揭秘 | 数次破解顶尖难题,国家速滑馆的科技探索之路-MINGYI

您的位置：网站首页 行业动态 揭秘 | 数次破解顶尖难题,国家速滑馆的科技探索之路

揭秘 | 数次破解顶尖难题,国家速滑馆的科技探索之路

阅读量：3834683 2019-10-27

▲ 国家速滑馆效果图
-国家速滑馆-
作为北京冬奥会新建的重大标志性场馆
国家速滑馆“冰丝带”
从设计方案公布开始
就吸引着公众注意
并且几年来一直热度不减
可以说是实打实的“网红”本红了
“冰丝带”的建设进度可用六个词来形容：精耕细作、拔地而起、编织天幕、丝带飞舞、最快的冰和智慧的馆，每一个阶段、每一个领域都处于当前体育建筑设计的最前沿！
01
#精耕细作
高科技混凝土的应用

2018年2月，农历正月
当京城依旧沉浸在浓浓的年味中时
国家速滑馆施工现场已是机械隆隆
桩头剔凿和土方开挖正热火朝天
2018年3月16日，浇筑第一块地板混凝土
2018年5月，工程全面进入基础底板施工阶段
2018年6月，国家速滑馆顺利实现出正负零
完成全部地下结构施工
全面“长出地面”
由于速滑馆呈椭圆形，这种椭圆的混凝土结构建设难度非常大，再加上“冰丝带”采用了世界首个全冰面设计，因此对整个场馆基石的混凝土结构也提出了更高的要求。

经过多方反复讨论，项目团队最终研发了钢纤维高性能混凝土、抗冻混凝土和补偿收缩混凝土：抗冻、微膨胀、高强度、易泵送；虽看似平淡无奇，但其中的科技含量和建筑难度不可小觑。
国家速滑馆工程地下结构混凝土总用量为9.1万立方米，其中90%以上都是特殊混凝土。这三种特殊混凝土的应用，将最大程度提高赛道和场地的抗冻及收缩补偿性能。
02
#拔地而起
国内首屈一指的钢铁“巨龙”

2018年9月
国家速滑馆8500吨环桁架
拼装施工正式开始
混凝土主体结构完成
国家速滑馆实现“拔地而起”
国家速滑馆工程结构分为土建主体结构、钢结构、索网结构、幕墙结构等，其中钢结构包含顶部环桁架，而环桁架作为国家速滑馆轻型屋盖系统的骨架支撑，长跨约200米，短跨约130米，成空间曲线马鞍形状，主弦杆共328根，腹杆共2220根，总用钢量约8500吨。杆件数量庞大，工程任务重，吊装与焊接难度十分复杂。
由于工程工期紧，任务重，需要钢结构环桁架施工、现浇混凝土结构施工、预制板看台结构施工和索结构施工准备同步进行，经参建各方研究、论证，最终确定了采用屋面环桁架“南北分区直接吊装和东西滑移安装”的施工方法，分两次将环桁架滑移到位。

2018年11月
国家速滑馆屋面环桁架采用液压千斤顶
如同32个“机器人”同时发力
将5500吨钢铁“巨龙”平移
与南北侧约3000吨环桁架合为一体

滑移施工全程采用计算机液压同步滑移系统控制，通过数据反馈和控制指令传递，可全自动实现同步动作、负载均衡、姿态矫正、应力控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能。经过就位、嵌补段安装、合拢等工序后，实现钢结构工程的完工，为“编织天幕”创造条件。
03
#编织天幕
双曲马鞍形索网跨度破记录

2019年1月完成“天幕编织”
进行索网结构提升的国家速滑馆
就像是一片室内“钢筋森林”
万条垂下的丝绦
整个结构构成了壮观的“天幕”
马鞍形索网屋面的轮廓也完完整整地呈现出来
好像一个羽毛球拍
也是建筑的“骨架”
这是世界最大跨度正交双向单层马鞍形索网屋顶，生根于碗状看台顶部周圈环桁架上的钢索网结构，最大跨度是198米×124米，总重量则有968吨，填补了国内首个大吨位、大面积的超大跨度单层正交索网同步张拉技术空白。

由于造型不规则，钢索网的所有拼装工作都是在地面完成，然后再采用液压千斤顶，一点点、一点点地整体提升，在空中找形。经过复杂张力结构综合形态分析方法，才获得了受力最佳、经济最优、形态最美的双曲面结构造型，用钢量约为传统屋顶的四分之一。“天幕”编织过程中使用的高钒密闭索，更是首次在国内大型体育场馆中得到应用，打破了国际市场垄断。
04
#丝带飞舞
3360块幕墙玻璃拼成“冰丝带”

