Tầm nhìn của Anish Kapoor đối với tác phẩm điêu khắc Cloud Gate tại Công viên Millennium ở Chicago là nó phải giống như thủy ngân lỏng, phản chiếu liền mạch thành phố xung quanh. Việc đạt được sự liền mạch này là cả một quá trình đầy tâm huyết.
“Điều tôi muốn làm ở Công viên Millennium là tạo ra một tác phẩm phù hợp với đường chân trời Chicago… để mọi người có thể nhìn thấy những đám mây trôi lơ lửng và những tòa nhà cao chọc trời phản chiếu trong tác phẩm. Sau đó, nhờ hình dạng của nó ở cánh cửa, người tham gia, khán giả, sẽ có thể bước vào căn phòng sâu thẳm này, theo một cách nào đó, nó tác động đến hình ảnh phản chiếu của một người giống như cách mà ngoại thất của tác phẩm phản chiếu những cảnh vật xung quanh thành phố.” – Nghệ sĩ người Anh nổi tiếng thế giới Anish Kapoor, nhà điêu khắc tác phẩm 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 bao nhiêu kim loại và lòng dũng cảm ẩn chứa bên dưới. Cloud Gate giấu kín câu chuyện của hơn 100 người thợ chế tạo kim loại, thợ cắt, thợ hàn, thợ tỉa, kỹ sư, kỹ thuật viên, thợ sắt, thợ lắp đặt và quản lý—tất cả trong suốt năm năm.
Nhiều người làm việc ngoài giờ, làm việc trong xưởng vào giữa đêm, cắm trại tại chỗ và lao động trong điều kiện nhiệt độ 110 độ F (khoảng 43 độ C) với bộ đồ bảo hộ Tyvek® và mặt nạ phòng độc nửa mặt. Một số người làm việc ở những tư thế chống trọng lực, treo người bằng dây an toàn trong khi giữ dụng cụ và làm việc trên những sườn dốc trơn trượt. Tất cả đều được nỗ lực hết sức (và vượt xa mức bình thường) để biến điều không thể thành có thể.
Việc hiện thực hóa ý tưởng về những đám mây bồng bềnh, huyền ảo của nhà điêu khắc Anish Kapoor thành một tác phẩm điêu khắc bằng thép không gỉ nặng 110 tấn, dài 66 feet và cao 33 feet là nhiệm vụ của công ty sản xuất Performance Structures Inc. (PSI), Oakland, CA, và MTH, Villa Park, IL. Nhân dịp kỷ niệm 120 năm thành lập, MTH là một trong những nhà thầu thiết kế kết cấu kim loại và kính kiến ​​trúc lâu đời nhất ở khu vực Chicago.
Để thực hiện dự án này, cần tận dụng khả năng sáng tạo nghệ thuật, sự khéo léo, kỹ năng cơ khí và bí quyết sản xuất của cả hai công ty. Họ đã thiết kế và thậm chí chế tạo thiết bị riêng cho dự án.
Một số thách thức của dự án đến từ hình dạng cong kỳ lạ của nó – giống như một chấm hoặc một cái rốn lộn 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 ở hai địa điểm khác nhau cách nhau hàng nghìn dặm, tạo ra các vấn đề về vận chuyển và phong cách làm việc. Nhiều quy trình phải được thực hiện tại hiện trường rất khó thực hiện trong môi trường xưởng, chứ chưa nói đến việc thực hiện ngoài hiện trường. Khó khăn phát sinh đơn giản 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 kinh nghiệm sâu rộng trong việc chế tạo vỏ sò, ban đầu là trên tàu thuyền và sau đó là trong các dự án nghệ thuật khác, đủ điều kiện cho các nhiệm vụ chế tạo vỏ sò 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 làm một mẫu thử kích thước 2 x 3 mét, một mảnh cong được đánh bóng rất mịn, và ông ấy nói, 'Ồ, cô làm được rồi, cô là người duy nhất làm được điều đó,' bởi vì ông ấy đã tìm kiếm suốt hai năm trời để tìm người có thể làm được việc này,” Silva nói.
