Anish Kapoors vision för Cloud Gate-skulpturen i Chicagos Millennium Park är att den ska likna flytande kvicksilver och sömlöst återspegla den omgivande staden. Att uppnå denna sömlöshet är ett kärleksarbete.
”Det jag ville göra i Millennium Park var att skapa något som skulle passa in i Chicagos silhuett ... så att folk skulle se molnen sväva i den och de där höga byggnaderna reflekteras i verket. Sedan, på grund av dess form i dörren, kommer deltagaren, publiken, att kunna komma in i detta mycket djupa rum, på ett sätt som det gör samma sak med en persons reflektion som verkets yttre gör med reflektionen av de omgivande stadsföremålen.” – världsberömd brittisk konstnär Anish Kapoor, Cloud Gate-skulptör
När man tittar på den lugna ytan av denna monumentala skulptur i rostfritt stål är det svårt att gissa hur mycket metall och mod som finns under dess yta. Cloud Gate döljer berättelserna om mer än 100 metalltillverkare, skärare, svetsare, trimmare, ingenjörer, tekniker, järnarbetare, installatörer och chefer – alla under fem år.
Många arbetade övertid, utförde verkstadsarbete mitt i natten, campade på byggarbetsplatsen och slet i 43 graders temperatur i kompletta Tyvek®-dräkter och halvmasker. Vissa arbetar i positioner mot gravitationen, dinglande från säkerhetsbälten medan de håller i verktyg och arbetar i hala backar. Allt går lite (och långt bortom) för att göra det omöjliga möjligt.
Att förstärka skulptören Anish Kapoors koncept med eteriska svävande moln till en 110 ton tung, 20 meter lång och 10 meter hög skulptur i rostfritt stål var uppgiften för tillverkningsföretaget Performance Structures Inc. (PSI), Oakland, Kalifornien, och MTH, Villa Park, Illinois. På sitt 120-årsjubileum är MTH en av de äldsta entreprenörerna för arkitektonisk metall- och glasstrukturdesign i Chicago-området.
Kraven för att förverkliga projektet kommer att kräva konstnärligt utförande, uppfinningsrikedom, mekaniska färdigheter och tillverkningskunnande hos båda företagen. De specialbyggde och till och med specialanpassade utrustning för projektet.
Några av projektets utmaningar kommer från dess märkligt böjda form – en prick eller en inverterad navel – och några från dess stora storlek. Skulpturerna byggdes av två olika företag på olika platser tusentals kilometer ifrån varandra, vilket skapade problem med transport och arbetssätt. Många processer som måste utföras ute i fält är svåra att utföra i en verkstadsmiljö, än mindre ute i fält. Många svårigheter uppstår helt enkelt för att en sådan struktur aldrig har skapats förut. Så ingen referens, ingen ritning, ingen färdplan.
Ethan Silva från PSI har omfattande erfarenhet av skalkonstruktion, initialt på fartyg och senare i andra konstprojekt, och kvalificerade sig för unika skalkonstruktionsuppgifter. Anish Kapoor bad akademiker inom fysik och konst att tillhandahålla en liten modell.
"Så jag gjorde ett prov på 2 x 3 meter, ett riktigt slätt, böjt och polerat verk, och han sa: 'Åh, du gjorde det, du är den enda som gjorde det', eftersom han hade letat i två år efter någon som kunde göra det", sa Silva.
Den ursprungliga planen var att PSI skulle tillverka och konstruera skulpturen helt och hållet, och sedan skeppa hela verket söder om Stilla havet, genom Panamakanalen, norrut längs Atlanten och längs St. Lawrence-sjövägen till en hamn vid Michigansjön, enligt Edward Uhlir, verkställande direktör för Millennium Park Inc. Enligt uttalandet kommer ett specialdesignat transportörsystem att transportera den till Millennium Park. Tidsbegränsningar och praktiska omständigheter tvingade dessa planer att ändras. Därför var de böjda panelerna tvungna att förberedas för transport och transporteras med lastbil till Chicago, där MTH skulle montera underkonstruktionen och överbyggnaden och ansluta panelerna till överbyggnaden.
