Tầm nhìn của Anish Kapoor về tác phẩm điêu khắc Cổng Mây tại Công viên Thiên niên kỷ Chicago là nó giống như thủy ngân lỏng, phản chiếu liền mạch thành phố xung quanh. Đạt được sự liền mạch này là công trình của tình yêu.
“Những gì tôi muốn làm ở Millennium Park là tạo ra thứ gì đó phù hợp với đường chân trời của Chicago… để mọi người có thể nhìn thấy những đám mây trôi nổi trong đó và những tòa nhà rất cao phản chiếu trong tác phẩm. Sau đó, vì hình dạng của nó trong cánh cửa, người tham gia, khán giả, sẽ có thể bước vào căn phòng rất sâu này, theo cách mà nó làm điều tương tự với sự phản chiếu của một người như bên ngoài tác phẩm làm với sự phản chiếu của những thứ xung quanh thành phố.” – nghệ sĩ người Anh nổi tiếng thế giới Anish Kapoor, nhà điêu khắc Cloud Gate
Nhìn vào bề mặt tĩnh lặng của tác phẩm điêu khắc bằng thép không gỉ đồ sộ này, thật khó để đoán được có bao nhiêu kim loại và lòng dũng cảm ẩn chứa bên dưới bề mặt của nó. Cloud Gate ẩn chứa những câu chuyện của hơn 100 người chế tạo kim loại, thợ cắt, thợ hàn, thợ cắt tỉa, kỹ sư, kỹ thuật viên, thợ sắt, thợ lắp đặt và quản lý—tất cả trong hơn năm năm.
Nhiều người phải làm thêm giờ, làm việc trong xưởng vào giữa đêm, cắm trại tại chỗ và làm việc quần quật trong nhiệt độ 110 độ trong bộ đồ bảo hộ Tyvek® toàn thân và mặt nạ phòng độc che nửa mặt. Một số người làm việc ở tư thế chống lại trọng lực, đu mình trên dây an toàn trong khi cầm dụng cụ và làm việc trên những con dốc trơn trượt. Mọi thứ đều tiến triển một chút (và vượt xa hơn thế nữa) để biến điều không thể thành có thể.
Nhiệm vụ của công ty sản xuất Performance Structures Inc. (PSI), Oakland, CA và MTH, Villa Park, IL là củng cố khái niệm về những đám mây lơ lửng siêu thực của nhà điêu khắc Anish Kapoor thành một tác phẩm điêu khắc bằng thép không gỉ nặng 110 tấn, dài 66 foot, cao 33 foot. Nhân kỷ niệm 120 năm thành lập, MTH là một trong những nhà thầu thiết kế kết cấu kính và kim loại kiến ​​trúc lâu đời nhất tại khu vực Chicago.
Các yêu cầu để thực hiện dự án sẽ khai thác khả năng thực hiện nghệ thuật, sự khéo léo, kỹ năng cơ khí và bí quyết sản xuất của cả hai công ty. Họ tùy chỉnh và thậm chí chế tạo thiết bị cho dự án.
Một số thách thức của dự án đến từ hình dạng cong kỳ lạ của nó - một chấm hoặc rốn ngược - và một số đến từ kích thước khổng lồ của nó. Các tác phẩm điêu khắc được xây dựng bởi hai công ty khác nhau tại các địa điểm khác nhau cách nhau hàng nghìn dặm, gây ra vấn đề về vận chuyển và phong cách làm việc. Nhiều quy trình phải được thực hiện tại hiện trường lại khó thực hiện trong môi trường cửa hàng, chưa nói đến việc thực hiện tại hiện trường. Nhiều khó khăn phát sinh chỉ vì một cấu trúc như vậy chưa từng được tạo ra trước đây. Vì vậy, không có tài liệu tham khảo, không có bản thiết kế, không có lộ trình.
Ethan Silva của PSI có nhiều kinh nghiệm trong việc chế tạo vỏ, ban đầu là trên tàu và sau đó là các dự án nghệ thuật khác, đủ tiêu chuẩn cho các nhiệm vụ chế tạo vỏ độc đáo. Anish Kapoor đã yêu cầu các sinh viên tốt nghiệp ngành vật lý và nghệ thuật cung cấp một mô hình nhỏ.
