜拉索的水平拉力主要由钢锚箱承担,竖向力主要通过钢锚箱的剪力钉传递到混凝土塔壁,由混凝土承担。
(2)钢锚箱采用工厂制作、预拼、现场安装、栓接的方式进行施工。使结构施工更方便、检查和维护更容易,进度快、质量好。
(3)结构耐久性好。对钢锚箱进行精加工和涂装,索塔锚固区设置除湿系统,加强对锚固区钢结构的防腐保护。
展示手段:(1)展区顶部采用1∶2.7的大比例展示钢锚箱吊装工艺,模型底座为大幅玻璃地台,通过高空拍摄的彩色灯光照片,让观众犹如站在高空观看钢锚箱吊装,有身临其境的感觉。(2)充分利用1∶1的大型科研试验试件展示更具震撼效果。
2.1.5 大悬臂钢箱梁架设技术
苏通大桥主桥为主跨1 088 m的斜拉桥,主桥钢箱梁全长2 088 m,重达50 000 t。钢箱梁采用全焊扁平流线形结构,分为标准梁段和大块梁段,共17种类型,141个节段,全宽41 m、高4 m,最重的一块钢箱梁超过了1 200 t,标准梁段钢箱梁重450 t,合龙段和0#块钢箱梁重120 t。梁段采用工厂制造,水运至现场吊装的施工方法。大块梁段采用大型浮吊吊装,标准梁段采用桥面吊机吊装。标准梁段共80节,最大起吊重量近450 t,最大起吊高度约70m,采用特制的桥面双吊机吊装,节段调整精度为±1 mm。中跨合龙段方案:中跨合龙前将箱梁悬臂端向岸侧顶推,吊装就位后箱梁悬臂端回移与合龙段焊接。苏通大桥上部结构钢箱梁架设在多功能双桥面吊机研发、大节段3向调位工艺、中跨顶推合龙施工工艺和控制方法等方面取得了创新性成果,其中“钢箱梁双吊机吊装施工工法”已发布为国家级工法。
展示手段:采用1∶6的比例,模型高耸于展馆中庭,展示上部结构施工,并利用图片烘托场景,动态升降系统展示双桥面吊机吊装钢箱梁,智能化动态光源对钢箱梁焊接进行渲染,船舶鸣笛、江面水声、动感水面等增强真实氛围。
2.1.6 苏通大桥抗风性能研究
桥梁风工程学是一门新兴分支学科。1940年秋,美国华盛顿州建成才4个月的塔科马桥在远低于设计风速的8级大风作用下发生了强烈的风致振动毁坏。在这一事件的推动下,桥梁工程师和空气动力学专家密切合作,展开桥梁风效应研究,形成了理论分析、数值模拟和风洞试验相结合的研究方法。
苏通大桥作为世界最大跨径的斜拉桥,桥位处于台风高发地区,施工和运营期的结构风致响应问题较为突出。苏通大桥的模型在同济大学、西南交大风洞试验室里接受了严格的检验,对桥梁结构、抗风安全和风环境行车安全问题进行了系统研究。
首先在大桥主塔选型上做出比较,最终采用倒Y型混凝土塔柱;优化后的塔柱断面风阻力系数较小;扁平流线形钢箱梁设计更有利于空气绕流;钢箱梁检查车轨道位置也经过了反复优化比较,并在轨道两侧设置了导流板;通过在塔梁和索梁之间设置粘滞阻尼器,在拉索表面设置凹坑气动措施,在塔区设置风障设施等改善了桥梁使用状况和行车性能,大桥抗风安全通过试验检验,试验模型见图2。
苏通大桥的顺利建成,为长大跨径桥梁抗风研究提供了一个成功范例。随着越来越多跨海峡大桥的建设,桥梁工程师提出了抗风性能更好的双箱梁、空间交叉索等多种新型方案,并已经研究出了可动风嘴等智能型主动控制的抗风方法。相信在不久的将来,桥梁工程师将不断克服风的影响,建造出更大跨径的桥梁。
展示手段:直接利用风洞试验的模型,结合多媒体演示,更全面了解该项关键技术。
2.1.7 75 m跨径连续梁关键技术
苏通大桥北引桥深水区段和中引桥为75 m跨径,全长1 850 m。箱梁采用单箱室结构分离式双幅布置,箱梁宽16.4 m,梁高4 m,采用50#混凝土,箱梁采用短线匹配法节段预制、架桥机平衡悬拼施工,共有箱梁节段1 070块。
