本報記者 趙瑩瑩
發(fā)令槍響，兩位運動員用力一蹬，從起點出發(fā)。冰刀劃過冰面的咔咔聲，就像是飛翔的預(yù)告，也宣告著“相約北京”系列冬季體育賽事速度滑冰中國公開賽在北京國家速滑館開賽。
“運動員下腳的一剎那，就知道這個冰好不好。”在國際測試賽中，國家速滑館表現(xiàn)優(yōu)異，或者說，冰面“很走道兒”。“這個場館非常美麗，冰面的體驗也非常好。”第一位登上賽場的荷蘭選手克萊依維爾德興奮地說。而對于北京城建集團(tuán)總工程師、國家速滑館總工程師李久林來說，聽到運動員成績的那一刻，他才略感輕松，“這是一場對工程技術(shù)前沿的大挑戰(zhàn)，體現(xiàn)了中國建筑行業(yè)的最高水平。”
為深化綠色、共享、開放、廉潔的辦奧理念，在北京2022年冬奧會與冬殘奧會的籌辦過程中，“科技冬奧”愿景貫穿始終，目標(biāo)是為世界探尋更好的未來城市生活解決方案。有“冰絲帶”美稱的國家速滑館，無疑是探尋未來的生動注解。替代傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)的索網(wǎng)屋面、碳排放值趨近于零的制冰水平、數(shù)字化生產(chǎn)與裝配技術(shù)……科技前進(jìn)的每一小步，都是自主創(chuàng)新的一大步。
從0到1
國產(chǎn)索填補(bǔ)應(yīng)用空白
2021年11月6日，立冬前一天，北京迎來今冬第一場雪。一大早，李久林就以技術(shù)專家的身份出現(xiàn)在建筑工地上，為不久后的關(guān)鍵節(jié)點施工出謀劃策。“過去干工程，最重要的是保證施工質(zhì)量；現(xiàn)在干工程，許多時候還要做好技術(shù)創(chuàng)新。”辦公桌上，一本本項目圖紙和實驗報告，是他持續(xù)創(chuàng)新的源泉，這其中，不少都和一個名字有關(guān)——國家速滑館。
時間回溯到3年前。
2018年1月16日，北京市重大項目建設(shè)指揮部辦公室對外公布了北京2022年冬奧會標(biāo)志性場館——國家速滑館政府與社會資本合作項目招標(biāo)結(jié)果，首開集團(tuán)、北京城建集團(tuán)、北京住總集團(tuán)、華體集團(tuán)4家單位組成的聯(lián)合體中標(biāo)，并與政府出資方代表北京國資公司組建項目聯(lián)合體，負(fù)責(zé)國家速滑館的建設(shè)與運營。
這是2022年冬奧會北京賽區(qū)唯一的新建場館，也是北京冬奧會首個采用政府與社會資本合作模式進(jìn)行建設(shè)的場館，重要性和受關(guān)注度不言而喻。很快，李久林接到通知，去國家速滑館當(dāng)總工。“工程復(fù)雜，工期又短，怎么想都太難。你當(dāng)過‘鳥巢’的總工程師，希望借助這種重大工程的主持經(jīng)驗，把這根‘硬骨頭’啃下來。”臨危受命的那一刻，李久林的腦子里就緊繃起一根弦：又好又快地建成國家速滑館。
又好又快，腦海里的四個字，真要做到卻是難如登天。
建筑面積約8萬平方米的國家速滑館，有著靈動的造型：沿著外墻盤旋而成的曲面玻璃幕墻，猶如22條晶瑩美麗的“冰絲帶”，“絲帶”飛舞向上，圍合出頂部的馬鞍形屋面，仿佛森林的頂蓋。支撐起這造型的，則是全球規(guī)模最大的單層雙向正交馬鞍形索網(wǎng)結(jié)構(gòu)——長跨198米，短跨124米，索體總長20450米。“受力優(yōu)、形態(tài)美外，索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的另一大優(yōu)點是節(jié)能環(huán)保。”李久林說，國家速滑館索網(wǎng)屋面的總重量達(dá)968噸，用鋼量卻僅為傳統(tǒng)鋼屋面的約四分之一。
但硬幣的另一面，是復(fù)雜的變形控制。這是因為，索網(wǎng)具有一定的柔性，當(dāng)向高空提升時，隨著溫度、風(fēng)力等環(huán)境因素發(fā)生變化，索網(wǎng)的最大變形值可達(dá)到470毫米。與此同時，國家速滑館的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)生根于8500噸超大跨度鋼結(jié)構(gòu)環(huán)桁架上，環(huán)桁架也會在索網(wǎng)提升張拉中跟隨變形。而固定在索網(wǎng)結(jié)構(gòu)上的管線，如除濕風(fēng)管和雨水排水管，也要適應(yīng)索網(wǎng)的變形。
