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竞彩足球胜平负

解码“冰丝带”

时间:2021-11-23来源:天下足球直播吧官网:http://www.ihengtong.com 作者:
  

  本报记者 赵莹莹

  发令枪响,两位运动员用力一蹬,从起点出发。冰刀划过冰面的咔咔声,就像是飞翔的预告,也宣告着“相约北京”系列冬季体育赛事速度滑冰中国公开赛在北京国家速滑馆开赛。

  “运动员下脚的一刹那,就知道这个冰好不好。”在国际测试赛中,国家速滑馆表现优异,或者说,冰面“很走道儿”。“这个场馆非常美丽,冰面的体验也非常好。”第一位登上赛场的荷兰选手克莱依维尔德兴奋地说。而对于北京城建集团总工程师、国家速滑馆总工程师李久林来说,听到运动员成绩的那一刻,他才略感轻松,“这是一场对工程技术前沿的大挑战,体现了中国建筑行业的最高水平。”

  为深化绿色、共享、开放、廉洁的办奥理念,在北京2022年冬奥会与冬残奥会的筹办过程中,“科技冬奥”愿景贯穿始终,目标是为世界探寻更好的未来城市生活解决方案。有“冰丝带”美称的国家速滑馆,无疑是探寻未来的生动注解。替代传统钢结构的索网屋面、碳排放值趋近于零的制冰水平、数字化生产与装配技术……科技前进的每一小步,都是自主创新的一大步。

  从0到1

  国产索填补应用空白

  2021年11月6日,立冬前一天,北京迎来今冬第一场雪。一大早,李久林就以技术专家的身份出现在建筑工地上,为不久后的关键节点施工出谋划策。“过去干工程,最重要的是保证施工质量;现在干工程,许多时候还要做好技术创新。”办公桌上,一本本项目图纸和实验报告,是他持续创新的源泉,这其中,不少都和一个名字有关——国家速滑馆。

  时间回溯到3年前。

  2018年1月16日,北京市重大项目建设指挥部办公室对外公布了北京2022年冬奥会标志性场馆——国家速滑馆政府与社会资本合作项目招标结果,首开集团、北京城建集团、北京住总集团、华体集团4家单位组成的联合体中标,并与政府出资方代表北京国资公司组建项目联合体,负责国家速滑馆的建设与运营。

  这是2022年冬奥会北京赛区唯一的新建场馆,也是北京冬奥会首个采用政府与社会资本合作模式进行建设的场馆,重要性和受关注度不言而喻。很快,李久林接到通知,去国家速滑馆当总工。“工程复杂,工期又短,怎么想都太难。你当过‘鸟巢’的总工程师,希望借助这种重大工程的主持经验,把这根‘硬骨头’啃下来。”临危受命的那一刻,李久林的脑子里就紧绷起一根弦:又好又快地建成国家速滑馆。

  又好又快,脑海里的四个字,真要做到却是难如登天。

  建筑面积约8万平方米的国家速滑馆,有着灵动的造型:沿着外墙盘旋而成的曲面玻璃幕墙,犹如22条晶莹美丽的“冰丝带”,“丝带”飞舞向上,围合出顶部的马鞍形屋面,仿佛森林的顶盖。支撑起这造型的,则是全球规模最大的单层双向正交马鞍形索网结构——长跨198米,短跨124米,索体总长20450米。“受力优、形态美外,索网结构的另一大优点是节能环保。”李久林说,国家速滑馆索网屋面的总重量达968吨,用钢量却仅为传统钢屋面的约四分之一。

  但硬币的另一面,是复杂的变形控制。这是因为,索网具有一定的柔性,当向高空提升时,随着温度、风力等环境因素发生变化,索网的最大变形值可达到470毫米。与此同时,国家速滑馆的索网结构生根于8500吨超大跨度钢结构环桁架上,环桁架也会在索网提升张拉中跟随变形。而固定在索网结构上的管线,如除湿风管和雨水排水管,也要适应索网的变形。

  变形,是建设中的变数,也是建设过程中的难点。而当李久林提出在国家速滑馆索网施工中舍弃采购成熟的进口索,改为应用国产高钒密闭索时,这个变数又增大了。

  “以前都是使用进口索,这次为何非得使用国产索?”“国外供应商追着卖索,干嘛不买现成的?”“这么重要的工程,万一出现风险,责任谁来担?”……质疑的声音不绝于耳。李久林却坚持,100%使用国产索。

  “这是基于摸底调研后的合理判断。”说起当初的这个决定,李久林解释,这并非盲目乐观,而是一次顺理成章的突破。进口索虽然产品有保障,但价格居高不下,还会因加工、通关等导致供货时间不可控。反观国产高钒密闭索,早已在矿山、缆车等领域有应用案例,且整个生产流程中,只差制作索体外层的Z形钢丝的技术,在短时间内是有望实现国产化的。