“Vì vậy, tôi đã tạo ra một mẫu có kích thước 2 x 3 mét, một mảnh cong được đánh bóng thực sự mịn, và ông ấy nói, 'Ồ, anh đã làm được rồi, anh là người duy nhất làm được điều đó', bởi vì ông ấy đã tìm kiếm trong hai năm để Tìm người có thể làm điều đó,” Silva nói.
Kế hoạch ban đầu là PSI sẽ chế tạo và xây dựng hoàn chỉnh tác phẩm điêu khắc, sau đó vận chuyển toàn bộ tác phẩm về phía nam Thái Bình Dương, qua Kênh đào Panama, về phía bắc dọc theo Đại Tây Dương và dọc theo Đường biển St. Lawrence đến một cảng trên Hồ Michigan, theo Edward Uhlir, giám đốc điều hành của Millennium Park Inc. Theo tuyên bố, một hệ thống băng tải được thiết kế đặc biệt sẽ vận chuyển tác phẩm đến Millennium Park. Những hạn chế về thời gian và tính thực tế đã buộc những kế hoạch này phải thay đổi. Do đó, các tấm cong phải được gia cố để vận chuyển và chở bằng xe tải đến Chicago, nơi MTH sẽ lắp ráp phần kết cấu phụ và phần kết cấu thượng tầng, và kết nối các tấm với phần kết cấu thượng tầng.
Hoàn thiện và đánh bóng các mối hàn của Cổng Mây để có vẻ ngoài liền mạch là một trong những khía cạnh khó khăn nhất của nhiệm vụ lắp ráp và lắp đặt tại hiện trường. Quy trình gồm 12 bước kết thúc bằng một lớp phấn sáng tương tự như chất đánh bóng của thợ kim hoàn.
“Vì vậy, về cơ bản chúng tôi đã làm việc cho dự án đó trong khoảng ba năm, tạo ra những bộ phận này,” Silva nói. “Đó là một công việc khó khăn. Phần lớn thời gian đó được dành để tìm ra cách thực hiện và hoàn thiện các chi tiết; bạn biết đấy, chỉ cần hoàn thiện nó. Cách chúng tôi sử dụng công nghệ máy tính và gia công kim loại theo kiểu cũ là sự kết hợp giữa công nghệ rèn và công nghệ hàng không vũ trụ.”
Ông cho biết, thật khó để tạo ra thứ gì đó lớn và nặng như vậy một cách chính xác. Những chiếc đĩa lớn nhất có chiều rộng trung bình là 7 feet, chiều dài là 11 feet và nặng 1.500 pound.
Silva cho biết: “Thực tế, việc thực hiện tất cả các công việc CAD và tạo bản vẽ xưởng thực tế cho công trình là một dự án lớn”. “Chúng tôi sử dụng công nghệ máy tính để đo các tấm và đánh giá chính xác hình dạng cũng như độ cong của chúng để chúng khớp với nhau một cách chính xác”.
Silva cho biết: “Chúng tôi đã lập mô hình máy tính rồi chia nhỏ chúng ra. Tôi đã sử dụng kinh nghiệm của mình về kết cấu vỏ và có một số ý tưởng về cách phân đoạn các hình dạng để đường nối hoạt động hiệu quả, nhờ đó chúng tôi có thể có được kết quả chất lượng tốt nhất”.
Một số mảng có hình vuông, một số có hình tròn. Càng gần vùng chuyển tiếp dốc thì chúng càng có hình tròn và vùng chuyển tiếp xuyên tâm càng lớn. Ở phía trên, chúng phẳng hơn và lớn hơn.
Cắt plasma thép không gỉ 316L dày 1/4 đến 3/8 inch, loại thép này tự nó đã đủ cứng, Silva cho biết. "Thách thức thực sự là làm sao để các tấm lớn đạt được độ cong đủ chính xác. Điều này được thực hiện bằng cách định hình và chế tạo khung hệ thống xương sườn cho từng tấm rất chính xác. Theo cách này, chúng tôi có thể xác định chính xác hình dạng của từng tấm".
Các tấm ván được cán trên các con lăn 3D mà PSI đã thiết kế và sản xuất riêng để cán các tấm ván này (xem Hình 1). Silva cho biết: "Nó giống như một người anh em họ với các con lăn của Anh. Chúng tôi cán chúng bằng một kỹ thuật tương tự như cách làm chắn bùn". Uốn cong từng tấm ván bằng cách di chuyển nó qua lại trên các con lăn, điều chỉnh áp lực lên các con lăn cho đến khi các tấm ván cách kích thước mong muốn trong vòng 0,01 inch. Ông cho biết độ chính xác cao cần thiết khiến việc tạo thành các tấm ván một cách trơn tru trở nên khó khăn.