Att finslipa och polera Cloud Gates svetsfogar för ett sömlöst utseende var en av de svåraste aspekterna av installations- och monteringsarbetet på fältet. 12-stegsprocessen avslutas med en uppljusande rouge som liknar juvelerares polish.
”Så vi arbetade i princip med det projektet i ungefär tre år och tillverkade de här delarna”, sa Silva. ”Det är ett tufft jobb. Mycket av den tiden går åt till att lista ut hur man gör det och utarbeta detaljerna; du vet, bara att finslipa det. Sättet vi använder datorteknik och gammaldags metallbearbetning är en kombination av smide och flygteknik.”
Det är svårt att tillverka något så stort och tungt med precision, sa han. De största plattorna var i genomsnitt 2,1 meter breda och 3,3 meter långa och vägde 600 kg.
”Att göra allt CAD-arbete och skapa själva verkstadsritningarna för arbetet är faktiskt ett stort projekt i sig”, säger Silva. ”Vi använder datorteknik för att mäta plattorna och noggrant bedöma deras form och krökning så att de passar ihop korrekt.
”Vi gjorde datormodellering och delade sedan upp det”, sa Silva. ”Jag använde min erfarenhet av skalkonstruktion och hade några idéer om hur man segmenterar formerna för att få skarvarna att fungera så att vi kunde få resultat av bästa kvalitet.”
Vissa plattor är fyrkantiga, andra är pajformade. Ju närmare de är en brant övergång, desto mer pajformade är de, och desto större är den radiella övergången. Överst är de plattare och större.
Plasmaskärning av rostfritt stål 316L med en tjocklek på 0,6 till 0,9 mm, vilket är tillräckligt starkt i sig självt, säger Silva. ”Den verkliga utmaningen är att få de enorma plattorna till en tillräckligt exakt krökning. Detta görs genom att forma och tillverka ribbsystemramen för varje platta mycket exakt. På så sätt kan vi exakt definiera formen på varje platta.”
Brädorna rullas på 3D-valsar som PSI har designat och tillverkat specifikt för att rulla dessa brädor (se figur 1). ”Det är lite av en kusin till de brittiska valsarna. Vi rullar dem med en teknik som liknar hur skärmar tillverkas”, sa Silva. Böj varje panel genom att flytta den fram och tillbaka på rullar och justera trycket på rullarna tills panelerna är inom 0,01 tum från önskad storlek. Den höga precisionen som krävs gör det svårt att forma ark jämnt, sa han.
Svetsaren sömmar sedan den flussfyllda kärnan till den inre ribbstrukturen. ”Enligt min mening är flussfylld kärnsvetsning ett riktigt bra sätt att skapa strukturella svetsar i rostfritt stål”, förklarar Silva. ”Det ger dig högkvalitativa svetsar med starkt fokus på produktion och ser fantastiska ut.”
Hela ytan på skivorna slipas för hand och maskinfräsas för att trimma dem till önskad tusendels tums noggrannhet så att de passar ihop (se figur 2). Kontrollera måtten med precisionsmätning och laserskanningsutrustning. Slutligen poleras plattan till spegelblank yta och täcks med en skyddande film.
Ungefär en tredjedel av panelerna, tillsammans med basen och den inre strukturen, monterades i provmonteringen innan panelerna skickades från Auckland (se figur 3 och 4). Planerade fasadbeklädnaden och gjorde lite skarvsvetsning på några små brädor för att sammanfoga dem. ”Så när vi satte ihop det i Chicago visste vi att det skulle passa”, sa Silva.
Temperatur, tid och lastbilsvibrationer kan göra att den valsade plåten lossnar. Det ribbade gallret är inte bara utformat för att öka skivans styvhet, utan också för att bibehålla skivans form under transport.
Därför, med armeringsnätet på insidan, värmebehandlas och kyls plattan för att avlasta materialspänningar. För att ytterligare förhindra skador under transport tillverkas vaggor för varje platta, som sedan lastas på containrar, ungefär fyra åt gången.