  “迈出第一步很难,但总要有人迈!”3个月的时间,李久林带着项目团队与生产厂家联合开展技术攻关,成功研制出第一根试制索,并经第三方机构平行检验,验证了国产索的安全性和可靠性。

  2019年3月19日,形似羽毛球拍的索网如“天幕”一般在高空张拉成型,不仅填补了国内大面积、超大跨度单层正交索网同步张拉的技术空白,也一举打破了进口索的垄断地位,填补了国产索在国内大型场馆的应用空白。

  2021年10月,国家速滑馆的超大跨度索网高效高精度建造关键技术,获得中国钢结构协会科学技术奖特等奖,这也是中国钢结构协会的最高荣誉奖。更值得惊喜的是,如今,上海浦东足球场、三亚亚沙会体育场等国内各大工程纷纷效仿,陆续应用起国产高钒密闭索,国内高端材料行业再一次实现“并跑”。

  从1到N

  智慧建造让丝带飞舞

  “真美啊!”2021年10月28日晚,国家体育场、国家速滑馆、国家游泳中心集体亮灯,夏奥场馆与冬奥场馆遥遥相望、相得益彰,揭开了北京这座“双奥之城”的魅力一角。

  而在国家速滑馆项目技术质量部副部长苏振华眼中,这份魅力来得更早一些:是拔地而起的效率,是自我革命的勇气,更是精益求精的坚持。

  如果说国家速滑馆的建设质量离不开突破与创新,建设速度更是须臾离不开科技的助力,或者,用李久林的话说:用技术赢空间,用空间换时间。

  “国家速滑馆采用了全新的结构体系,可谓环环相扣。”李久林告诉记者,按照正常的施工工序,国家速滑馆需要先进行土建施工,在土建结构完工后再进行钢结构环桁架施工,环桁架拼装完、现场实测实量后,才能进行索网的加工和施工,随后是屋面和玻璃幕墙的施工。但若这样按部就班地施工,工期上不允许。如何与时间赛跑?第一次项目碰头会上,他就提出了平行施工的思路:在进行地上土建结构施工时,同步开展钢结构、索结构的材料加工和施工。

  想象一下,当吊车、罐车在围挡环绕的现场内进行地上混凝土结构施工时,场外,东、西车库顶板上钢结构环桁架已开始拼装;

  当建设工人昼夜抢工,地上混凝土结构全部完工时,场外东、西两侧环桁架拼装完成即将开始滑移;

  随后,场外环桁架开始在高空向场内滑移,而地面之上,建设工人正编织钢索;

  ……

  这一幕发生在国家速滑馆建设现场的平行施工场景,让不少人感觉震撼。像造汽车一样造场馆,仅用4个月就完成了原本按照顺序施工需10个月的工程量,“这就是智慧建造。”李久林笑着说。

  实现智慧建造,精准分析是基础。“作为施工团队的‘大脑’,技术团队要做的就是解读图纸,把建造的昨天、今天与明天用数据展现出来。”苏振华以8500吨钢结构环桁架举例,他们需要基于BIM(即建筑信息模型)技术,建立起钢结构环桁架的模型,并对不同焊接温度、自重、滑移、卸载等因素下的变形量进行仿真分析,计算出变形值,在加工和施工时弥补变形,再通过精准的测控技术和装配化安装,确保施工达到设计精度。

  对一座8万平方米的冬奥场馆来说,读图的计算量可谓浩大。“坐在电脑前,28岁的我第一次体验到了头疼的滋味。”苏振华介绍,14天里,他计算出了140个基坑的数据,“白天黑夜地算,只有数据准确了,施工才能精准。”

  实验验证,也成为贯穿场馆建设全程的指南。比例模型实验,在实验室或工厂先做出模型,确保技术稳定后再到项目现场实施;材料稳定性实验,从一个个样板中必选最优材料。从2018年1月开始桩基施工,到2020年除夕夜亮起灯光,仅仅24个月,国家速滑馆就完成了从精耕细作、拔地而起,到天幕编织、丝带飞舞的结构施工。

  这种速度,是坚持高标准下的智慧效率。个子高、脾气急的国家速滑馆项目安全总监田宝新,对此最有发言权。2018年11月,钢结构环桁架第一次试滑移前,只因为缺少几道焊缝的数据,田宝新拒绝在审批方案上签字,并叫停了试滑移的准备工作。“每道焊缝都得检查一遍,数据一个不能少。”这位在工地上呆了30多年的建设“老兵”深知,安全无小事,为此他不惜当“恶人”。

  建设全程,国家速滑馆实现了零事故。2020年5月17日,经12位评审专家现场考评,国家速滑馆工程以148.5分的年度最高分,获得2019年度中国钢结构金奖年度杰出工程大奖。评审专家一致认为,国家速滑馆工程施工难度大、质量要求高,建设质量、标准达到国际领先水平。

