Anish Kapoor had voor het beeldhouwerk Cloud Gate in Millennium Park in Chicago de visie dat het op vloeibaar kwik zou lijken en de omringende stad vloeiend zou weerspiegelen. Het bereiken van deze harmonie was een waar liefdeswerk.
“Wat ik met Millennium Park wilde bereiken, was de skyline van Chicago erin te verwerken… zodat mensen de wolken erin konden zien drijven en de zeer hoge gebouwen in het kunstwerk weerspiegeld zouden zien. De deelnemer, de toeschouwer, kan deze diepe ruimte betreden, die in zekere zin op zijn eigen reflectie inwerkt, net zoals het uiterlijk van het kunstwerk de reflectie van de omringende stad beïnvloedt”, aldus de wereldberoemde Britse kunstenaar Anish Kapoor, beeldhouwer van Cloud Gate.
Als je naar het serene oppervlak van deze monumentale roestvrijstalen sculptuur kijkt, is het moeilijk te vermoeden hoeveel metaal en moed eronder schuilgaat. Cloud Gate verbergt de verhalen van meer dan 100 metaalbewerkers, snijders, lassers, trimmers, ingenieurs, technici, monteurs en managers – een project waar meer dan 5 jaar aan gewerkt is.
Velen werkten lange uren, werkten midden in de nacht in werkplaatsen, zetten tenten op op een bouwterrein en ploeterden in temperaturen van 43 graden Celsius in volledige Tyvek®-pakken en halfgelaatsmaskers. Sommigen werkten tegen de zwaartekracht in, hangend aan harnassen, gereedschap vasthoudend en werkend op gladde hellingen. Alles ging een beetje (en ver daarbuiten) om het onmogelijke mogelijk te maken.
Het omzetten van het concept van beeldhouwer Anish Kapoor, een etherische, zwevende wolk, in een 110 ton zwaar, 20 meter lang en 10 meter hoog roestvrijstalen kunstwerk, was de taak van Performance Structures Inc. (PSI) uit Oakland, Californië, en MTH uit Villa Park, Illinois. MTH viert zijn 120-jarig bestaan ​​en is daarmee een van de oudste aannemers in staal- en glasconstructies in de regio Chicago.
De eisen voor de uitvoering van het project zullen afhangen van de artistieke prestaties, vindingrijkheid, technische vaardigheden en productiekennis van beide bedrijven. Het betreft op maat gemaakte en zelfs gebouwde apparatuur voor het project.
Een deel van de problemen van het project komt voort uit de vreemde, gebogen vorm – een stip of een omgekeerde navel – en een ander deel uit de enorme omvang. De sculpturen werden gebouwd door twee verschillende bedrijven op verschillende locaties, duizenden kilometers van elkaar verwijderd, wat problemen opleverde met transport en werkmethoden. Veel processen die in het veld moeten worden uitgevoerd, zijn moeilijk te realiseren in een werkplaats, laat staan ​​in het veld. De grootste moeilijkheid zit hem erin dat een dergelijke structuur nog nooit eerder is gemaakt. Dus geen verbinding, geen plan, geen routekaart.
Ethan Silva van PSI heeft ruime ervaring in het bouwen van scheepsrompen, eerst op schepen en later in andere kunstprojecten, en is gekwalificeerd om unieke rompbouwtaken uit te voeren. Anish Kapoor vroeg afgestudeerden in natuurkunde en kunst om een ​​klein model te maken.
"Dus ik maakte een exemplaar van 2 bij 3 meter, een heel glad, gebogen en gepolijst stuk, en hij zei: 'Oh, jij hebt het gedaan, jij bent de enige die het gedaan heeft,' want hij was er al twee jaar naar op zoek. Vind iemand die het kan," zei Silva.
Het oorspronkelijke plan was dat PSI het kunstwerk in zijn geheel zou fabriceren en bouwen en het vervolgens over de Stille Oceaan naar het zuiden zou vervoeren via het Panamakanaal en vervolgens over de Atlantische Oceaan en de St. Lawrence Seaway naar een haven aan Lake Michigan. Edward Ulir, CEO van Millennium Park Inc., verklaarde dat een speciaal ontworpen transportsysteem het kunstwerk naar Millennium Park zou brengen. Tijdgebrek en praktische overwegingen dwongen echter tot een wijziging van deze plannen. De gebogen panelen moesten daarom worden vastgezet voor transport en per vrachtwagen naar Chicago worden vervoerd, waar MTH de onder- en bovenbouw assembleerde en de panelen aan de bovenbouw bevestigde.