Containrarna lastades sedan till halvfabrikat, ungefär fyra åt gången, och skickades till Chicago med PSI-arbetslag för installation med MTH-arbetslag. En är logistikpersonen som koordinerar transporten, och den andra är handledaren inom det tekniska området. Han arbetar dagligen med MTH-personalen och hjälper till att utveckla ny teknik efter behov. ”Han var naturligtvis en mycket viktig del av processen”, sa Silva.
Lyle Hill, VD för MTH, sa att MTH Industries initialt fick i uppdrag att säkra den eteriska skulpturen i marken och installera överbyggnaden, sedan svetsa fast plåtarna på den och utföra den slutliga slipningen och poleringen, med tillstånd av PSI:s tekniska vägledning. Färdigställandet av skulpturen innebär en balans mellan konst och praktik; teori och verklighet; erforderlig tid och planerad tid.
Lou Cerny, MTH:s vice vd för teknik och projektledare, sa att det som intresserar honom med projektet är dess unika karaktär. ”Så vitt vi vet finns det saker som pågår i just det här projektet som aldrig har gjorts tidigare, eller aldrig riktigt har övervägts tidigare”, sa Cerny.
Men att arbeta med ett jobb som är unikt i sitt slag kräver flexibel uppfinningsrikedom på plats för att möta oförutsedda utmaningar och besvara frågor som uppstår allt eftersom arbetet fortskrider:
Hur monterar man 128 bilstora paneler av rostfritt stål på en permanent överbyggnad medan man hanterar dem med barnhandskar? Hur svetsar man en gigantisk bågformad böna utan att förlita sig på den? Hur penetrerar man en svets utan att kunna svetsa inifrån? Hur uppnår man en perfekt spegelblank yta för svetsar av rostfritt stål i fältmiljö? Vad händer om blixten slår ner?
Det första tecknet på att detta skulle bli ett exceptionellt svårt projekt, sa Cerny, var när konstruktionen och installationen av den 13 000 kg tunga utrustningen började. Stålkonstruktionen som bär upp skulpturen.
Medan det zinkrika konstruktionsstålet som PSI levererade för att montera underkonstruktionen var relativt enkelt att tillverka, var underkonstruktionsplatsen placerad hälften över restaurangen och hälften över parkeringen, på olika höjder.
”Så underkonstruktionen är lite utskjutande och ranglig”, sa Cerny. ”Där vi använde mycket av det här stålet, inklusive i början av själva plåtarbetet, var vi faktiskt tvungna att få kranen att köra ner i ett 1,5 meter stort hål.”
Cerny sa att de använde ett mycket sofistikerat förankringssystem, inklusive ett mekaniskt förspänningssystem, liknande den typ av material som används vid kolbrytning, och vissa kemiska ankare. När stålkonstruktionens underkonstruktion är fixerad i betongen är det nödvändigt att bygga en överbyggnad som skalet ska fästas på.
”Vi började installera fackverket med två stora tillverkade O-ringar i rostfritt stål (304) – en på norra änden av konstruktionen och en på södra änden”, säger Cerny (se figur 3). Ringarna hålls ihop av korsande rörfackverk. Ringkärnans underram är konstruerad i sektioner och bultad på plats med hjälp av GMAW- och stångsvets samt svetsade förstyvningar.
"Så det finns en stor överbyggnad som ingen någonsin har sett; den är enbart till för strukturell stomme", sa Cerny.
Trots bästa ansträngningar för att designa, tillverka, tillverka och installera alla nödvändiga komponenter för Auckland-projektet är denna skulptur oöverträffad och att bryta nya vägar kommer alltid med grader och repor. På samma sätt är det inte så enkelt att kombinera ett företags tillverkningskoncept med ett annat företags som att ge vidare stafettpinnen. Dessutom orsakade det fysiska avståndet mellan platser leveransförseningar, vilket gjorde viss tillverkning på plats logisk.
”Medan monterings- och svetsprocedurerna planerades i förväg i Oakland, krävde de faktiska förhållandena på platsen anpassningsförmåga från alla”, sa Silva. ”Och fackets personal är verkligen fantastisk.”