Theo Edward Uhlir, giám đốc điều hành của Millennium Park Inc., kế hoạch ban đầu là PSI sẽ chế tạo và lắp ráp 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 thủy St. Lawrence đến một cảng trên hồ Michigan. Theo tuyên bố, một hệ thống băng chuyền được thiết kế đặc biệt sẽ vận chuyển nó đến Millennium Park. Tuy nhiên, những hạn chế về thời gian và tính khả thi đã buộc kế hoạch này phải thay đổi. Do đó, các tấm cong phải được gia cố để vận chuyển và được chở bằng xe tải đến Chicago, nơi MTH sẽ lắp ráp phần khung và phần thượng tầng, và kết nối các tấm với phần thượng tầng.
Hoàn thiện và đánh bóng các mối hàn của Cloud Gate để tạo vẻ ngoài liền mạch là một trong những khía cạnh khó khăn nhất của công tác lắp đặt và lắp ráp tại công trường. Quy trình 12 bước kết thúc bằng chất đánh bóng tương tự như chất đánh bóng trang sức.
“Về cơ bản, chúng tôi đã làm việc trên dự án đó trong khoảng ba năm, để chế tạo những bộ phận này,” Silva nói. “Đó là một công việc khó khăn. Phần lớn thời gian được dành để tìm ra cách thực hiện và hoàn thiện các chi tiết; bạn biết đấy, chỉ để làm cho nó hoàn hảo. Cách chúng tôi sử dụng công nghệ máy tính và kỹ thuật gia công kim loại truyền thống là sự kết hợp giữa công nghệ rèn và công nghệ hàng không vũ trụ.”
Ông nói rằng việc chế tạo một vật thể lớn và nặng như vậy với độ chính xác cao là rất khó. Những chiếc đĩa lớn nhất có kích thước trung bình rộng 7 feet và dài 11 feet, nặng 1.500 pound.
“Việc thực hiện tất cả các công việc CAD và tạo ra các bản vẽ thi công thực tế là một dự án lớn,” Silva nói. “Chúng tôi sử dụng công nghệ máy tính để đo các tấm và đánh giá chính xác hình dạng và độ cong của chúng để chúng khớp với nhau một cách chính xác.”
“Chúng tôi đã lập mô hình trên máy tính rồi chia nhỏ nó ra,” Silva nói. “Tôi đã sử dụng kinh nghiệm của mình trong việc xây dựng kết cấu vỏ, và tôi có một số ý tưởng về cách phân đoạn các hình dạng để các đường nối khớp với nhau, nhờ đó chúng tôi có thể đạt được kết quả chất lượng tốt nhất.”
Một số đĩa có hình vuông, một số có hình quạt. Càng gần với sự chuyển tiếp dốc, chúng càng có hình quạt rõ rệt hơn, và sự chuyển tiếp xuyên tâm càng lớn. Ở phía trên, chúng phẳng hơn và lớn hơn.
Silva cho biết, máy cắt plasma cắt thép không gỉ 316L dày từ 1/4 đến 3/8 inch, loại thép này vốn đã đủ chắc chắn. "Thử thách thực sự là làm sao để các tấm thép lớn đạt được độ cong đủ chính xác. Điều này được thực hiện bằng cách tạo hình và chế tạo khung hệ thống gân cho từng tấm một cách rất chính xác. Bằng cách này, chúng ta có thể xác định chính xác hình dạng của từng tấm."
Các tấm ván được cuộn trên các con lăn 3D do PSI thiết kế và sản xuất riêng để cuộn các tấm ván này (xem Hình 1). “Nó giống như một phiên bản cải tiến của các con lăn của Anh. Chúng tôi cuộn chúng bằng kỹ thuật tương tự như cách làm chắn bùn,” Silva nói. Uốn cong từng tấm bằng cách di chuyển chúng qua lại trên các con lăn, điều chỉnh áp lực lên các con lăn cho đến khi các tấm đạt kích thước chính xác đến 0,01 inch so với kích thước mong muốn. Ông cho biết, độ chính xác cao cần thiết khiến việc tạo hình các tấm một cách trơn tru trở nên khó khăn.
