По замыслу Аниша Капура, скульптура «Облачные врата» в чикагском парке Миллениум должна напоминать жидкую ртуть, органично отражающую окружающий город. Достижение такой органичности — это труд, исполненный любви.
«То, что я хотел сделать в Millennium Park, — это сделать что-то, что вписывалось бы в горизонт Чикаго... так, чтобы люди видели плывущие в нем облака и эти очень высокие здания, отраженные в работе. Затем, благодаря форме двери, участник, зритель, сможет войти в эту очень глубокую комнату, таким образом, она делает то же самое с отражением человека, что и внешняя часть работы делает с отражением окружающих городских вещей». — всемирно известный британский художник Аниш Капур, скульптор Cloud Gate
Глядя на спокойную поверхность этой монументальной скульптуры из нержавеющей стали, трудно догадаться, сколько металла и мужества скрывается под ее поверхностью. Cloud Gate скрывает истории более 100 изготовителей металлоконструкций, резчиков, сварщиков, обрезчиков, инженеров, техников, слесарей, монтажников и менеджеров — все за пять лет.
Многие работали сверхурочно, работали в мастерских по ночам, разбивали лагерь на месте и трудились при температуре 110 градусов в полных костюмах Tyvek® и респираторах-полумасках. Некоторые работали в позах, противодействующих силе тяжести, свисая с ремней безопасности и держа инструменты, и работая на скользких склонах. Все идет понемногу (и намного дальше), чтобы сделать невозможное возможным.
Задачей производственной компании Performance Structures Inc. (PSI), Окленд, Калифорния, и MTH, Вилла Парк, Иллинойс, было воплотить концепцию скульптора Аниша Капура о воздушных парящих облаках в скульптуре из нержавеющей стали весом 110 тонн, длиной 66 футов и высотой 33 фута. В честь своего 120-летия MTH является одним из старейших подрядчиков по проектированию архитектурных конструкций из металла и стекла в районе Чикаго.
Требования к реализации проекта подразумевают использование художественного исполнения, изобретательности, механических навыков и производственных ноу-хау обеих компаний. Они изготавливали и даже изготавливали оборудование для проекта.
Некоторые из сложностей проекта связаны с его странной изогнутой формой — точкой или перевернутым пупком, — а некоторые — с его огромным размером. Скульптуры были построены двумя разными компаниями в разных местах, находящихся на расстоянии тысяч миль друг от друга, что создало проблемы с транспортировкой и стилями работы. Многие процессы, которые необходимо выполнять в полевых условиях, трудно осуществить в условиях цеха, не говоря уже о полевых работах. Много трудностей возникает просто потому, что такая конструкция никогда раньше не создавалась. Поэтому нет ни ссылок, ни чертежей, ни дорожной карты.
Этан Сильва из PSI имеет большой опыт в строительстве оболочек, первоначально на кораблях, а затем в других художественных проектах, и имеет квалификацию для выполнения уникальных задач по строительству оболочек. Аниш Капур попросил выпускников факультетов физики и искусства предоставить небольшую модель.
«Итак, я сделал образец размером 2 x 3 метра, действительно гладкий, изогнутый, отполированный кусок, и он сказал: «О, ты сделал это, ты единственный, кто это сделал», потому что он два года искал того, кто мог бы это сделать», — сказал Сильва.
По словам Эдварда Улира, исполнительного директора Millennium Park Inc., первоначальный план состоял в том, чтобы PSI полностью изготовила и построила скульптуру, а затем отправила всю конструкцию на юг от Тихого океана, через Панамский канал, на север вдоль Атлантического океана и по морскому пути Святого Лаврентия в порт на озере Мичиган. Согласно заявлению, специально разработанная конвейерная система будет транспортировать ее в Millennium Park. Ограничения по времени и практичность заставили изменить эти планы. Поэтому изогнутые панели пришлось укрепить для транспортировки и отправить на грузовиках в Чикаго, где MTH собирала основание и надстройку и соединяла панели с надстройкой.