75 m梁预制场总面积约为7.8万m2。预制场生产作业区由北至南分别布置钢筋绑扎台座区、预制台座区、修整区、堆存区和横移区,南边江堤外布置出运码头。场内共设置2条预制生产线,每条生产线内设置3个箱梁节段预制台座、3个钢筋台座、1台160 t龙门吊、1台10 t龙门吊、6个修整台座和若干堆存台座。钢筋笼在绑扎区绑扎完成后由龙门吊吊至预制台座区,进行模板安装和混凝土浇注。浇注完成的箱梁节段吊至修整区进行修整,之后吊至堆存区进行养护,并按期经出运码头由运梁船运至施工现场。
苏通大桥75 m跨径的引桥采用短线法预制悬拼连续梁。梁段经船舶运输至施工现场后进行拼装施工。墩顶0#预制节段利用浮吊吊装就位并临时锚固,其余梁段由架桥机对称起吊就位拼装。短线预制悬拼工艺具有施工速度快、混凝土徐变效应小、质量易于控制等优点。“预应力混凝土连续箱梁节段短线匹配法预制、架桥机悬拼施工工法”已发布为国家级工法。
展示手段:(1)预制场,模型真实模拟场景,通过模型中机械动态演示,观众可直观了解钢筋笼吊放、模板移动、梁段吊运及存放、梁段外运等预制工艺流程。按动按钮,不仅可观看不同的工作状态,灯光同时显示相应的功能分区。(2)拼装架设,模型根据真实场景进行展示,横向为双幅桥,一幅为墩顶梁段吊装、一幅为架桥机悬拼梁段。采用操纵台控制按钮显示指定区域,并用流水灯光体现悬拼工艺。
2.1.8 连续刚构关键技术
苏通大桥辅桥采用140 m+268 m+140 m连续刚构,为目前中国第2大跨径连续刚构桥。箱梁设纵向、竖向和横向三向预应力。箱梁节段采用NRS挂篮系统进行悬浇施工,最重节段297 t。挂篮系统包括底模平台、内顶模、翼缘模、主桁架、横梁和前后走行系统几大部分。每个箱梁节段的施工工序主要有模板安装、挂篮调整、钢筋绑扎和预应力孔道安装、混凝土浇筑、预应力张拉和管道压浆等。苏通大桥辅桥施工首次采用2阶段几何动态施工控制方法、相对高差法放样技术、消除温度影响自适应控制技术,实现了全天候施工放样、标高自适应调整和零误差施工合龙。中跨合龙时通过采用对顶和锁定新技术,成功解决了高墩大跨连续刚构桥的中跨合龙控制精度和运营期墩身的长期徐变不利效应。
2.1.9 引桥减隔震支座
苏通大桥引桥采用多跨连续梁结构,由于运营荷载及构造要求,桥墩刚度设计得较大,结构周期短,地震响应较大。为保证结构的抗震安全,专门研制了双曲面球型减隔震支座(见图3)。这种支座在设计上采用上下不同半径的两个球面,当地震发生且横向力超过设定值时,支座的横向限位装置被剪断,大半径球面摩擦副横向即可自由滑动,将地震产生的动能转换为势能。在滑移的过程中,摩擦阻力又消耗一部分地震能量,达到减震的效果。而产生的势能又可形成恢复力,使支座在地震荷载作用结束后复位。双曲面球型减隔震支座已获得实用新型专利。
2.2 纪念文化
纪念文化区以展现苏通精神、苏通文化为目的,展示与宣传苏通大桥建设精神、建设管理、工作理念和建设过程中的人物精神风貌。展区以展现建设者风采,以及各阶段领导的关怀与施工建设各阶段的感人事迹为主,以弘扬苏通精神和苏通文化——知难而进、勇于创新、以人为本、无私奉献、科学理性、和而不同。
2.2.1 建设之路
展示手段以多媒体看板式等离子显示屏、多组竖向显示屏为主。一侧图文并茂地展现苏通大桥建设过程中的关键节点;另一侧以图文相间形式展现工程管理中重要事件的大事记。
苏通文化展墙是展览的一大特色,通过展示建桥施工过程中的一些小素材,如工作日志、测量工具、安全帽、信笺、便条等,从细微之处展现工作细节。
2.2.2 建设风采
苏通大桥将建设、设计、施工、监理、科研、咨询、海事等单位集成为“一桥七方”,整合资源,通力协作。他们,就是大桥的栋梁。在这里,为他们的风采喝彩!