Under de första månaderna var MTH:s dagliga rutin att fastställa vad dagens arbete innebar och hur man bäst tillverkade några av komponenterna för att montera hjälpramen, samt några fjäderben, "stötdämpare", armar, pinnar och sprintar. De pogo-pinnar som behövdes för att skapa ett tillfälligt sidosystem, sa Er.
"Det är en ständigt pågående process av design och tillverkning för att hålla saker igång och få dem snabbt till platsen. Vi lägger ner mycket tid på att sortera igenom det vi har, omdesigna och omdesigna i vissa fall, och sedan tillverka de nödvändiga delarna."
"Vi kommer bokstavligen att ha 10 saker på tisdag som vi måste leverera på plats på onsdag", sa Hill. "Det är mycket övertid och mycket butiksarbete som görs mitt i natten."
”Ungefär 75 procent av komponenterna till brädans upphängning tillverkas eller modifieras ute i fält”, sa Cerny. ”Det fanns tillfällen då vi bokstavligen hittade på en 24-timmarsdag. Jag var i butiken till klockan 2, 3 på natten och gick hem klockan 5:30 för att duscha och hämta ingredienserna, fortfarande blöt.”
Det tillfälliga upphängningssystemet MTH för montering av höljet består av fjädrar, strävor och kablar. Alla fogar mellan plattorna är tillfälligt bultade ihop. ”Så hela strukturen är mekaniskt ansluten, upphängd inifrån, med 304 fackverk”, sa Cerny.
De börjar med kupolen vid basen av omhalusskulpturen – ”navelns navel”. Kupolen hängdes upp från takstolarna med hjälp av ett tillfälligt fyrpunktsfjädersystem bestående av hängare, kablar och fjädrar. Cerny sa att fjädern ger ett ”give and take” när fler brädor läggs till. Fjädrarna justeras sedan baserat på vikten som läggs till av varje platta för att balansera hela skulpturen.
Var och en av de 168 brädorna har sitt eget fyrpunktsfjädersystem så att de stöds individuellt när de är på plats. ”Tanken är att inte överbelasta någon av fogarna eftersom dessa fogar är sammansatta för att uppnå ett 0/0-mellanrum”, sa Cerny. ”Om en bräda träffar brädan under den kan det orsaka buckling och andra problem.”
Som ett bevis på noggrannheten i PSIs arbete är monteringen mycket bra med få glipor. ”PSI har gjort ett fantastiskt jobb med att tillverka panelerna”, säger Cerny. ”Jag ger dem all ära eftersom det i slutändan verkligen passar. Monteringen är riktigt fin, vilket är fantastiskt för mig. Vi pratar bokstavligen tusendels tum. De här plattorna sätter ihop det. Det finns en sluten kant.”
"När de är klara med monteringen tror många att den är klar", sa Silva, inte bara för att sömmarna är täta, utan också för att de helt monterade delarna, med sina högpolerade spegelblanka plattor, har kommit till användning för att spegla omgivningen. Men stumsömmarna är synliga, flytande kvicksilver har inga sömmar. Dessutom var skulpturen fortfarande tvungen att sömsvetsas helt för att bibehålla sin strukturella integritet för kommande generationer, sa Silva.
Färdigställandet av Cloud Gate fick skjutas upp under parkens storslagna öppning hösten 2004, så omhalus var en levande GTAW, och det pågick i några månader.
”Man kan se små bruna fläckar, som är TIG-lödfogar runt hela strukturen”, sa Cerny. ”Vi började bygga om tälten i januari.”
”Nästa stora tillverkningsutmaning för det här projektet var att svetsa sömmen utan att förlora formnoggrannhet på grund av svetskrympningsdeformation”, sa Silva.
Plasmasvetsning ger den erforderliga styrkan och styvheten med minimal risk för kortet, sa Cerny. En blandning av 98 % argon och 2 % helium fungerar bäst för att minska nedsmutsning och förbättra sammansmältning.
Svetsare använder titthålsplasmasvetsningstekniker med hjälp av Thermal Arc®-strömkällor och speciella traktor- och brännaraggregat som utvecklats och används av PSI.