Sau đó, thợ hàn sẽ ghép lõi thuốc hàn vào cấu trúc hệ thống gân bên trong. Silva giải thích: “Theo tôi, lõi thuốc hàn thực sự là một cách tuyệt vời để tạo ra các mối hàn kết cấu bằng thép không gỉ”. “Nó mang lại cho bạn các mối hàn chất lượng cao, tập trung mạnh vào sản xuất và trông tuyệt vời”.
Toàn bộ bề mặt của tấm ván được mài thủ công và phay bằng máy để cắt chúng đến độ chính xác mong muốn tính bằng phần nghìn inch sao cho chúng khớp với nhau (xem Hình 2). Kiểm tra kích thước bằng thiết bị đo chính xác và quét laser. Cuối cùng, tấm ván được đánh bóng đến độ sáng bóng như gương và được phủ một lớp màng bảo vệ.
Khoảng một phần ba số tấm, cùng với phần đế và cấu trúc bên trong, đã được dựng lên trong quá trình lắp ráp thử nghiệm trước khi các tấm được vận chuyển từ Auckland (xem Hình 3 và 4). Lên kế hoạch cho quy trình ốp mặt và thực hiện một số mối hàn trên một số tấm ván nhỏ để ghép chúng lại với nhau. Silva cho biết: "Vì vậy, khi chúng tôi lắp ráp chúng ở Chicago, chúng tôi biết rằng nó sẽ vừa khít".
Nhiệt độ, thời gian và độ rung của xe tải có thể làm tấm cuộn bị lỏng. Lưới có gân không chỉ được thiết kế để tăng độ cứng của tấm ván mà còn giữ nguyên hình dạng của tấm ván trong quá trình vận chuyển.
Do đó, với lưới gia cố bên trong, tấm kim loại được xử lý nhiệt và làm mát để giảm ứng suất vật liệu. Để ngăn ngừa hư hỏng trong quá trình vận chuyển, mỗi tấm kim loại được làm các giá đỡ, sau đó được đưa vào container, khoảng bốn tấm mỗi lần.
Các container sau đó được nạp thành các sản phẩm bán thành phẩm, mỗi lần khoảng bốn sản phẩm, và được gửi đến Chicago cùng với các đội PSI để lắp đặt cùng với các đội MTH. Một người là nhân viên hậu cần điều phối việc vận chuyển, và người kia là giám sát viên trong bộ phận kỹ thuật. Anh ấy làm việc với nhân viên MTH hàng ngày và giúp phát triển các công nghệ mới khi cần thiết. Silva cho biết: "Tất nhiên anh ấy là một phần rất quan trọng của quy trình này".
Lyle Hill, chủ tịch của MTH, cho biết MTH Industries ban đầu được giao nhiệm vụ cố định tác phẩm điêu khắc thanh thoát xuống đất và lắp đặt phần kết cấu thượng tầng, sau đó hàn các tấm vào đó và chà nhám và đánh bóng lần cuối, nhờ sự hướng dẫn của PSI Technical. Việc hoàn thành tác phẩm điêu khắc có nghĩa là cân bằng giữa nghệ thuật và tính thực tiễn; lý thuyết và thực tế; thời gian cần thiết và thời gian dự kiến.
Lou Cerny, phó chủ tịch phụ trách kỹ thuật và quản lý dự án của MTH, cho biết điều khiến ông quan tâm về dự án này là tính độc đáo của nó. Cerny cho biết: "Theo như chúng tôi biết, có những điều đang diễn ra trong dự án cụ thể này mà chưa từng được thực hiện trước đây hoặc chưa từng được xem xét trước đây".
Nhưng để thực hiện một công việc đầu tiên như vậy đòi hỏi sự sáng tạo linh hoạt tại chỗ để ứng phó với những thách thức không lường trước được và trả lời những câu hỏi phát sinh trong quá trình thực hiện công việc:
Làm thế nào để lắp 128 tấm thép không gỉ cỡ ô tô vào một kết cấu thượng tầng cố định trong khi xử lý chúng bằng găng tay trẻ em? Làm thế nào để hàn một hạt đậu hình vòng cung khổng lồ mà không cần dựa vào nó? Làm thế nào để xuyên qua mối hàn mà không thể hàn từ bên trong? Làm thế nào để đạt được lớp hoàn thiện gương hoàn hảo cho mối hàn thép không gỉ trong môi trường ngoài hiện trường? Điều gì sẽ xảy ra nếu sét đánh?