Het afwerken en polijsten van de lasnaden van de Cloud Gate om ze een naadloze uitstraling te geven, was een van de moeilijkste aspecten van de installatie en montage ter plaatse. Het twaalfstappenproces wordt afgerond met het aanbrengen van een glansmiddel, vergelijkbaar met sieradenpoets.
"In principe hebben we zo'n drie jaar aan dit project gewerkt om deze onderdelen te maken", aldus Silva. "Het is hard werken. Het kost veel tijd om uit te zoeken hoe het moet en de details uit te werken; om het tot in de perfectie te brengen. De manier waarop we computertechnologie en ouderwets metaalbewerken combineren, is een mix van smeden en ruimtevaarttechnologie."
Hij zei dat het moeilijk is om zoiets groots en zwaars met hoge precisie te maken. De grootste platen waren gemiddeld 2,1 meter breed en 3,3 meter lang en wogen 680 kilogram.
"Het uitvoeren van al het CAD-werk en het maken van de uiteindelijke werkplaatstekeningen is op zich al een flinke klus", zegt Silva. "We gebruiken computertechnologie om de platen op te meten en hun vorm en kromming nauwkeurig te bepalen, zodat ze perfect in elkaar passen."
"We hebben een computersimulatie gemaakt en die vervolgens opgesplitst," zei Silva. "Ik heb mijn ervaring met het bouwen van schaalconstructies gebruikt en ik had een aantal ideeën over hoe ik de vormen kon segmenteren, zodat de naadlijnen goed zouden aansluiten en we de beste resultaten zouden behalen."
Sommige platen zijn vierkant, andere taartpuntvormig. Hoe dichter ze bij de scherpe overgang liggen, hoe taartpuntvormiger ze zijn en hoe groter de straal van de radiale overgang. In het bovenste gedeelte zijn ze vlakker en groter.
De plasmasnijder snijdt 6 tot 9 mm dik 316L roestvrij staal, zegt Silva, wat op zichzelf sterk genoeg is. "De echte uitdaging is om de enorme platen een vrij precieze kromming te geven. Dit doen we door het frame van het ribbensysteem voor elke plaat zeer nauwkeurig te vormen en te fabriceren. Op deze manier kunnen we de vorm van elke plaat nauwkeurig bepalen."
De platen worden gewalst op 3D-walsen die PSI speciaal voor dit type platen heeft ontworpen en geproduceerd (zie fig. 1). "Het is een soort verwant van de Britse walsen. We walsen ze met dezelfde technologie als de vleugelwalsen", aldus Silva. Elk paneel wordt gebogen door het heen en weer te bewegen op de walsen, waarbij de druk op de walsen wordt aangepast totdat de panelen tot op 0,01 inch nauwkeurig de gewenste afmeting hebben. Volgens hem maakt de vereiste hoge precisie het moeilijk om platen glad te vormen.
De lasser last vervolgens de gevulde draad aan de structuur van het interne ribbelsysteem. "Naar mijn mening is gevulde draad een fantastische manier om constructielassen in roestvrij staal te maken", legt Silva uit. "Het levert hoogwaardige lassen op met een focus op productie en een fraai uiterlijk."
Alle plaatoppervlakken worden met de hand geschuurd en machinaal gefreesd om ze tot op duizendste van een inch nauwkeurig op elkaar aan te laten sluiten (zie fig. 2). De afmetingen worden gecontroleerd met nauwkeurige meet- en laserscanapparatuur. Tot slot wordt de plaat gepolijst tot een spiegelglans en voorzien van een beschermfolie.
Ongeveer een derde van de panelen, samen met de basis en de interne structuur, werd in een testmontage in elkaar gezet voordat de panelen vanuit Auckland werden verzonden (zie figuren 3 en 4). De beplankingsprocedure werd gepland en verschillende kleine planken werden aan elkaar gelast om ze te verbinden. "Toen we het in Chicago in elkaar zetten, wisten we dus dat het zou passen," aldus Silva.
Temperatuur, tijd en trillingen van de transportwagen kunnen ervoor zorgen dat de opgerolde plaat losraakt. Het geribbelde rooster is ontworpen om niet alleen de stijfheid van de plaat te vergroten, maar ook om de vorm ervan tijdens transport te behouden.
Daarom wordt de plaat, nadat het wapeningsnet is aangebracht, warmtebehandeld en vervolgens afgekoeld om materiaalspanning te verminderen. Om verdere schade tijdens transport te voorkomen, worden voor elke plaat speciale steunen gemaakt en vervolgens worden ze in containers geladen, ongeveer vier tegelijk.
