一、北京冬奥会国家速滑馆“冰丝带”如何织就
晶莹顺滑,具有典型汉代丝绸之美的丝带曲面玻璃幕墙,飘逸灵动,尽管宏伟,展现出了我们国家传统的丝绸之美,浙大教授团队公开揭秘了北京冬奥会,新建的国家速滑馆——冰丝带,有着超大跨度的索网结构建设,展现出了古典美和现代科技的碰撞
“冰丝带”屋顶系统设计为马鞍曲面结构。由49对承重索和30对稳定索组成,编织鞍形索网,长跨度198米,短跨度124米。每个索网重几吨。只有通过精密的设计,才能将丝带编织成网。
在建设中,索网受力状态是要时刻观察的,一点疏忽就会影响施工的质量,对建筑要求极高。为了更好地了解钢缆的状态,罗尧治的团队在工地安装了自主研发的无线传感器,用于实时监测和建筑的受力情况,2018年9月至2020年12月,该团队在工地一进行数据处理,始终监测穿线编织大网络的各个节点,为建设方案提供决策支持。建设方表示:“浙江大学的无线传感器就像一双眼睛,注视着项目建设的整个过程。”
无线传感器在施工环节发挥了重要作用,施工完成后的“冰丝带”仍然通过监控的方式进行远程测量。团队的许贤教授表示,他们的团队监测了国家速滑馆的六类参数,包括应力、位移、加速度、温度、风压和索力。测试点数量达到1000多个,是最大的单体建筑结构。
浙江大学罗尧治团队的监测系统全自主开发设计,自2010年起应用于国家体育场“鸟巢”运行监测和北京大兴国际机场建设监测。
“冰丝带”施工期间,团队采用12:1比例模型对冰丝带大跨度索网屋盖结构施工关键技术及模型试验研究,解决了屋面施工难题。
设计是困难的。从图纸上把‘冰丝带’建成冬奥会的地标性场馆同样困难。如何将铺设在地面上的索网顺利提升,哪些索在到达屋顶高度后需要张紧索网,以及最终能承受多大的误差,各项数据都需要观察敏感性。该团队创建了国家速滑馆模型的简化版本,以模拟索网结构的整个施工过程
北京舞动的“冰丝带”与雄浑的钢结构“鸟巢”和柔性膜结构“水立方”共同构成了世界上第一个“双奥运城市”标志性建筑群。在这背后,浙江教授专家团队的科技智慧和实力功不可没
二、惊艳亮相的冬奥会“冰丝带”是如何出炉的
设计团队大胆延伸了“冰陀螺”的概念,克服了各种设计和施工难点,为场馆外立面打造了22条旋转流动的灯带,将冰面与场馆造型巧妙结合,“冰丝带”惊艳亮相。“冰陀螺”演变成华丽的“冰丝带”,实现了中国文化记忆从体育建筑中的“写实”到“写意”的完美诠释。这个被称为“冰丝带”的场馆,将在比赛期间承担速度滑冰等项目的比赛,这里将产生14枚金牌,也是冬奥会金牌数最多的单一场馆。
“冰丝带”由顶级运动建筑设计公司Populous设计。自1996年亚特兰大奥运会以来,人口众多一直持续参与第14届夏季和冬季奥运会的规划和设计。冰丝带流线型的立面不仅展现了速滑的精准性、节奏感和戏剧性,还蕴含着深厚的中国文化记忆,将在奥运会后继续以赛后遗产的形式为当地居民服务。
设计过程中除了美观之外,还充分考虑了速滑馆的实用功能,“冰丝带”不仅满足了功能性,还进一步提升了比赛体验。它在观看、体验和训练上有很多亮点。对于冰上运动来说,场馆内冰温的精确控制是比赛顺利进行的关键。温差越小,冰面越光滑;硬度越均匀,越有利于运动员滑行。
与现有场馆在硬件运维领域增加技术和设备不同,“冰丝带”致力于实现整个场馆的智能化,覆盖工程建设、竞赛保障、赛后利用的“全生命周期”。经过中国研究团队的反复研究和攻关,“冰丝带”终于成功应用了世界上最先进的制冰技术——二氧化碳跨临界直冷制冰技术,成为世界上首个利用该技术进行制冷的冬奥速滑场馆,实现了最精准的温度控制。与此同时,这项制冰技术还实现了接近于零的碳排放,这是奥运历史上的又一个创举。
三、北京冬奥会国家速滑馆“冰丝带”,为何能频频诞生世界纪录
对北京冬奥会国家速滑馆“冰丝带”进行简要的介绍,以此看看“冰丝带”可以频频诞生世界纪录的原因。
2022年北京冬奥会市区内唯一新建场馆,国家速滑馆“冰丝带”将以极具科技感和未来感的形象,亮相世界。作为“冰丝带”的工程设计方,北京市建筑设计研究院有限公司在科技创新发展力的促进下,始终致力于将科技融入冬奥,打造科技奥运,促成“双奥之城“再一次的蜕变。
国家速滑馆自2017年开始施工建设以来,无论是从建造技术、还是建设速度,均体现了我国当前建筑行业的最高水平。其主场馆建筑面积约8万平方米,高度33米,能容纳约12000名观众。作为北京冬奥会大道速滑比赛场地,国家速滑馆采用了全冰面设计,是目前亚洲最大的冰面,它还是全世界最大的采用二氧化碳跨临界直冷制冷系统的冰面。采用二氧化碳制冷会非常均匀,不会出现各个部位温度不一样、冰面硬度不均匀的情况,这对于速度滑冰这样的高水平竞技来说是关键性的因素。
场馆采用分模块控制单元,可以将冰面划分为若干区域,根据不同项目分区域、分标准进行制冰,“最快的冰”也将实现。以采用全冰面设计,也是充分考虑赛后利用,为适应多种需求的群众性健身提供硬件支撑。场馆平时可接待超过2000名市民同时开展冰球、速度滑冰、花样滑冰、冰壶等所有冰上运动,赛后实现可持续利用。
外形上,国家速滑馆由22条晶莹美丽的“丝带”状曲面玻璃幕墙环绕,内置结构采用的双曲面马鞍形单层索网结构屋面设计,能够极大地节约材料,用钢量仅为传统屋面的四分之一。
正是这些精巧技术构造与工程师们的努力,“冰丝带”才得以可以频频诞生世界纪录。
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