變形，是建設(shè)中的變數(shù)，也是建設(shè)過程中的難點。而當(dāng)李久林提出在國家速滑館索網(wǎng)施工中舍棄采購成熟的進(jìn)口索，改為應(yīng)用國產(chǎn)高釩密閉索時，這個變數(shù)又增大了。
“以前都是使用進(jìn)口索，這次為何非得使用國產(chǎn)索？”“國外供應(yīng)商追著賣索，干嘛不買現(xiàn)成的？”“這么重要的工程，萬一出現(xiàn)風(fēng)險，責(zé)任誰來擔(dān)？”……質(zhì)疑的聲音不絕于耳。李久林卻堅持，100%使用國產(chǎn)索。
“這是基于摸底調(diào)研后的合理判斷。”說起當(dāng)初的這個決定，李久林解釋，這并非盲目樂觀，而是一次順理成章的突破。進(jìn)口索雖然產(chǎn)品有保障，但價格居高不下，還會因加工、通關(guān)等導(dǎo)致供貨時間不可控。反觀國產(chǎn)高釩密閉索，早已在礦山、纜車等領(lǐng)域有應(yīng)用案例，且整個生產(chǎn)流程中，只差制作索體外層的Z形鋼絲的技術(shù)，在短時間內(nèi)是有望實現(xiàn)國產(chǎn)化的。
“邁出第一步很難，但總要有人邁！”3個月的時間，李久林帶著項目團(tuán)隊與生產(chǎn)廠家聯(lián)合開展技術(shù)攻關(guān)，成功研制出第一根試制索，并經(jīng)第三方機(jī)構(gòu)平行檢驗，驗證了國產(chǎn)索的安全性和可靠性。
2019年3月19日，形似羽毛球拍的索網(wǎng)如“天幕”一般在高空張拉成型，不僅填補(bǔ)了國內(nèi)大面積、超大跨度單層正交索網(wǎng)同步張拉的技術(shù)空白，也一舉打破了進(jìn)口索的壟斷地位，填補(bǔ)了國產(chǎn)索在國內(nèi)大型場館的應(yīng)用空白。
2021年10月，國家速滑館的超大跨度索網(wǎng)高效高精度建造關(guān)鍵技術(shù)，獲得中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會科學(xué)技術(shù)獎特等獎，這也是中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會的最高榮譽(yù)獎。更值得驚喜的是，如今，上海浦東足球場、三亞亞沙會體育場等國內(nèi)各大工程紛紛效仿，陸續(xù)應(yīng)用起國產(chǎn)高釩密閉索，國內(nèi)高端材料行業(yè)再一次實現(xiàn)“并跑”。
從1到N
智慧建造讓絲帶飛舞
“真美??！”2021年10月28日晚，國家體育場、國家速滑館、國家游泳中心集體亮燈，夏奧場館與冬奧場館遙遙相望、相得益彰，揭開了北京這座“雙奧之城”的魅力一角。
而在國家速滑館項目技術(shù)質(zhì)量部副部長蘇振華眼中，這份魅力來得更早一些：是拔地而起的效率，是自我革命的勇氣，更是精益求精的堅持。
如果說國家速滑館的建設(shè)質(zhì)量離不開突破與創(chuàng)新，建設(shè)速度更是須臾離不開科技的助力，或者，用李久林的話說：用技術(shù)贏空間，用空間換時間。
“國家速滑館采用了全新的結(jié)構(gòu)體系，可謂環(huán)環(huán)相扣。”李久林告訴記者，按照正常的施工工序，國家速滑館需要先進(jìn)行土建施工，在土建結(jié)構(gòu)完工后再進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)環(huán)桁架施工，環(huán)桁架拼裝完、現(xiàn)場實測實量后，才能進(jìn)行索網(wǎng)的加工和施工，隨后是屋面和玻璃幕墻的施工。但若這樣按部就班地施工，工期上不允許。如何與時間賽跑？第一次項目碰頭會上，他就提出了平行施工的思路：在進(jìn)行地上土建結(jié)構(gòu)施工時，同步開展鋼結(jié)構(gòu)、索結(jié)構(gòu)的材料加工和施工。