Sau đó, người thợ hàn sẽ hàn mối hàn lõi thuốc vào cấu trúc hệ thống gân bên trong.“Theo tôi, hàn lõi thuốc thực sự là một cách tuyệt vời để tạo ra các mối hàn kết cấu trong thép không gỉ,” Silva giải thích.“Nó mang lại cho bạn các mối hàn chất lượng cao với sự tập trung mạnh mẽ vào năng suất và trông rất đẹp.”
Toàn bộ bề mặt của các tấm ván được mài thủ công và phay bằng máy để cắt gọt đến độ chính xác mong muốn là một 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 như gương và phủ một lớp màng bảo vệ.
Khoảng một phần ba số tấm ốp, cùng với phần đế và cấu trúc bên trong, đã được dựng lên trong quá trình lắp ráp thử nghiệm trước khi các tấm ốp được vận chuyển từ Auckland (xem Hình 3 và 4). "Chúng tôi đã lên kế hoạch cho quy trình ốp ván và thực hiện một số mối hàn trên một số tấm ván nhỏ để nối chúng lại với nhau."Vì vậy, khi chúng tôi lắp ráp nó ở Chicago, chúng tôi biết rằng nó sẽ khớp với nhau," Silva nói.
Nhiệt độ, thời gian và độ rung của xe tải có thể khiến tấm tôn cuộn bị lỏng. Tấm tôn có gân không chỉ được thiết kế để tăng độ cứng của tấm tôn mà còn để duy trì hình dạng của tấm tôn trong quá trình vận chuyển.
Do đó, với lưới gia cường bên trong, tấm thép được xử lý nhiệt và làm nguội để giảm ứng suất vật liệu. Để ngăn ngừa hư hỏng trong quá trình vận chuyển, mỗi tấm thép được đóng khung riêng, sau đó được chất lên container, khoảng bốn tấm một lần.
Sau đó, các container được chất thành các sản phẩm bán thành phẩm, khoảng bốn container một lần, và được gửi đến Chicago cùng với các đội ngũ của PSI để lắp đặt với các đội ngũ của MTH. Một người là nhân viên hậu cần điều phối việc vận chuyển, và người kia là giám sát viên trong lĩnh vực kỹ thuật. Anh ấy làm việc với nhân viên của MTH hàng ngày và giúp phát triển các công nghệ mới khi cần thiết. "Tất nhiên, anh ấy là một phần rất quan trọng của quá trình này," Silva nói.
Lyle Hill, chủ tịch của MTH, cho biết ban đầu MTH Industries được giao nhiệm vụ cố định tác phẩm điêu khắc huyền ảo xuống đất và lắp đặt phần khung đỡ, sau đó hàn các tấm kim loại vào khung và thực hiện công đoạn chà nhám và đánh bóng cuối cùng, dưới sự hướng dẫn của PSI Technical. Việc hoàn thành tác phẩm điêu khắc đòi hỏi sự 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 kỹ thuật kiêm quản lý dự án của MTH, cho biết điều khiến ông quan tâm đến dự án này là tính độc đáo của nó. "Theo như chúng tôi biết, có những điều đang diễn ra trong dự án đặc biệt này chưa từng được thực hiện trước đây, hoặc chưa từng được xem xét đến trước đây," Cerny nói.
Nhưng làm việc trong một dự án chưa từng có tiền lệ đòi hỏi sự linh hoạt và khéo léo tại chỗ để đối phó với những thách thức không lường trước và giải đáp những câu hỏi phát sinh trong quá trình thực hiện công việc:
Làm thế nào để lắp 128 tấm thép không gỉ kích thước bằng ô tô lên một kết cấu cố định mà vẫn phải thao tác cẩn thận? Làm thế nào để hàn một thanh thép 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 bề mặt bóng như gương hoàn hảo cho các mối hàn thép không gỉ trong môi trường ngoài trời? Điều gì sẽ xảy ra nếu bị sét đánh?
Dấu hiệu đầu tiên cho thấy đây sẽ là một dự án vô cùng khó khăn, theo lời Cerny, là khi việc xây dựng và lắp đặt thiết bị nặng 30.000 pound bắt đầu. Cấu trúc thép đỡ tác phẩm điêu khắc.