Отделка и полировка сварных швов Cloud Gate для придания им бесшовного вида была одним из самых сложных аспектов установки и сборки на месте. 12-шаговый процесс завершается нанесением блестящей полироли, похожей на полироль ювелира.
«Поэтому мы работали над этим проектом около трех лет, изготавливая эти детали», — сказал Сильва. «Это сложная работа. Большая часть этого времени уходит на то, чтобы выяснить, как это сделать, и проработать детали; знаете, просто довести это до совершенства. То, как мы используем компьютерные технологии и старую добрую металлообработку, — это ковка и сочетание аэрокосмических технологий».
По его словам, трудно изготовить что-то столь большое и тяжелое с точностью. Самые большие пластины в среднем имели ширину 7 футов, длину 11 футов и весили 1500 фунтов.
«Выполнение всех работ САПР и создание фактических рабочих чертежей для работы на самом деле само по себе является большим проектом», — говорит Сильва. «Мы используем компьютерные технологии для измерения пластин и точной оценки их формы и кривизны, чтобы они правильно подходили друг другу.
«Мы провели компьютерное моделирование, а затем разделили его», — сказал Сильва. «Я использовал свой опыт в строительстве оболочек, и у меня появились некоторые идеи о том, как сегментировать формы, чтобы линии швов работали и мы могли получить результаты наилучшего качества».
Некоторые плиты квадратные, некоторые имеют форму пирога. Чем ближе они к крутому переходу, тем они более пирогообразные и тем больше радиальный переход. В верхней части они более плоские и крупные.
Плазма режет нержавеющую сталь 316L толщиной от 1/4 до 3/8 дюйма, которая сама по себе достаточно прочна, говорит Сильва. «Настоящая проблема — придать огромным плитам достаточно точную кривизну. Это достигается путем очень точного формирования и изготовления каркаса реберной системы для каждой плиты. Таким образом, мы можем точно определить форму каждой плиты».
Доски прокатываются на 3D-валиках, которые PSI разработала и изготовила специально для прокатки этих досок (см. рисунок 1). «Это своего рода родственник британских валков. Мы прокатываем их, используя технологию, похожую на ту, которая используется при изготовлении крыльев», — сказал Сильва. Согните каждую панель, перемещая ее вперед и назад на валках, регулируя давление на валки, пока панели не будут в пределах 0,01 дюйма от желаемого размера. Он сказал, что высокая точность, необходимая для гладкой формовки листов, затрудняет.
Затем сварщик пришивает флюсовую проволоку к внутренней структуре реберной системы. «По моему мнению, флюсовая проволока — это действительно отличный способ создания структурных сварных швов из нержавеющей стали», — объясняет Сильва. «Она обеспечивает высококачественные сварные швы с сильным акцентом на производстве и выглядит великолепно».
Все поверхности досок шлифуются вручную и фрезеруются на станке для подгонки с точностью до тысячной доли дюйма, чтобы они все подходили друг другу (см. рисунок 2). Проверьте размеры с помощью точного измерительного и лазерного сканирующего оборудования. Наконец, пластина полируется до зеркального блеска и покрывается защитной пленкой.
Около трети панелей, вместе с основанием и внутренней конструкцией, были установлены в ходе пробной сборки до того, как панели были отправлены из Окленда (см. рисунки 3 и 4). Спланировали процедуру обшивки и выполнили сварку швов на некоторых небольших досках, чтобы соединить их вместе. «Поэтому, когда мы собирали его в Чикаго, мы знали, что он подойдет», — сказал Сильва.
Температура, время и вибрация грузовика могут привести к ослаблению прокатанного листа. Ребристая решетка предназначена не только для повышения жесткости плиты, но и для сохранения ее формы во время транспортировки.
Поэтому пластина, имеющая армирующую сетку внутри, подвергается термической обработке и охлаждению для снятия напряжений в материале. Чтобы дополнительно предотвратить повреждения при транспортировке, для каждой пластины изготавливаются лотки, которые затем загружаются в контейнеры, примерно по четыре за раз.