想象一下，當(dāng)?shù)踯嚒⒐捃囋趪鷵醐h(huán)繞的現(xiàn)場內(nèi)進(jìn)行地上混凝土結(jié)構(gòu)施工時，場外，東、西車庫頂板上鋼結(jié)構(gòu)環(huán)桁架已開始拼裝；
當(dāng)建設(shè)工人晝夜搶工，地上混凝土結(jié)構(gòu)全部完工時，場外東、西兩側(cè)環(huán)桁架拼裝完成即將開始滑移；
隨后，場外環(huán)桁架開始在高空向場內(nèi)滑移，而地面之上，建設(shè)工人正編織鋼索；
……
這一幕發(fā)生在國家速滑館建設(shè)現(xiàn)場的平行施工場景，讓不少人感覺震撼。像造汽車一樣造場館，僅用4個月就完成了原本按照順序施工需10個月的工程量，“這就是智慧建造。”李久林笑著說。
實現(xiàn)智慧建造，精準(zhǔn)分析是基礎(chǔ)。“作為施工團(tuán)隊的‘大腦’，技術(shù)團(tuán)隊要做的就是解讀圖紙，把建造的昨天、今天與明天用數(shù)據(jù)展現(xiàn)出來。”蘇振華以8500噸鋼結(jié)構(gòu)環(huán)桁架舉例，他們需要基于BIM(即建筑信息模型)技術(shù)，建立起鋼結(jié)構(gòu)環(huán)桁架的模型，并對不同焊接溫度、自重、滑移、卸載等因素下的變形量進(jìn)行仿真分析，計算出變形值，在加工和施工時彌補(bǔ)變形，再通過精準(zhǔn)的測控技術(shù)和裝配化安裝，確保施工達(dá)到設(shè)計精度。
對一座8萬平方米的冬奧場館來說，讀圖的計算量可謂浩大。“坐在電腦前，28歲的我第一次體驗到了頭疼的滋味。”蘇振華介紹，14天里，他計算出了140個基坑的數(shù)據(jù)，“白天黑夜地算，只有數(shù)據(jù)準(zhǔn)確了，施工才能精準(zhǔn)。”
實驗驗證，也成為貫穿場館建設(shè)全程的指南。比例模型實驗，在實驗室或工廠先做出模型，確保技術(shù)穩(wěn)定后再到項目現(xiàn)場實施；材料穩(wěn)定性實驗，從一個個樣板中必選最優(yōu)材料。從2018年1月開始樁基施工，到2020年除夕夜亮起燈光，僅僅24個月，國家速滑館就完成了從精耕細(xì)作、拔地而起，到天幕編織、絲帶飛舞的結(jié)構(gòu)施工。
這種速度，是堅持高標(biāo)準(zhǔn)下的智慧效率。個子高、脾氣急的國家速滑館項目安全總監(jiān)田寶新，對此最有發(fā)言權(quán)。2018年11月，鋼結(jié)構(gòu)環(huán)桁架第一次試滑移前，只因為缺少幾道焊縫的數(shù)據(jù)，田寶新拒絕在審批方案上簽字，并叫停了試滑移的準(zhǔn)備工作。“每道焊縫都得檢查一遍，數(shù)據(jù)一個不能少。”這位在工地上呆了30多年的建設(shè)“老兵”深知，安全無小事，為此他不惜當(dāng)“惡人”。
建設(shè)全程，國家速滑館實現(xiàn)了零事故。2020年5月17日，經(jīng)12位評審專家現(xiàn)場考評，國家速滑館工程以148.5分的年度最高分，獲得2019年度中國鋼結(jié)構(gòu)金獎年度杰出工程大獎。評審專家一致認(rèn)為，國家速滑館工程施工難度大、質(zhì)量要求高，建設(shè)質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
最環(huán)保的冰
溫差控制在0.5℃以內(nèi)
其實，最令建設(shè)團(tuán)隊忐忑的，是國家速滑館的冰面。
為了在賽后實現(xiàn)速度滑冰、短道速滑、花樣滑冰、冰球等所有冰上運動的全覆蓋，更多地為大眾提供冰上活動空間，自設(shè)計之初，國家速滑館就確定要采用全冰面設(shè)計，1.2萬平方米的冰面也創(chuàng)下了亞洲之最。但這個“亞洲之最”背后帶來的挑戰(zhàn)是：由于不同冰上運動要求的冰面溫度不同，全冰面的設(shè)計意味著要能對每一塊冰面實現(xiàn)單獨控溫，使整個場館實現(xiàn)同時運行、不同使用。
如何制冰？國際單項體育組織專家曾建議采用國際慣用的環(huán)保制冰技術(shù)，但中國團(tuán)隊經(jīng)過1年半的摸索，決定選擇技術(shù)更先進(jìn)、能耗更低的二氧化碳制冰技術(shù)，即二氧化碳跨臨界直冷制冰技術(shù)。這是目前世界上最環(huán)保的制冰技術(shù)，碳排放趨近于零，有助于打造出最快、最環(huán)保的冰面。