Mặc dù thép kết cấu giàu kẽm do PSI cung cấp để lắp ráp phần móng tương đối dễ sản xuất, nhưng vị trí xây dựng móng lại nằm một nửa phía trên nhà hàng và một nửa phía trên bãi đậu xe, mỗi phần ở một độ cao khác nhau.
“Vì vậy, kết cấu móng được thiết kế dạng console và khá ọp ẹp,” Cerny nói. “Ở những nơi chúng tôi đặt nhiều thanh thép, kể cả ở giai đoạn bắt đầu thi công tấm thép, chúng tôi thực sự phải cho cần cẩu đi vào một cái hố sâu 1,5 mét.”
Cerny cho biết họ đã sử dụng một hệ thống neo rất tinh vi, bao gồm hệ thống tải trước cơ học, tương tự như loại được sử dụng trong khai thác than, và một số neo hóa học. Sau khi phần móng của kết cấu thép được cố định trong bê tông, cần phải xây dựng phần kết cấu thượng tầng để gắn phần vỏ vào.
“Chúng tôi bắt đầu lắp đặt hệ thống giàn bằng cách sử dụng hai vòng chữ O lớn bằng thép không gỉ 304 được chế tạo sẵn – một ở đầu phía bắc của cấu trúc và một ở đầu phía nam,” Cerny nói (xem Hình 3). Các vòng được giữ với nhau bằng các giàn ống đan chéo. Khung phụ lõi vòng được xây dựng theo từng phần và được bắt vít tại chỗ bằng phương pháp hàn GMAW và hàn thanh cùng với các thanh gia cường hàn.
“Vậy là có một cấu trúc thượng tầng lớn mà chưa ai từng nhìn thấy; nó chỉ dùng để làm khung kết cấu thôi,” Cerny nói.
Mặc dù đã nỗ lực hết sức để thiết kế, chế tạo, lắp ráp và lắp đặt tất cả các bộ phận cần thiết cho dự án Auckland, tác phẩm điêu khắc này vẫn là chưa từng có tiền lệ và việc mở ra những con đường mới luôn đi kèm với những khó khăn và trở ngại. Tương tự, việc kết hợp khái niệm sản xuất của một công ty với một công ty khác không đơn giản như việc chuyển giao trách nhiệm. Thêm vào đó, khoảng cách địa lý giữa các địa điểm đã gây ra sự chậm trễ trong giao hàng, điều này khiến việc sản xuất tại chỗ một số bộ phận trở nên hợp lý.
“Mặc dù các quy trình lắp ráp và hàn đã được lên kế hoạch trước ở Oakland, nhưng điều kiện thực tế tại công trường đòi hỏi sự khéo léo thích ứng từ mọi người,” Silva nói. “Và đội ngũ công đoàn thực sự rất tuyệt vời.”
Trong vài tháng đầu, công việc hàng ngày của MTH là xác định những việc cần làm trong ngày và cách tốt nhất để chế tạo một số bộ phận để dựng khung phụ, cũng như một số thanh chống, "bộ giảm xóc", tay đòn, chốt và ghim. Er cho biết, các thanh chống cần thiết để tạo ra một hệ thống vách tạm thời.
“Đó là một quá trình liên tục thiết kế và sản xuất ngay tại chỗ để đảm bảo mọi thứ diễn ra suôn sẻ và nhanh chóng vận chuyển đến công trường. Chúng tôi dành rất nhiều thời gian để sàng lọc những gì mình có, thiết kế lại nhiều lần trong một số trường hợp, và sau đó mới sản xuất các bộ phận cần thiết.”
“Thực tế là, chúng tôi sẽ có 10 việc cần giao vào thứ Ba và phải hoàn thành tại chỗ vào thứ Tư,” Hill nói. “Có rất nhiều giờ làm thêm và rất nhiều công việc tại cửa hàng được thực hiện vào giữa đêm.”
“Khoảng 75% các bộ phận treo ván trượt được chế tạo hoặc sửa đổi tại chỗ,” Cerny nói. “Có vài lần, chúng tôi thực sự phải làm việc cả ngày 24 tiếng. Tôi ở cửa hàng đến 2, 3 giờ sáng, rồi về nhà tắm, đến lấy hàng lúc 5:30 sáng, và vẫn còn ướt.”