2019年5月
国家速滑馆开启“丝带”施工
在玻璃安装之前，一道重要的施工程序
是将160根S形钢龙骨进行安装定位
这是整个曲面幕墙的“骨架”
与一般平面幕墙相比，S形钢龙骨形态复杂，模具制作难度大，安装精度高，施工难度大！

曲面幕墙则采用的是超白双银低辐射半钢化夹胶中空（low-e）玻璃，没有一块是相同尺寸，包括外凸和内凹的两种弯弧玻璃、平板玻璃、大平板立面玻璃和“冰丝带”半圆管玻璃，单元体半径为1.5米，玻璃夹胶层为先进的SGP胶片，中间中空层则充入惰性气体，可以起到保温的效果。
这些形态各异的玻璃，最终严丝合缝地安装在国家速滑馆的外幕墙，最终拼出的玻璃幕墙总长度达13.2公里，共计22条的“冰丝带”。
如果说让冰丝带飘舞起来的是钢龙骨，那么让冰丝带晶莹剔透的则是上面的花纹，所有玻璃幕墙上的冰花纹都通过一种特殊的彩釉工艺涂刷烧制出来，牢牢贴在幕墙上，达到冰雪晶莹剔透的完美视觉感受。

更有特色的是，“冰丝带”的灯光照明将安装在两片玻璃胶合处一毫米的交缝上，每1米将密集安装90多个小灯泡，通过彩釉膜的导光效果，把光导进玻璃，使灯光呈现出特殊的柔和效果，整个“冰丝带”将成为一个发光的玻璃体。22根“冰丝带”如同速滑运动员的运动轨迹缠绕在曲面玻璃幕墙表面，建成后夜景照明开启，将形成美轮美奂的“丝带飞舞”效果。

如今，场馆外幕墙基本安装完毕，“冰丝带”初具雏形。沿着场馆逆时针走，可以看到3360块外幕玻璃组成的环形丝带极具动感，秋日阳光会顺着丝带缓缓流动。
05
#最快的冰
1.2万平方米亚洲最大冰面

国家速滑馆还有一大亮点
被称为“最快的冰”
“冰丝带”采用全冰面设计，面积约1.2万平方米，同时研发的多功能全冰面制冰系统、室内环境控制和综合节能等关键技术，精确控制冰面温度、厚度和稳定性等，使整个400米冰道冰面温度误差不超过1℃，成为“最快的冰”（冰面－11℃到－6℃；冰面1.5米高度13－15℃）；场馆观众坐席区温度是16度，为速滑运动员取得优异成绩提供技术保障。
关于冰的可持续设计
是国家速滑馆的灵魂
“冰丝带”还将采用二氧化碳做制冷剂
这在世界体育场馆中还是第一次
届时，国家速滑馆会像一个大冰箱一样，在制冰过程中会产生热量，高效回收系统将把这些余热转化为运动员淋浴、融冰池融冰、场地冰面维护等环节所需的热能。同时“冰丝带”将利用无处不在的空气能，为3000平方米场馆管理用房供暖。
06
#智慧的馆
智能场馆配备定位导航系统

梦幻的造型之下
国家速滑馆还将成为
一座绿色环保的智慧场馆
在物联网和大数据的技术支持下，场馆中引入了全新的“BIM运维系统”和“定位导航系统”，就像是给场馆配备了精于计算的“大脑”。未来，无论是运动员还是观众，进入场馆后，可以通过手机定位导航服务，匹配出到达目的地的最佳路径。

另外场馆将具有感应、反馈和动态调节的智慧。传感器能实时感知冰的温度、空气温湿度等环境参数，通过设备自动化调节。数字冰场技术为运动员比赛和训练提供实时数据和分析。观众和场馆的客户群都可以使用室内外一体化的导航服务到达自己的座位和工作区。
作为北京冬奥会新建的重大标志性场馆
今年年底，国家速滑馆将实现封顶封围
届时，22条飘逸流畅的“冰丝带”
将在奥林匹克公园飞舞
与雄浑的钢结构“鸟巢”
灵动的膜结构“水立方”相得益彰
三者将共同组成北京
这座世界首个“双奥之城”
的标志性建筑
国家速滑馆的黑科技还有很多
项目团队也还在不断摸索
让我们期待着
2022冬奥会中国再次
惊艳世界的时刻！