Затем контейнеры загружались в полуфабрикаты, примерно по четыре за раз, и отправлялись в Чикаго бригадами PSI для установки бригадами MTH. Один из них — логист, который координирует транспортировку, а другой — руководитель в технической области. Он ежедневно работает с персоналом MTH и помогает разрабатывать новые технологии по мере необходимости. «Он, конечно, был очень важной частью процесса», — сказал Сильва.
Лайл Хилл, президент MTH, сказал, что MTH Industries изначально была поставлена ​​задача закрепить эфемерную скульптуру на земле и установить надстройку, затем приварить к ней листы и провести окончательную шлифовку и полировку, любезно предоставленные PSI Technical guide. Завершение скульптуры означает баланс между искусством и практичностью; теорией и реальностью; требуемым временем и запланированным временем.
Лу Черни, вице-президент MTH по инжинирингу и руководитель проекта, сказал, что его интересует в проекте его уникальность. «Насколько нам известно, в этом конкретном проекте есть вещи, которые никогда раньше не делались или никогда раньше не рассматривались», — сказал Черни.
Однако работа над уникальным проектом требует гибкой изобретательности на месте, чтобы справляться с непредвиденными трудностями и отвечать на вопросы, возникающие по ходу работы:
Как установить 128 панелей из нержавеющей стали размером с автомобиль на постоянную надстройку, работая с ними в детских перчатках? Как сварить гигантский дугообразный шов, не полагаясь на него? Как проникнуть в сварной шов, не имея возможности сваривать изнутри? Как добиться идеальной зеркальной поверхности сварных швов из нержавеющей стали в полевых условиях? Что произойдет, если в него ударит молния?
По словам Черни, первым признаком того, что это будет исключительно сложный проект, стало начало строительства и монтажа 30 000-фунтового оборудования — стальной конструкции, поддерживающей скульптуру.
Хотя конструкционная сталь с высоким содержанием цинка, предоставленная PSI для сборки основания подконструкции, была относительно проста в изготовлении, площадка подконструкции располагалась наполовину над рестораном, наполовину над автостоянкой, причем каждая часть находилась на разной высоте.
«Поэтому основание получилось консольным и шатким», — сказал Черни. «Там, где мы устанавливали много этой стали, в том числе в начале работы над пластиной, нам фактически пришлось заставить кран заехать в 5-футовое отверстие».
Черни сказал, что они использовали сложную систему анкеровки, включающую механическую систему предварительной нагрузки, похожую на ту, что используется в угольной промышленности, и несколько химических анкеров. После того, как основание стальной конструкции закреплено в бетоне, необходимо построить надстройку, к которой будет прикреплена оболочка.
«Мы начали установку ферменной системы с двух больших изготовленных уплотнительных колец из нержавеющей стали марки 304 — одно на северном конце конструкции, а другое на южном», — говорит Черни (см. рисунок 3). Кольца удерживаются вместе перекрещивающимися трубчатыми фермами. Кольцевой подрамник изготавливается из секций и скрепляется болтами на месте с помощью дуговой сварки в защитном газе (GMAW), сварки прутковым электродом и приварных ребер жесткости.
«Итак, есть большая надстройка, которую никто никогда не видел; она предназначена исключительно для создания структурного каркаса», — сказал Черни.
Несмотря на все усилия по проектированию, изготовлению, изготовлению и установке всех необходимых компонентов для проекта в Окленде, эта скульптура беспрецедентна, а прокладывание новых путей всегда сопровождается заусенцами и царапинами. Аналогично, объединение производственной концепции одной компании с другой не так просто, как передача эстафетной палочки. Кроме того, физическое расстояние между площадками приводило к задержкам поставок, что делало логичным производство на месте.
«Хотя процедуры сборки и сварки в Окленде были заранее спланированы, реальные условия на площадке потребовали от всех адаптивной изобретательности», — сказал Силва. «А сотрудники профсоюза действительно великолепны».