Cerny cho biết dấu hiệu đầu tiên cho thấy đây sẽ là một dự án đặc biệt khó khăn là khi quá trình xây dựng và lắp đặt thiết bị nặng 30.000 pound bắt đầu. Cấu trúc thép hỗ trợ tác phẩm điêu khắc.
Trong khi kết cấu thép giàu kẽm do PSI cung cấp để lắp ráp phần đế kết cấu tương đối dễ sản xuất thì địa điểm xây dựng kết cấu lại nằm một nửa trên nhà hàng và một nửa trên bãi đậu xe, mỗi bên ở một độ cao khác nhau.
“Vì vậy, kết cấu bên dưới có dạng nhô ra và ọp ẹp,” Cerny cho biết. “Nơi chúng tôi đặt nhiều thép này, bao gồm cả phần đầu của công đoạn lắp tấm, chúng tôi thực sự phải dùng cần cẩu để lái vào một lỗ sâu 5 feet.”
Cerny cho biết họ đã sử dụng một hệ thống neo cực kỳ tinh vi, bao gồm hệ thống tải trước cơ học, tương tự như loại vật liệu được sử dụng trong khai thác than, và một số neo hóa học. Sau khi phần kết cấu phụ của kết cấu thép được cố định trong bê tông, cần phải xây dựng phần kết cấu thượng tầng để gắn vỏ vào.
“Chúng tôi bắt đầu lắp đặt hệ thống giàn bằng cách sử dụng hai vòng chữ O bằng thép không gỉ 304 chế tạo lớn—một ở đầu phía bắc của kết cấu và một ở đầu phía nam,” Cerny cho biết (xem Hình 3). Các vòng được giữ với nhau bằng các giàn ống chéo nhau. Khung phụ lõi vòng được chế tạo theo từng phần và được bu lông tại chỗ bằng phương pháp hàn GMAW và hàn thanh và các thanh gia cố hàn.
“Vì vậy, có một cấu trúc thượng tầng lớn mà chưa ai từng nhìn thấy; nó chỉ dành riêng cho mục đích đóng khung kết cấu”, Cerny cho biết.
Mặc dù đã nỗ lực hết sức để thiết kế, chế tạo, chế tạo và lắp đặt tất cả các thành phần cần thiết cho dự án Auckland, tác phẩm điêu khắc này là chưa từng có và việc mở ra những con đường mới luôn đi kèm với những gờ và vết xước. Tương tự như vậy, việc kết hợp khái niệm sản xuất của một công ty với một công ty khác không đơn giản như việc trao quyền. Ngoài ra, khoảng cách vật lý giữa các địa điểm gây ra sự chậm trễ trong giao hàng, khiến một số hoạt động sản xuất tại chỗ trở nên hợp lý.
Silva cho biết: “Mặc dù các quy trình lắp ráp và hàn đã được lên kế hoạch trước tại Oakland, nhưng điều kiện thực tế tại công trường đòi hỏi sự sáng tạo thích ứng từ mọi người”. “Và đội ngũ nhân viên công đoàn thực sự tuyệt vời”.
Trong vài tháng đầu, công việc hàng ngày của MTH là xác định công việc trong ngày bao gồm những gì và cách tốt nhất để sản xuất một số thành phần để dựng khung phụ, cũng như một số thanh chống, "bộ giảm xóc", tay, chốt và chốt. Er cho biết các thanh pogo cần thiết để tạo ra một hệ thống ốp tạm thời.
“Đó là một quá trình liên tục thiết kế và sản xuất ngay lập tức để mọi thứ tiếp tục diễn ra và đưa chúng đến công trường một cách nhanh chóng. Chúng tôi dành nhiều thời gian để phân loại những gì chúng tôi có, thiết kế lại và thiết kế lại trong một số trường hợp, và sau đó sản xuất các bộ phận cần thiết.
Hill cho biết: “Theo nghĩa đen, chúng tôi sẽ có 10 thứ vào thứ Ba và phải giao tận nơi vào thứ Tư. Có rất nhiều giờ làm thêm và rất nhiều công việc trong cửa hàng được thực hiện vào giữa đêm”.
