本報(bào)記者 趙瑩瑩
發(fā)令槍響，兩位運(yùn)動(dòng)員用力一蹬，從起點(diǎn)出發(fā)。冰刀劃過(guò)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(guó)公開(kāi)賽在北京國(guó)家速滑館開(kāi)賽。
“運(yùn)動(dòng)員下腳的一剎那，就知道這個(gè)冰好不好。”在國(guó)際測(cè)試賽中，國(guó)家速滑館表現(xiàn)優(yōu)異，或者說(shuō)，冰面“很走道兒”。“這個(gè)場(chǎng)館非常美麗，冰面的體驗(yàn)也非常好。”第一位登上賽場(chǎng)的荷蘭選手克萊依維爾德興奮地說(shuō)。而對(duì)于北京城建集團(tuán)總工程師、國(guó)家速滑館總工程師李久林來(lái)說(shuō)，聽(tīng)到運(yùn)動(dòng)員成績(jī)的那一刻，他才略感輕松，“這是一場(chǎng)對(duì)工程技術(shù)前沿的大挑戰(zhàn)，體現(xiàn)了中國(guó)建筑行業(yè)的最高水平。”
為深化綠色、共享、開(kāi)放、廉潔的辦奧理念，在北京2022年冬奧會(huì)與冬殘奧會(huì)的籌辦過(guò)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(lái)城市生活解決方案。有“冰絲帶”美稱的國(guó)家速滑館，無(wú)疑是探尋未來(lái)的生動(dòng)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(guó)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(lái)今冬第一場(chǎng)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(diǎn)施工出謀劃策。“過(guò)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(shí)候還要做好技術(shù)創(chuàng)新。”辦公桌上，一本本項(xiàng)目圖紙和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，是他持續(xù)創(chuàng)新的源泉，這其中，不少都和一個(gè)名字有關(guān)——國(guó)家速滑館。
時(shí)間回溯到3年前。
2018年1月16日，北京市重大項(xiàng)目建設(shè)指揮部辦公室對(duì)外公布了北京2022年冬奧會(huì)標(biāo)志性場(chǎng)館——國(guó)家速滑館政府與社會(huì)資本合作項(xiàng)目招標(biāo)結(jié)果，首開(kāi)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(guó)資公司組建項(xiàng)目聯(lián)合體，負(fù)責(zé)國(guó)家速滑館的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)。
這是2022年冬奧會(huì)北京賽區(qū)唯一的新建場(chǎng)館，也是北京冬奧會(huì)首個(gè)采用政府與社會(huì)資本合作模式進(jìn)行建設(shè)的場(chǎng)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(guó)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(guò)‘鳥巢’的總工程師，希望借助這種重大工程的主持經(jīng)驗(yàn)，把這根‘硬骨頭’啃下來(lái)。”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(guó)家速滑館。
又好又快，腦海里的四個(gè)字，真要做到卻是難如登天。
建筑面積約8萬(wàn)平方米的國(guó)家速滑館，有著靈動(dòng)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(zhǎng)跨198米，短跨124米，索體總長(zhǎng)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(diǎn)是節(jié)能環(huán)保。”李久林說(shuō)，國(guó)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?yàn)?，索網(wǎng)具有一定的柔性，當(dāng)向高空提升時(shí)，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(shí)，國(guó)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(huì)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(guò)程中的難點(diǎn)。而當(dāng)李久林提出在國(guó)家速滑館索網(wǎng)施工中舍棄采購(gòu)成熟的進(jìn)口索，改為應(yīng)用國(guó)產(chǎn)高釩密閉索時(shí)，這個(gè)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(guó)產(chǎn)索？”“國(guó)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(wàn)一出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)，責(zé)任誰(shuí)來(lái)?yè)?dān)？”……質(zhì)疑的聲音不絕于耳。李久林卻堅(jiān)持，100%使用國(guó)產(chǎn)索。
“這是基于摸底調(diào)研后的合理判斷。”說(shuō)起當(dāng)初的這個(gè)決定，李久林解釋，這并非盲目樂(lè)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(jià)格居高不下，還會(huì)因加工、通關(guān)等導(dǎo)致供貨時(shí)間不可控。反觀國(guó)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(gè)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(shí)間內(nèi)是有望實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的。