  最环保的冰

  温差控制在0.5℃以内

  其实,最令建设团队忐忑的,是国家速滑馆的冰面。

  为了在赛后实现速度滑冰、短道速滑、花样滑冰、冰球等所有冰上运动的全覆盖,更多地为大众提供冰上活动空间,自设计之初,国家速滑馆就确定要采用全冰面设计,1.2万平方米的冰面也创下了亚洲之最。但这个“亚洲之最”背后带来的挑战是:由于不同冰上运动要求的冰面温度不同,全冰面的设计意味着要能对每一块冰面实现单独控温,使整个场馆实现同时运行、不同使用。

  如何制冰?国际单项体育组织专家曾建议采用国际惯用的环保制冰技术,但中国团队经过1年半的摸索,决定选择技术更先进、能耗更低的二氧化碳制冰技术,即二氧化碳跨临界直冷制冰技术。这是目前世界上最环保的制冰技术,碳排放趋近于零,有助于打造出最快、最环保的冰面。

  这也是冬奥场馆历史上第一次使用的新技术。经模拟分析,采用二氧化碳跨临界直冷制冰技术,冰面温差可控制在0.5℃以内,相较于传统方式,不仅效能可以提升20%以上,制冷也更加均匀,不会出现各个部位温度不一样、冰面硬度不均匀的情况。在以0.001秒计时的高水平竞技中这些因素尤为关键。

  新的技术,意味着新的挑战。参与国家速滑馆冰板层施工的李燕敏说,要打造最快的冰,对制冰排管安装精度和冰面混凝土平整度有超高要求。“冰面之下,实际上是厚度达17厘米的混凝土地面,包括加热层、防潮隔汽层、保温层、防水层、混凝土冰板层等9层结构,一层层叠加而成。”李燕敏介绍,总长度约120千米的不锈钢制冷管道就盘踞在混凝土冰板层中,单根不锈钢管的长度在40米到50米,光焊接口就有8574道。为了高质量完成任务,施工中,自动焊机取代人工焊接,一次焊接成型,“最终,混凝土冰板层水平高差在4毫米左右,连外国专家都夸赞,说做出了像镜面一样的效果。”

  与此同时,为了确保速滑赛道冰面质量满足冬奥会比赛要求,北京2022年冬奥组委体育部特聘来自加拿大的制冰师马克·麦瑟为制冰专家,由国内外制冰师联合制冰。

  值得一提的是,通过智慧化管理,国家速滑馆还实现了馆内气温分层:冰面一个温度,确保冰面标准稳定;运动员比赛空间一个温度,保证运动员体温体感,有利于创造最佳运动成绩;观众席一个温度,营造一个舒适的观赛环境。

  被寄予厚望的“最快的冰”,在国际测试赛中没有令人失望。今年10月,在国家速滑馆举办的北京冬奥会首场国际测试赛“相约北京”速度滑冰中国公开赛中,3天的比赛,共有4名运动员5次滑出个人最好成绩。

  国际滑冰联盟副主席创·埃斯普利将这块冰面形容为“无与伦比”。女子3000米冠军、荷兰选手克莱依维尔德表示,这里的现代化设施让她感到很震撼,非常幸运能够有机会来到北京,参加这次测试赛。中国速滑运动员杨滨瑜则评价道,“这是一个华丽、漂亮的冰场,体验感很好,冰面的质量也很好,各方面设施非常完善,非常荣幸能够在国家速滑馆参加比赛。”

  参与了国家速滑馆建设全程的团队,则对这块冰期盼更多。“我期待等到北京2022年冬奥会正式开赛后,全世界的运动员都能在这里体验到最棒的滑冰感觉。”李久林说,从“鸟巢”到“冰丝带”,既是重大赛事的场馆,也是技术进步的标志。

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  冬奥会后市民有望畅滑“冰丝带”

  对于热爱冰雪运动的人来说,畅滑国家速滑馆指日可待。据透露,赛后这里将成为国际滑联卓越中心,常年举办各种冰上赛事,广泛开展群众冰雪运动,将成为北京市民参与体育冰上运动的多功能场馆,集“体育赛事、群众健身、文化休闲、展览展示、社会公益”五位于一体的多功能冰上中心。

  实际上,为践行《奥林匹克2020议程》,北京2022年冬奥会所有场馆的建设、改造都不仅仅是为了赛时,也充分考虑到了赛后的长期利用。

  比如,位于延庆的国家高山滑雪中心,赛后将进行四季运营。其中,雪季将继续举办高山滑雪赛事,为专业滑雪队提供训练场地,并向滑雪技能高级别大众爱好者开放;同时利用回村雪道形成训练雪道,面向广大群众提供舒适且富有趣味性的滑雪运动场地。非雪季时期,这里将作为山地观光和户外运动场所,可以开展山地探险活动,包括山地越野跑、自行车、滑索、攀岩等多种方式。

  科技创新、智慧建造、绿色环保、可持续利用,独具“中国范”的冬奥场馆,将向世界贡献奥运场馆建设的中国方案。

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