В течение первых нескольких месяцев ежедневная рутина MTH заключалась в определении того, что влечет за собой дневная работа и как лучше всего изготовить некоторые компоненты для возведения подрамника, а также некоторые распорки, «амортизаторы», рычаги, колышки и штифты. По словам Эра, пружины-прыгуны нужны для создания временной системы сайдинга.
«Это непрерывный процесс проектирования и производства на лету, чтобы все двигалось и быстро доставлялось на место. Мы тратим много времени на сортировку того, что у нас есть, в некоторых случаях перепроектируя и переделывая, а затем производим необходимые детали.
«Буквально во вторник у нас будет 10 вещей, которые мы должны доставить на место в среду», — сказал Хилл. «Много сверхурочной работы и много работы в магазине выполняется посреди ночи».
«Около 75 процентов компонентов подвески доски изготавливаются или модифицируются в полевых условиях», — сказал Черни. «Пару раз мы буквально создавали 24-часовой рабочий день. Я был в магазине до 2, 3 часов ночи, шел домой, чтобы принять душ, забирал в 5:30 утра и все равно промокал».
Временная подвесная система MTH для сборки корпуса состоит из пружин, стоек и тросов. Все соединения между пластинами временно скреплены болтами. «Таким образом, вся конструкция механически соединена, подвешена изнутри с помощью 304 ферм», — сказал Черни.
Они начинают с купола у основания скульптуры омхалуса — «пупка пупка». Купол был подвешен к фермам с помощью временной четырехточечной системы пружинной подвески, состоящей из подвесок, тросов и пружин. Черни сказал, что пружина обеспечивает «компенсацию» при добавлении дополнительных досок. Затем пружины перенастраиваются в зависимости от веса, добавленного каждой пластиной, чтобы помочь сбалансировать всю скульптуру.
Каждая из 168 досок имеет собственную четырехточечную систему пружинной поддержки, поэтому они поддерживаются индивидуально, когда установлены на место. «Идея состоит в том, чтобы не переоценивать ни одно из соединений, поскольку эти соединения соединены вместе для достижения зазора 0/0», — сказал Черни. «Если доска ударится о доску под ней, это может привести к прогибу и другим проблемам».
Как свидетельство точности работы PSI, сборка очень хорошая, с небольшими зазорами. «PSI проделала фантастическую работу по изготовлению панелей», — говорит Черни. «Я отдаю им должное, потому что в итоге они действительно подошли. Подгонка действительно хорошая, что для меня здорово. Мы говорим буквально о тысячных долях дюйма. Пластина помещается на... Есть закрытый край вместе».
«Когда они заканчивают сборку, многие думают, что она готова», — говорит Силва, не только потому, что швы герметичны, но и потому, что полностью собранные детали и тщательно отполированные зеркальные пластины вступают в игру, отражая окружающую среду. Но стыковые швы видны, а у жидкой ртути швов нет. Кроме того, скульптуру все равно пришлось полностью сварить, чтобы сохранить ее структурную целостность для будущих поколений, сказал Силва.
Завершение строительства Cloud Gate пришлось отложить на время торжественного открытия парка осенью 2004 года, поэтому omhalus стал живым GTAW, и это продолжалось несколько месяцев.
«По всей конструкции можно увидеть небольшие коричневые пятна — это швы, полученные методом TIG-пайки», — сказал Черни. «Мы начали перестраивать палатки в январе».
«Следующей серьезной производственной задачей для этого проекта стала сварка шва без потери точности формы из-за деформации при сварке», — сказал Силва.
По словам Черни, плазменная сварка обеспечивает необходимую прочность и жесткость с минимальным риском для листа. Смесь 98% аргона и 2% гелия лучше всего подходит для уменьшения загрязнения и улучшения сплавления.
Сварщики применяют технологию плазменной сварки с использованием источников питания Thermal Arc® и специальных тракторов и горелок, разработанных и используемых PSI.