“Khoảng 75 phần trăm các thành phần treo ván được chế tạo hoặc sửa đổi tại hiện trường”, Cerny cho biết. “Có những lúc chúng tôi thực sự tạo ra một ngày làm việc 24 giờ. Tôi sẽ ở trong cửa hàng cho đến 2, 3 giờ sáng và tôi sẽ về nhà lúc 5:30 sáng để tắm rửa và đi lấy các thành phần, vẫn còn ướt.”
Hệ thống treo tạm thời MTH để lắp ráp vỏ máy bao gồm lò xo, thanh chống và cáp. Tất cả các mối nối giữa các tấm được bắt bu lông tạm thời với nhau. Cerny cho biết: "Vì vậy, toàn bộ cấu trúc được kết nối cơ học, treo từ bên trong, bằng giàn 304".
Họ bắt đầu với mái vòm ở phần đế của tác phẩm điêu khắc omhalus – “rốn của rốn”. Mái vòm được treo từ các giàn bằng hệ thống hỗ trợ lò xo treo bốn điểm tạm thời bao gồm móc treo, cáp và lò xo. Cerny cho biết lò xo cung cấp khả năng “cho và nhận” khi thêm nhiều tấm ván hơn. Sau đó, các lò xo được điều chỉnh lại dựa trên trọng lượng mà mỗi tấm thêm vào để giúp cân bằng toàn bộ tác phẩm điêu khắc.
Mỗi tấm ván trong số 168 tấm ván đều có hệ thống lò xo hỗ trợ treo bốn điểm riêng để chúng được hỗ trợ riêng lẻ khi lắp vào đúng vị trí. Cerny cho biết: "Ý tưởng là không nhấn mạnh quá mức vào bất kỳ mối nối nào vì những mối nối đó được ghép lại với nhau để đạt được khoảng cách 0/0". "Nếu một tấm ván chạm vào tấm ván bên dưới, nó có thể gây cong vênh và các vấn đề khác".
Như một minh chứng cho độ chính xác của công việc PSI, việc lắp ráp rất tốt với rất ít khoảng hở. “PSI đã làm một công việc tuyệt vời khi chế tạo các tấm ốp,” Cerny nói. “Tôi dành tất cả công lao cho họ vì cuối cùng, chúng thực sự vừa vặn. Việc lắp ghép thực sự đẹp, điều đó thật tuyệt vời đối với tôi. Chúng ta đang nói đến, theo nghĩa đen là phần nghìn inch. Những tấm ốp này được ghép lại với nhau thành một cạnh khép kín.”
Silva cho biết: “Khi họ hoàn tất việc lắp ráp, nhiều người nghĩ rằng công việc đã hoàn tất”, không chỉ vì các mối nối khít mà còn vì các bộ phận đã lắp ráp hoàn chỉnh, với các tấm hoàn thiện như gương được đánh bóng cao, đã phát huy tác dụng phản chiếu môi trường xung quanh. Nhưng các mối nối mông thì có thể nhìn thấy, còn thủy ngân lỏng thì không có mối nối. Ngoài ra, Silva cho biết tác phẩm điêu khắc vẫn phải được hàn hoàn toàn để duy trì tính toàn vẹn về mặt cấu trúc cho các thế hệ tương lai.
Việc hoàn thành Cloud Gate đã phải tạm dừng trong lễ khai trương công viên vào mùa thu năm 2004, vì vậy Omhalus là GTAW trực tiếp và điều đó kéo dài trong vài tháng.
Cerny cho biết: “Bạn có thể thấy những đốm nâu nhỏ, đó là mối hàn TIG xung quanh toàn bộ cấu trúc”. “Chúng tôi bắt đầu xây dựng lại lều vào tháng 1”.
Silva cho biết: “Thách thức sản xuất lớn tiếp theo của dự án này là hàn đường nối mà không làm mất độ chính xác về hình dạng do biến dạng co ngót khi hàn”.
Cerny cho biết hàn plasma cung cấp độ bền và độ cứng cần thiết với rủi ro tối thiểu cho tấm ván. Hỗn hợp 98% argon/2% heli hoạt động tốt nhất trong việc giảm bám bẩn và tăng cường khả năng hợp nhất.
Thợ hàn sử dụng kỹ thuật hàn plasma lỗ khóa bằng cách sử dụng nguồn điện Thermal Arc® và cụm máy kéo và mỏ hàn đặc biệt do PSI phát triển và sử dụng.