“邁出第一步很難，但總要有人邁！”3個(gè)月的時(shí)間，李久林帶著項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)與生產(chǎn)廠家聯(lián)合開(kāi)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(yàn)，驗(yàn)證了國(guó)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(guó)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(guó)產(chǎn)索在國(guó)內(nèi)大型場(chǎng)館的應(yīng)用空白。
2021年10月，國(guó)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(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)，這也是中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)的最高榮譽(yù)獎(jiǎng)。更值得驚喜的是，如今，上海浦東足球場(chǎng)、三亞亞沙會(huì)體育場(chǎng)等國(guó)內(nèi)各大工程紛紛效仿，陸續(xù)應(yīng)用起國(guó)產(chǎn)高釩密閉索，國(guó)內(nèi)高端材料行業(yè)再一次實(shí)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(guó)家體育場(chǎng)、國(guó)家速滑館、國(guó)家游泳中心集體亮燈，夏奧場(chǎng)館與冬奧場(chǎng)館遙遙相望、相得益彰，揭開(kāi)了北京這座“雙奧之城”的魅力一角。
而在國(guó)家速滑館項(xiàng)目技術(shù)質(zhì)量部副部長(zhǎng)蘇振華眼中，這份魅力來(lái)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(jiān)持。
如果說(shuō)國(guó)家速滑館的建設(shè)質(zhì)量離不開(kāi)突破與創(chuàng)新，建設(shè)速度更是須臾離不開(kāi)科技的助力，或者，用李久林的話說(shuō)：用技術(shù)贏空間，用空間換時(shí)間。
“國(guó)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(guó)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(chǎng)實(shí)測(cè)實(shí)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(shí)間賽跑？第一次項(xiàng)目碰頭會(huì)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(shí)，同步開(kāi)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?、罐車在圍擋環(huán)繞的現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行地上混凝土結(jié)構(gòu)施工時(shí)，場(chǎng)外，東、西車庫(kù)頂板上鋼結(jié)構(gòu)環(huán)桁架已開(kāi)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(shí)，場(chǎng)外東、西兩側(cè)環(huán)桁架拼裝完成即將開(kāi)始滑移；
隨后，場(chǎng)外環(huán)桁架開(kāi)始在高空向場(chǎng)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(guó)家速滑館建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)的平行施工場(chǎng)景，讓不少人感覺(jué)震撼。像造汽車一樣造場(chǎng)館，僅用4個(gè)月就完成了原本按照順序施工需10個(gè)月的工程量，“這就是智慧建造。”李久林笑著說(shuō)。
實(shí)現(xiàn)智慧建造，精準(zhǔn)分析是基礎(chǔ)。“作為施工團(tuán)隊(duì)的‘大腦’，技術(shù)團(tuán)隊(duì)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(lái)。”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(duì)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(jì)算出變形值，在加工和施工時(shí)彌補(bǔ)變形，再通過(guò)精準(zhǔn)的測(cè)控技術(shù)和裝配化安裝，確保施工達(dá)到設(shè)計(jì)精度。
對(duì)一座8萬(wàn)平方米的冬奧場(chǎng)館來(lái)說(shuō)，讀圖的計(jì)算量可謂浩大。“坐在電腦前，28歲的我第一次體驗(yàn)到了頭疼的滋味。”蘇振華介紹，14天里，他計(jì)算出了140個(gè)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，也成為貫穿場(chǎng)館建設(shè)全程的指南。比例模型實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)室或工廠先做出模型，確保技術(shù)穩(wěn)定后再到項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施；材料穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，從一個(gè)個(gè)樣板中必選最優(yōu)材料。從2018年1月開(kāi)始樁基施工，到2020年除夕夜亮起燈光，僅僅24個(gè)月，國(guó)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(jiān)持高標(biāo)準(zhǔn)下的智慧效率。個(gè)子高、脾氣急的國(guó)家速滑館項(xiàng)目安全總監(jiān)田寶新，對(duì)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?yàn)槿鄙賻椎篮缚p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(gè)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(wú)小事，為此他不惜當(dāng)“惡人”。
建設(shè)全程，國(guó)家速滑館實(shí)現(xiàn)了零事故。2020年5月17日，經(jīng)12位評(píng)審專家現(xiàn)場(chǎng)考評(píng)，國(guó)家速滑館工程以148.5分的年度最高分，獲得2019年度中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)金獎(jiǎng)年度杰出工程大獎(jiǎng)。評(píng)審專家一致認(rèn)為，國(guó)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(guó)際領(lǐng)先水平。