2.2.3 建设成果
(1)工程成果
在长江入海口,南通和苏州两市之间,苏通人优质而高效地建成了世界上第1座跨越千米的斜拉桥,并且提前1年建成通车。从此,过江只需7 min,大桥成为沟通长江两岸经济交流的关键枢纽,使中国经济最发达的长三角地区更具活力,实现了两岸人民的“千年梦想,百年期盼”。
大桥造型优美,与环境完美协调,成为长江入海口一个标志性建筑。建设品质优良,合格率100%,优良率100%。工程精度水平高,300 m桥塔混凝土质量优良,塔顶偏差仅7 mm,垂直度偏差小于1/40 000;272根斜拉索制造精度全部达到1/20 000的标准,疲劳试验达400万次以上,可靠耐久;桥面线形平顺、索力分布均匀,中跨合龙高程误差为1 mm,桥轴线与设计吻合,各项技术指标均优于设计和国家规范的要求。
苏通大桥为我国大跨径桥梁工程发展提供了示范,代表了中国桥梁建设新的水平,培养了桥梁技术龙头企业,带动了相关产业发展,提升了产业竞争力和国内相关企业的竞争力,使其具备参与国际竞争的能力;提升了中国在国际桥梁产业的地位,加快了向桥梁技术强国迈进的步伐。
2008-03,苏通大桥已获得国际桥梁大会(IBC)乔治·理查德森大奖,是我国第一个获得该奖项的桥梁工程,是继法国诺曼底大桥和希腊里翁桥后获得该奖项的又一座大型桥梁工程。
(2)科技成果
苏通大桥已开展百项专题研究和科研试验,攻克了多项关键技术难题,取得了多项重大技术成果,建立了具有自主知识产权的、整体上达到国际先进水平并有若干单项达到世界领先地位的千米级斜拉桥建设核心技术群,多项成果已被其它工程借鉴和应用。
大桥成功建设,解决了河床冲刷、船舶撞击、结构抗风、施工控制等十多项关键技术难题,创造了最大深水群桩基础、300 m超高索塔、540 m大悬臂和577 m超长斜拉索等4项世界之最,形成了深水潮汐河段群桩基础设计与施工、300 m高塔塔形监测与控制、超长斜拉索制作、架设与减振、大块段钢箱梁制作、拼装与施工控制等成套技术,实现了斜拉桥的千米跨越,提升了我国桥梁技术在世界工程领域的地位,代表了我国桥梁建设最高水平。
目前已有20多项科研项目通过了成果鉴定,全部达到了国际先进水平,多项技术达到国际领先水平;10多个项目获得省、部级科技进步奖;完成了22项工法编制,9项被批准为省级工法,6项被批准为国家级工法;完成专著4本;已发表论文200余篇;已编制技术总结1套,出版论文集3辑;申报专利20多项;多项成果已被其它工程借鉴和应用。
2.3 科普
通过模型、展板等科普形式形象化地介绍各类桥梁、地震、气象、监测技术、特殊材料、结构耐久性、VTS技术等知识。
2.4 互动游戏
(1)斜拉桥搭建
展示斜拉桥的主要组成部分,通过动手搭建可以了解斜拉桥的主要架设过程。
(2)(哥尼斯堡)七桥游戏
在游戏的同时,向公众介绍了斜拉桥、悬索桥、梁桥、拱桥、刚构桥、桁梁桥、斜腿刚构桥等知识。
(3)奇特的桥
本展项立足于触摸屏技术,充分发挥多媒体软件信息量大、表现形式活泼的特点,在虚拟的桌面环境中展现世界名桥风姿、普及桥梁知识。
(4)奇特的书