De containers werden vervolgens geladen met halffabricaten, ongeveer vier tegelijk, en met de PSI-teams naar Chicago gestuurd voor installatie door de MTH-teams. Een van hen is een logistiek medewerker die het transport coördineert, en de andere is een supervisor op de technische afdeling. Hij werkt dagelijks samen met het MTH-personeel en helpt waar nodig bij de ontwikkeling van nieuwe technologieën. "Hij was natuurlijk een heel belangrijk onderdeel van het proces", aldus Silva.
Lyle Hill, president van MTH, zei dat MTH Industries aanvankelijk de opdracht had gekregen om de etherische sculptuur in de grond te verankeren en de bovenbouw te installeren, vervolgens platen eraan te lassen en het uiteindelijke schuren en polijsten uit te voeren, met dank aan PSI Technical Management. Een sculptuur impliceert een balans tussen kunst en functionaliteit, theorie en realiteit, benodigde tijd en geplande tijd.
Lou Czerny, vicepresident engineering en projectmanager bij MTH, gaf aan geïnteresseerd te zijn in het unieke karakter van het project. "Voor zover wij weten, gebeuren er bij dit specifieke project dingen die nog nooit eerder zijn gedaan of overwogen," aldus Czerny.
Maar werken aan een uniek project vereist flexibele vindingrijkheid ter plaatse om onvoorziene problemen aan te pakken en vragen te beantwoorden die gaandeweg opduiken:
Hoe bevestig je 128 roestvrijstalen panelen ter grootte van een auto aan een permanente bovenbouw terwijl je fluwelen handschoenen draagt? Hoe soldeer je een gigantische boogvormige boon zonder erop te steunen? Hoe kan ik een las doorboren zonder van binnenuit te kunnen lassen? Hoe bereik je in het veld de perfecte spiegelglans van roestvrijstalen lassen? Wat gebeurt er als de bliksem hem treft?
Czerny zei dat de eerste aanwijzing dat dit een buitengewoon complex project zou worden, kwam toen de constructie en installatie van de 13.600 kilo zware apparatuur begon. Stalen constructie die het beeld ondersteunt.
Hoewel het door PSI geleverde constructiestaal met een hoog zinkgehalte voor de basis van de onderbouw relatief eenvoudig te bewerken was, bevond het platform voor de onderbouw zich voor de helft boven het restaurant en voor de andere helft boven de parkeergarage, elk op een andere hoogte.
"De basis is dus een soort uitkragend en wiebelig," zei Czerny. "Op de plekken waar we veel van dit staal hebben gebruikt, ook aan het begin van de betonplaat zelf, moesten we de kraan door een gat van 1,5 meter diep manoeuvreren."
Czerny zei dat ze een zeer geavanceerd verankeringssysteem gebruikten, waaronder een mechanisch voorspansysteem vergelijkbaar met die in de kolenmijnbouw en enkele chemische ankers. Zodra de basis van de staalconstructie in beton is verankerd, moet een bovenbouw worden gebouwd waaraan de constructie wordt bevestigd.
“We begonnen met het installeren van het vakwerksysteem met behulp van twee grote, gefabriceerde O-ringen van roestvrij staal 304 – één aan de noordkant van de constructie en één aan de zuidkant”, aldus Czerny (zie figuur 3). De ringen worden bevestigd met elkaar kruisende buisvormige vakwerkconstructies. Het subframe van de ringkern wordt in secties verdeeld en vastgeschroefd met behulp van GMAW-lassen, staaflassen en gelaste verstevigingen.
"Er is dus een enorme bovenbouw die niemand ooit heeft gezien; die dient puur als constructief raamwerk," aldus Czerny.
Ondanks alle inspanningen om alle benodigde onderdelen voor het project in Auckland te ontwerpen, ontwikkelen, produceren en installeren, is dit kunstwerk ongeëvenaard en gaan nieuwe wegen altijd gepaard met obstakels en problemen. Ook het overnemen van het productieconcept van het ene bedrijf van dat van een ander is niet zo eenvoudig als het stokje overdragen. Bovendien zorgde de fysieke afstand tussen de locaties voor vertragingen in de levering, waardoor het logisch was om ter plaatse te produceren.
"Hoewel de montage- en lasprocedures van tevoren in Auckland waren gepland, vereisten de omstandigheden op de bouwplaats creativiteit van iedereen", aldus Silva. "En de vakbondsmedewerkers zijn echt geweldig."