最環(huán)保的冰
溫差控制在0.5℃以內(nèi)
其實(shí)，最令建設(shè)團(tuán)隊(duì)忐忑的，是國(guó)家速滑館的冰面。
為了在賽后實(shí)現(xiàn)速度滑冰、短道速滑、花樣滑冰、冰球等所有冰上運(yùn)動(dòng)的全覆蓋，更多地為大眾提供冰上活動(dòng)空間，自設(shè)計(jì)之初，國(guó)家速滑館就確定要采用全冰面設(shè)計(jì)，1.2萬(wàn)平方米的冰面也創(chuàng)下了亞洲之最。但這個(gè)“亞洲之最”背后帶來(lái)的挑戰(zhàn)是：由于不同冰上運(yùn)動(dòng)要求的冰面溫度不同，全冰面的設(shè)計(jì)意味著要能對(duì)每一塊冰面實(shí)現(xiàn)單獨(dú)控溫，使整個(gè)場(chǎng)館實(shí)現(xiàn)同時(shí)運(yùn)行、不同使用。
如何制冰？國(guó)際單項(xiàng)體育組織專家曾建議采用國(guó)際慣用的環(huán)保制冰技術(shù)，但中國(guó)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)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(chǎng)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(huì)出現(xiàn)各個(gè)部位溫度不一樣、冰面硬度不均勻的情況。在以0.001秒計(jì)時(shí)的高水平競(jìng)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(guó)家速滑館冰板層施工的李燕敏說(shuō)，要打造最快的冰，對(duì)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(shí)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(zhǎng)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(zhǎng)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(dòng)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(guó)專家都夸贊，說(shuō)做出了像鏡面一樣的效果。”
與此同時(shí)，為了確保速滑賽道冰面質(zhì)量滿足冬奧會(huì)比賽要求，北京2022年冬奧組委體育部特聘來(lái)自加拿大的制冰師馬克·麥瑟為制冰專家，由國(guó)內(nèi)外制冰師聯(lián)合制冰。
值得一提的是，通過(guò)智慧化管理，國(guó)家速滑館還實(shí)現(xiàn)了館內(nèi)氣溫分層：冰面一個(gè)溫度，確保冰面標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定；運(yùn)動(dòng)員比賽空間一個(gè)溫度，保證運(yùn)動(dòng)員體溫體感，有利于創(chuàng)造最佳運(yùn)動(dòng)成績(jī)；觀眾席一個(gè)溫度，營(yíng)造一個(gè)舒適的觀賽環(huán)境。
被寄予厚望的“最快的冰”，在國(guó)際測(cè)試賽中沒(méi)有令人失望。今年10月，在國(guó)家速滑館舉辦的北京冬奧會(huì)首場(chǎng)國(guó)際測(cè)試賽“相約北京”速度滑冰中國(guó)公開(kāi)賽中，3天的比賽，共有4名運(yùn)動(dòng)員5次滑出個(gè)人最好成績(jī)。
國(guó)際滑冰聯(lián)盟副主席創(chuàng)·埃斯普利將這塊冰面形容為“無(wú)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(yùn)能夠有機(jī)會(huì)來(lái)到北京，參加這次測(cè)試賽。中國(guó)速滑運(yùn)動(dòng)員楊濱瑜則評(píng)價(jià)道，“這是一個(gè)華麗、漂亮的冰場(chǎng)，體驗(yàn)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(guó)家速滑館參加比賽。”
參與了國(guó)家速滑館建設(shè)全程的團(tuán)隊(duì)，則對(duì)這塊冰期盼更多。“我期待等到北京2022年冬奧會(huì)正式開(kāi)賽后，全世界的運(yùn)動(dòng)員都能在這里體驗(yàn)到最棒的滑冰感覺(jué)。”李久林說(shuō)，從“鳥巢”到“冰絲帶”，既是重大賽事的場(chǎng)館，也是技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志。
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冬奧會(huì)后市民有望暢滑“冰絲帶”
對(duì)于熱愛(ài)冰雪運(yùn)動(dòng)的人來(lái)說(shuō)，暢滑國(guó)家速滑館指日可待。據(jù)透露，賽后這里將成為國(guó)際滑聯(lián)卓越中心，常年舉辦各種冰上賽事，廣泛開(kāi)展群眾冰雪運(yùn)動(dòng)，將成為北京市民參與體育冰上運(yùn)動(dòng)的多功能場(chǎng)館，集“體育賽事、群眾健身、文化休閑、展覽展示、社會(huì)公益”五位于一體的多功能冰上中心。
實(shí)際上，為踐行《奧林匹克2020議程》，北京2022年冬奧會(huì)所有場(chǎng)館的建設(shè)、改造都不僅僅是為了賽時(shí)，也充分考慮到了賽后的長(zhǎng)期利用。
比如，位于延慶的國(guó)家高山滑雪中心，賽后將進(jìn)行四季運(yùn)營(yíng)。其中，雪季將繼續(xù)舉辦高山滑雪賽事，為專業(yè)滑雪隊(duì)提供訓(xùn)練場(chǎng)地，并向滑雪技能高級(jí)別大眾愛(ài)好者開(kāi)放；同時(shí)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(yùn)動(dòng)場(chǎng)地。非雪季時(shí)期，這里將作為山地觀光和戶外運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所，可以開(kāi)展山地探險(xiǎn)活動(dòng)，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(dú)具“中國(guó)范”的冬奧場(chǎng)館，將向世界貢獻(xiàn)奧運(yùn)場(chǎng)館建設(shè)的中國(guó)方案。
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