這也是冬奧場館歷史上第一次使用的新技術(shù)。經(jīng)模擬分析，采用二氧化碳跨臨界直冷制冰技術(shù)，冰面溫差可控制在0.5℃以內(nèi)，相較于傳統(tǒng)方式，不僅效能可以提升20%以上，制冷也更加均勻，不會出現(xiàn)各個部位溫度不一樣、冰面硬度不均勻的情況。在以0.001秒計時的高水平競技中這些因素尤為關(guān)鍵。
新的技術(shù)，意味著新的挑戰(zhàn)。參與國家速滑館冰板層施工的李燕敏說，要打造最快的冰，對制冰排管安裝精度和冰面混凝土平整度有超高要求。“冰面之下，實際上是厚度達(dá)17厘米的混凝土地面，包括加熱層、防潮隔汽層、保溫層、防水層、混凝土冰板層等9層結(jié)構(gòu)，一層層疊加而成。”李燕敏介紹，總長度約120千米的不銹鋼制冷管道就盤踞在混凝土冰板層中，單根不銹鋼管的長度在40米到50米，光焊接口就有8574道。為了高質(zhì)量完成任務(wù)，施工中，自動焊機(jī)取代人工焊接，一次焊接成型，“最終，混凝土冰板層水平高差在4毫米左右，連外國專家都夸贊，說做出了像鏡面一樣的效果。”
與此同時，為了確保速滑賽道冰面質(zhì)量滿足冬奧會比賽要求，北京2022年冬奧組委體育部特聘來自加拿大的制冰師馬克·麥瑟為制冰專家，由國內(nèi)外制冰師聯(lián)合制冰。
值得一提的是，通過智慧化管理，國家速滑館還實現(xiàn)了館內(nèi)氣溫分層：冰面一個溫度，確保冰面標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定；運動員比賽空間一個溫度，保證運動員體溫體感，有利于創(chuàng)造最佳運動成績；觀眾席一個溫度，營造一個舒適的觀賽環(huán)境。
被寄予厚望的“最快的冰”，在國際測試賽中沒有令人失望。今年10月，在國家速滑館舉辦的北京冬奧會首場國際測試賽“相約北京”速度滑冰中國公開賽中，3天的比賽，共有4名運動員5次滑出個人最好成績。
國際滑冰聯(lián)盟副主席創(chuàng)·埃斯普利將這塊冰面形容為“無與倫比”。女子3000米冠軍、荷蘭選手克萊依維爾德表示，這里的現(xiàn)代化設(shè)施讓她感到很震撼，非常幸運能夠有機(jī)會來到北京，參加這次測試賽。中國速滑運動員楊濱瑜則評價道，“這是一個華麗、漂亮的冰場，體驗感很好，冰面的質(zhì)量也很好，各方面設(shè)施非常完善，非常榮幸能夠在國家速滑館參加比賽。”
參與了國家速滑館建設(shè)全程的團(tuán)隊，則對這塊冰期盼更多。“我期待等到北京2022年冬奧會正式開賽后，全世界的運動員都能在這里體驗到最棒的滑冰感覺。”李久林說，從“鳥巢”到“冰絲帶”，既是重大賽事的場館，也是技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志。
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冬奧會后市民有望暢滑“冰絲帶”
對于熱愛冰雪運動的人來說，暢滑國家速滑館指日可待。據(jù)透露，賽后這里將成為國際滑聯(lián)卓越中心，常年舉辦各種冰上賽事，廣泛開展群眾冰雪運動，將成為北京市民參與體育冰上運動的多功能場館，集“體育賽事、群眾健身、文化休閑、展覽展示、社會公益”五位于一體的多功能冰上中心。
實際上，為踐行《奧林匹克2020議程》，北京2022年冬奧會所有場館的建設(shè)、改造都不僅僅是為了賽時，也充分考慮到了賽后的長期利用。
比如，位于延慶的國家高山滑雪中心，賽后將進(jìn)行四季運營。其中，雪季將繼續(xù)舉辦高山滑雪賽事，為專業(yè)滑雪隊提供訓(xùn)練場地，并向滑雪技能高級別大眾愛好者開放；同時利用回村雪道形成訓(xùn)練雪道，面向廣大群眾提供舒適且富有趣味性的滑雪運動場地。非雪季時期，這里將作為山地觀光和戶外運動場所，可以開展山地探險活動，包括山地越野跑、自行車、滑索、攀巖等多種方式。
科技創(chuàng)新、智慧建造、綠色環(huán)保、可持續(xù)利用，獨具“中國范”的冬奧場館，將向世界貢獻(xiàn)奧運場館建設(shè)的中國方案。
閩公網(wǎng)安備
35099902000052號