De eerste paar maanden bestond de dagelijkse routine van MTH uit het bepalen van de werkzaamheden van die dag en de beste manier om enkele onderdelen van de subframe-assemblage te fabriceren, evenals enkele steunen, schokdempers, draagarmen, pinnen en pennetjes. Er zei dat er springstokken nodig waren om een ​​tijdelijk zijwandsysteem te creëren.
“Het is een continu, dynamisch ontwerp- en productieproces om de zaken gaande te houden en snel op de markt te krijgen. We besteden veel tijd aan het sorteren van wat we hebben, in sommige gevallen herontwerpen we het steeds opnieuw, en vervolgens produceren we de onderdelen die we nodig hebben.
"We hebben dinsdag letterlijk tien dingen die we woensdag op die locatie moeten afleveren," zei Hill. "We maken veel overuren en er wordt 's nachts veel werk in de winkel verricht."
"Ongeveer 75 procent van de onderdelen voor de ophanging van de zijwanden wordt ter plekke gefabriceerd of aangepast", aldus Czerny. "Een paar keer hebben we letterlijk een 24-uurs werkdag moeten inhalen. Ik was tot 2 of 3 uur 's nachts in de winkel, ging naar huis om te douchen, kwam om 5:30 uur weer aan het werk en was alsnog doorweekt."
Het tijdelijke ophangsysteem van MTN voor de montage van de romp bestaat uit veren, stijlen en kabels. Alle verbindingen tussen de platen zijn tijdelijk met bouten aan elkaar bevestigd. "De hele constructie is dus mechanisch met elkaar verbonden en van binnenuit opgehangen aan 304 spanten", aldus Czerny.
Ze beginnen bij de koepel aan de voet van de omgala-sculptuur – “de navel van de navel”. De koepel werd aan de spanten opgehangen met behulp van een tijdelijk vierpuntsophangingssysteem, bestaande uit ophangbeugels, kabels en veren. Czerny zei dat de veren voor “veerkracht” zorgen naarmate er meer planken worden toegevoegd. De veren worden vervolgens aangepast op basis van het gewicht dat door elke plaat wordt toegevoegd om de hele sculptuur in balans te houden.
Elk van de 168 planken heeft een eigen vierpunts veersysteem, waardoor elke plank afzonderlijk wordt ondersteund. "Het idee is om geen enkele verbinding te overschatten, omdat die verbindingen zo zijn gemaakt dat er een speling van 0/0 ontstaat", aldus Cerny. "Als de plank tegen de plank eronder aan stoot, kan dat leiden tot kromtrekken en andere problemen."
Als bewijs van de precisie van PSI is de montage zeer goed, met minimale speling. "PSI heeft fantastisch werk geleverd met het maken van de panelen," zegt Czerny. "Ik geef ze alle lof, want uiteindelijk past het perfect. De apparatuur is echt goed, wat voor mij gewoon fantastisch is. We hebben het letterlijk over duizendsten van een inch. De gemonteerde plaat heeft een gesloten rand."
"Veel mensen denken dat het klaar is als de montage voltooid is," zei Silva, niet alleen omdat de naden strak zijn, maar ook omdat de volledig gemonteerde onderdelen en spiegelglad gepolijste platen de omgeving weerspiegelen. Maar stootnaden zijn zichtbaar, vloeibaar kwik heeft geen naden. Bovendien moest het beeld volledig gelast worden om de structurele integriteit voor toekomstige generaties te behouden, aldus Silva.
De voltooiing van de Cloud Gate moest worden uitgesteld tijdens de grote opening van het park in het najaar van 2004, waardoor Omhalus een levende GTAW werd, en dit duurde enkele maanden.
"Je ziet overal kleine bruine vlekjes op de constructie, dat zijn TIG-soldeerverbindingen," zei Czerny. "We zijn in januari begonnen met het restaureren van de tenten."
"De volgende grote productie-uitdaging voor dit project was het lassen van een naad zonder dat de vormnauwkeurigheid door krimp tijdens het lassen verloren ging," aldus Silva.
Volgens Czerny biedt plasmalassen de benodigde sterkte en stijfheid met een minimaal risico voor de plaat. Een mengsel van 98% argon en 2% helium is het meest effectief in het verminderen van vervuiling en het verbeteren van de fusie.
Lassers gebruiken sleutelgatplasma-lasmethoden met Thermal Arc®-stroombronnen en speciale tractor- en toortsassemblages die door PSI zijn ontworpen en gebruikt.