Hệ thống treo tạm thời MTH để lắp ráp nhà ở bao gồm lò xo, thanh chống và dây cáp. Tất cả các mối nối giữa các tấm được bắt vít tạm thời với nhau. "Vì vậy, toàn bộ cấu trúc được kết nối cơ học, treo từ bên trong, bằng 304 thanh giằng", Cerny nói.
Họ bắt đầu với mái vòm ở chân đế của tác phẩm điêu khắc Omhalus – “rốn của cái bụng”. Mái vòm được treo từ các thanh giằng bằng một hệ thống hỗ trợ lò xo bốn điểm tạm thời bao gồm các móc treo, dây cáp và lò xo. Cerny cho biết lò xo tạo ra sự “đàn hồi” khi thêm nhiều tấm ván. Sau đó, các lò xo được điều chỉnh lại dựa trên trọng lượng được thêm vào bởi mỗi tấm để giúp cân bằng toàn bộ tác phẩm điêu khắc.
Mỗi trong số 168 tấm ván đều có hệ thống lò xo đỡ bốn điểm riêng biệt, do đó mỗi tấm được nâng đỡ độc lập khi đặt đúng vị trí. “Ý tưởng là không nên quá nhấn mạnh bất kỳ mối nối nào vì các mối nối đó được ghép lại với nhau để tạo ra khe hở bằng 0”, Cerny nói. “Nếu một tấm ván va chạm với tấm ván bên dưới, nó có thể gây ra hiện tượng cong vênh và các vấn đề khác.”
Là minh chứng cho độ chính xác trong công việc của PSI, việc lắp ráp rất tốt với rất ít khe hở.“PSI đã làm một công việc tuyệt vời trong việc chế tạo các tấm ốp,” Cerny nói.“Tôi dành tất cả lời khen ngợi cho họ vì cuối cùng, mọi thứ thực sự khớp với nhau. Việc lắp ráp rất đẹp, điều này rất tuyệt vời đối với tôi. Chúng ta đang nói đến độ chính xác đến từng phần nghìn inch. Tấm ốp được đặt lên và có một cạnh khép kín.”
“Khi họ hoàn thành việc lắp ráp, nhiều người nghĩ rằng nó đã xong,” Silva nói, không chỉ vì các mối nối khít chặt mà còn vì các bộ phận được lắp ráp hoàn chỉnh và các tấm được đánh bóng như gương đã góp phần phản chiếu môi trường xung quanh. Nhưng các mối nối ghép vẫn có thể nhìn thấy, trong khi thủy ngân lỏng thì không có mối nối. Ngoài ra, tác phẩm điêu khắc vẫn phải được hàn kín hoàn toàn các mối nối để duy trì tính toàn vẹn cấu trúc cho các thế hệ tương lai, Silva cho biết.
Việc hoàn thành Cloud Gate đã phải tạm hoãn trong lễ khai trương công viên vào mùa thu năm 2004, vì vậy omhalus đã trở thành một GTAW trực tiếp, và điều đó kéo dài trong vài tháng.
“Bạn có thể thấy những đốm nâu nhỏ, đó là các mối hàn TIG xung quanh toàn bộ cấu trúc,” Cerny nói. “Chúng tôi bắt đầu xây dựng lại các lều vào tháng Giêng.”
“Thử thách sản xuất lớn tiếp theo cho dự án này là hàn đường nối mà không làm mất độ chính xác về hình dạng do biến dạng co ngót khi hàn,” Silva nói.
Ông Cerny cho biết, hàn plasma mang lại độ bền và độ cứng cần thiết với rủi ro tối thiểu cho tấm kim loại. Hỗn hợp 98% argon/2% heli hoạt động tốt nhất trong việc giảm bám cặn và tăng cường sự kết dính.
Các thợ hàn sử dụng kỹ thuật hàn plasma lỗ khóa với nguồn điện Thermal Arc® và các cụm máy kéo và mỏ hàn đặc biệt do PSI phát triển và sử dụng.