冬奧場(chǎng)館建設(shè)中的科技含量

文／本刊記者 陳 杰

前不久召開北京2022年冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)場(chǎng)館建設(shè)新聞發(fā)布會(huì)：截至目前，三大賽區(qū)12個(gè)競(jìng)賽場(chǎng)館永久性設(shè)施基本完工，承擔(dān)開閉幕式的國(guó)家體育場(chǎng)“鳥巢”，將于今年10月改造完成。今年10月起，北京冬奧組委將陸續(xù)組織進(jìn)行15項(xiàng)測(cè)試活動(dòng)。

藍(lán)圖變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)背后，是工匠們2000多個(gè)日夜的拼搏奮戰(zhàn)，是無(wú)數(shù)項(xiàng)攻堅(jiān)克難的專利設(shè)計(jì)。

1.9公里賽道混凝土一次噴射澆筑成型

有著“冰絲帶”之稱的國(guó)家速滑館與鳥巢、水立方遙相呼應(yīng)。2020年5月，它以最高分榮獲“2019年度中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)金獎(jiǎng)年度杰出工程”大獎(jiǎng)，這是國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的最高獎(jiǎng)項(xiàng)，而“天幕”的成功“編織”，是其主要加分項(xiàng)。

長(zhǎng)200米、寬130米的大跨度屋頂，是“冰絲帶”建設(shè)中面臨的首要難點(diǎn)。不同于一般建筑，其屋頂為不規(guī)則馬鞍形，是目前世界體育場(chǎng)館中規(guī)模最大的單層雙向正交馬鞍形索網(wǎng)屋面，碗狀看臺(tái)頂部周圈環(huán)桁架上的鋼索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，最大跨度達(dá)到198米×124米，但用鋼量?jī)H為傳統(tǒng)屋面的四分之一。

北京城建集團(tuán)國(guó)家速滑館工程總承包部項(xiàng)目經(jīng)理李少華介紹，由于索網(wǎng)屋面的空間形態(tài)非常復(fù)雜，張拉以后每一個(gè)“方格”空間形態(tài)都不一樣，因此填充的每一塊單元體尺寸也不同，需要通過實(shí)測(cè)得到數(shù)據(jù)后再進(jìn)行加工定制。

而這背后，離不開建筑數(shù)字信息BIM系統(tǒng)。“冰絲帶”上至8500噸的鋼結(jié)構(gòu)，下到每一塊形狀各異的幕墻玻璃、弧度各異的看臺(tái)，都實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，在工廠進(jìn)行精密生產(chǎn)和預(yù)制，在現(xiàn)場(chǎng)精準(zhǔn)拼裝。

河北張家口，國(guó)家跳臺(tái)滑雪中心是北京2022年冬奧會(huì)張家口賽區(qū)工程量最大、技術(shù)難度最高的競(jìng)賽場(chǎng)館。

據(jù)該項(xiàng)目有關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，國(guó)家跳臺(tái)滑雪中心建立運(yùn)維云平臺(tái)統(tǒng)籌設(shè)計(jì)施工，實(shí)現(xiàn)自下而上的信息化集成和智能分析，同時(shí)研發(fā)了助滑道冰面準(zhǔn)分布式智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和鋪面平整性智能檢測(cè)車，使得助滑道冰面精度與著陸坡表面達(dá)到厘米級(jí)精度，助滑道冰面溫度監(jiān)測(cè)誤差小于0.5℃，填補(bǔ)了國(guó)際空白。

延慶賽區(qū)，雪車雪橇賽道是半U(xiǎn)形混凝土澆筑結(jié)構(gòu)，混凝土里預(yù)埋誤差不超過5毫米的冷凝管，通過在表面制冰最終形成賽道。看似并不復(fù)雜，但1.9公里長(zhǎng)的賽道澆筑要一氣呵成，一次成型很難，各種彎度、各種落差交織在一起，更是難上加難。建設(shè)團(tuán)隊(duì)走自主創(chuàng)新之路，1.9公里賽道混凝土一次性噴射澆筑成型。

所有場(chǎng)館實(shí)現(xiàn)100%綠電供應(yīng)

除了“冰絲帶”之外，首都體育館、首體短道速滑訓(xùn)練館以及五棵松冰球訓(xùn)練館也選用了二氧化碳跨臨界直接制冷系統(tǒng)。這是目前世界上最先進(jìn)、最環(huán)保、也是最節(jié)能的制冷技術(shù)，在冬奧會(huì)歷史上尚屬首次。

二氧化碳制冰技術(shù)是國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“科技冬奧”重點(diǎn)專項(xiàng)2019年批復(fù)啟動(dòng)的“國(guó)家速滑館智慧場(chǎng)館建設(shè)和應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究與示范應(yīng)用”項(xiàng)目重點(diǎn)研發(fā)成果之一。在國(guó)家速滑館，場(chǎng)館的多功能超大冰面亞臨界、跨臨界多工況并行二氧化碳直接蒸發(fā)制冰集中式制冷系統(tǒng)，亞臨界、跨臨界多工況并行二氧化碳集中式制冷中壓回油系統(tǒng)等應(yīng)用均屬國(guó)際首次。

據(jù)國(guó)家速滑館制冰系統(tǒng)有關(guān)設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人介紹，二氧化碳制冷劑破壞臭氧層潛能值為0，全球變暖潛能值為1，并且無(wú)異味、不可燃、不助燃，是可持續(xù)性最好的冷媒之一，與傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)比，能效可提升20%以上，通過場(chǎng)館的智能能源管理系統(tǒng)，還能夠把制冰過程產(chǎn)生的廢熱用于除濕、冰面維護(hù)、場(chǎng)館生活熱水等。全冰面模式下每年僅制冷部分就能節(jié)省200多萬(wàn)度電，相當(dāng)于約120萬(wàn)棵樹實(shí)現(xiàn)的碳減排量，整個(gè)制冷系統(tǒng)的碳排放趨近于零。

延慶，雪車雪橇賽道宛如一條巨龍盤臥小海陀山南麓。雪車雪橇是冬奧會(huì)中速度最快的項(xiàng)目，專業(yè)性強(qiáng)、危險(xiǎn)性高，因此對(duì)場(chǎng)地要求非常苛刻。

場(chǎng)地位置向陽(yáng)，陽(yáng)光直射會(huì)影響冰面質(zhì)量，怎么辦？項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一套獨(dú)特的地形氣候保護(hù)系統(tǒng)，賽道遮陽(yáng)棚結(jié)合賽道形狀、地形等，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)與現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的完美結(jié)合，有效保護(hù)了賽道冰面，也最大限度降低了能源消耗。

北京冬奧會(huì)所有場(chǎng)館實(shí)現(xiàn)100%綠電供應(yīng)，即電力均來自風(fēng)力發(fā)電或光伏發(fā)電，北京冬奧會(huì)將成為百年奧運(yùn)歷史上第一次全部使用綠色清潔電力的奧運(yùn)會(huì)。