本展项立足于先进的视频捕捉以及电子书技术,突破了传统的接触式操作的局限,采用非接触式操作。参观者在电子书前轻轻挥手,即可翻动书页。书中图文并茂地展现了苏通大桥的相关内容,使参观者在视觉享受的同时更深入地了解苏通大桥。
(5)光感绘画
分为画图、拼桥和找茬3个游戏。
(6)穿越大桥体验
该套数字体验解决方案主要呈现的是以一个游客的主观视角表现在桥上、江面上穿越苏通大桥的过程。它运用高清拍摄和控制浏览的手段,帮助游客体验苏通大桥的雄伟壮丽。
(7)休闲区互联网
本展项立足于PC平台,以虚拟休息室的形式带给参观者休闲放松的心情。在这样舒适的心情下,参观者可以自由地选择观看所有的相关视频,了解苏通大桥的关键技术、建设过程;也可以浏览苏通大桥周边地区的风景名胜,查询周边城市信息;更可以通过互联网登录到相关网站。
(8)自助拍摄
在这里可以任意选取您喜欢的苏通大桥背景图片进行合成拍照留念,如果您需要,还可以将照片打印出来。
2.5 室外展区
主要有:苏通大桥建设大型浮雕,这面浮雕墙浓缩展现了从古至今中国人在建桥领域付出的努力和取得的成就;以及桥铭石、承诺碑(见图4)、静思石、桩基础、钢箱梁足尺试验、钢锚箱试验、辅桥连续刚构试验段、75 m跨径连续梁等。
3 主要特点与体会
3.1 主要特点
借鉴国内外先进的科技展览馆展示理念、技术与装备,确保苏通大桥展览馆建设的高起点。“以人为本”,充分尊重观众,事先进行有效研究,充分考虑观众的参与动机、要求,行为方式和心理特征,在信息的新颖度、信息量的分布和安排上做到恰如其分,雅俗共赏。
努力加强表现手段,使展览馆在传播苏通大桥关键技术、科学文化知识方面丰富多彩。充分利用模型、多媒体、实景复原和互动装置作为信息传播手段。对展示内容、空间布局、人流线安排等进行精心策划。利用中英文双语的语音系统,以科普方式向中外观众详细介绍苏通大桥关键技术。
内部设计合理,模型精致细腻,多媒体内容清新精良。有补充与深入的交互式多媒体和集中的人机对话系统,扩展信息传播容量,增加展览的动感和人性化。项目的内容选择恰如其分,绝大多数观众对传播的意图都能较快地掌握,使展览的社会教育功效得到了大大的提升。在策划中重视调动各种信息传播手段,利用互动和参与装置,激发观众的主体意识,提高信息接收的趣味性,大大增强了展览的把握与传播能力。从节能、景观等考虑,设中庭,光线可以直接照入,一般不用电力照明。同时中庭设全桥沙盘、主桥上部结构吊装大型模型,是展览馆的展示重心。尽量采用科研、试验、工程首件制等留下的模型、试件,让公众亲身感受、体验,同时也大大节约成本。
通过大量简单易行的参与性项目,通过现场实验和操作使观众深入了解苏通大桥关键技术。通过可动模型、多媒体、互动游戏等尽量提高公众参与度。自助拍摄,由于桥区每年约有一半时间拍摄困难,游客又很少有机会晚上来,通过自助拍摄,可以选择自己喜欢的背景进行合成。屋顶设观桥平台,充分利用最佳位置,为公众提供最佳视角,大桥风采一览无余。
3.2 主要体会
各参建单位高度重视,博采众长,广泛学习国内外科技展览馆的先进经验。注重策划,加强交流,严格管理,重视过程检查、控制。突出关键技术、科技创新、苏通精神,在充分理解的基础上,精心设计、精心制作、精心施工,力求科学、准确,努力为苏通大桥增添光彩。