近日，北京冬奧會標志性場館、唯一新建冰上運動場館國家速滑館“冰絲帶”正式對外開放。北京冬奧會上，各國運動員在此創造世界紀錄并多次刷新奧運紀錄，高亭宇實現了中國冬奧男子速度滑冰金牌“零的突破”。
除了近距離接觸“最快的冰”，公眾還可以在開放后的“冰絲帶”中領略科技的神奇。對外開放期間，“冰絲帶”以模型等方式立體展示國際領先的二氧化碳跨臨界直冷環保制冰技術以及索網幕墻等具有創新意義的硬件建設成果，彰顯綠色、科技冬奧和北京“雙奧之城”發展風采。
北京城建集團總工程師、國家速滑館總工程師李久林在接受采訪時說，“冰絲帶”在場館策劃和設計之時，便考慮到滿足所有冰上運動需要。科研團隊從設計理念、技術工藝、材料選取、施工技法等多個方面都實現了創新和突破。“冰絲帶”將成為集體育賽事、群眾健身、文化休閑、展覽展示和社會公益五位一體的多功能體育場館。
創新制冰技術
走進“冰絲帶”，曾見證多項新紀錄的冰面最受游客青睞。據統計，“冰絲帶”開放首日，僅上午入場的游客中就有近1000人上冰體驗。
李久林說，建設團隊在整個研究和建設過程中，始終把“最快的冰”作為最重要目標。
“影響‘最快的冰’的因素很多，其中一個最重要因素就是冰面的質量和溫差。”李久林說，在“冰絲帶”制冰過程中，建設團隊采用了多項技術，包括首次研發和應用二氧化碳跨臨界直冷制冰系統。
“最早設計采用的是使用R507制冷劑、乙二醇載冷劑的制冰系統，這個技術跟國際上常用制冰技術一樣。后來，圍繞‘最快的冰’和綠色低碳目標，創新了二氧化碳跨臨界直冷制冰系統，這套制冰系統不但將節能環保GWP（全球變暖潛能值）由最初將近4000降為1，同時還能控制冰溫。”
李久林說，為了讓“冰絲帶”的冰更快、更好，團隊還采取了很多措施，比如通過激光掃描與建筑信息模型進行比對，檢驗、保證冰場下12萬米不銹鋼制冰管道處于精準位置，讓冰溫更均勻。為保證冰板混凝土平整度，采用激光測量技術，使1.2萬平方米冰場平整度偏差從原來5毫米驗收標準最終達到最大不超過3毫米。
“整個冰場溫差原來理論極限值是0.26攝氏度，通過幾次制冰檢驗達到0.5攝氏度冰面溫差以下。當然還有風速、濕度等一系列因素的管控，包括基于數字孿生場館室內環境的精細調控，所有這些都為打造‘最快的冰’作出了貢獻。”李久林說。
“天幕”索網國產化
除了上冰體驗外，游客還可以在“冰絲帶”開放期間，按照場館方設計的路線，在場館內外感受“冰絲帶”的建筑之美，拍照“打卡”。
“冰絲帶”之美，首先美在外觀。李久林說，“冰絲帶”的建設注重綠色環保低碳理念，采用了高性能結構體系，通過索網結構實現大跨度屋面建造目標，只用幾百噸索就編織出大型場館屋頂。通過拉索充分發揮材料性能，使索網像網球拍一樣扣到速滑館的屋頂上。
“冰絲帶”屋頂的“天幕”采用了全世界體育場館里最大、最扁的橢圓形單層雙向正交馬鞍形索網。李久林說，單層雙向正交索網，加上環桁架和幕墻斜拉索體系，是第一次創新采用的技術。
“高礬密閉索過去長期依賴進口。依托國家速滑館重大工程，我們和國內廠家及相關單位共同研究攻關，首次實現索網國產化。目前，國內大量工程都采用了國產高礬密閉索，使得材料從價格到供貨期都已經大大壓縮。”李久林說。
如此復雜而宏偉的索網是如何搭建的？李久林介紹，團隊做了大量的數字仿真，在計算機里模擬整個過程，并在實驗室里進行了1∶12模型試驗，把索網建造過程模擬出來。整個索網體系張拉成形，非常巧妙，而計算機則控制這些設備實現同步張拉。
“在國家速滑館建設過程中和建成后，我們通過1100個傳感器對數據進行監測，比如在屏幕上能夠看到北京大風大雪天氣時整個屋面的反應。”李久林說。
玻璃材料節能環保
“冰絲帶”這樣一個大玻璃房子，會不會像玻璃大棚一樣夏天很熱、冬天很冷？時值盛夏，北京戶外最高溫度超過35攝氏度。艷陽高照的正午，“冰絲帶”場館內仍十分涼爽。
“冰絲帶”的冬暖夏涼，離不開如水波流動般玻璃幕墻的“保護”。李久林說，“冰絲帶”選用四層夾膠中空的玻璃作為材料，實現節能環保的建筑效果，再組合場館中的遮陽簾、自然通風系統，實現節能環保。
每到夜幕降臨時，“冰絲帶”外玻璃幕墻流光溢彩。李久林說，如何實現飄逸靈動的建筑效果，實際上是曲面玻璃如何兼顧多個方面的問題。
“在設計方面，我們通過平曲玻璃的耦合分析，使所有玻璃的弧度都一樣。通過曲面玻璃和平面玻璃的組合，減少工程建造難度，從而實現飄逸靈動的建造效果。”李久林介紹，針對保溫、光污染等問題，團隊也做了非常詳細的研究，實現了既兼顧建筑效果，又節能環保。
“在場館建造安裝玻璃時，我們也做了包括數字模型在內的大量技術工作，通過激光掃描把所有實際結構和形狀都掃描進去，再跟玻璃單元板塊擬合，最終實現了飄逸靈動的建筑效果，既實現了三星級節能環保的建設目標，又實現了建筑工藝美學新高度的建造效果。”
打造智慧場館
“冰絲帶”是一座智慧場館。李久林說，“冰絲帶”建造過程中采用了智能方式。“像混凝土構建、看臺、鋼結構、索網、屋面等，全部是在工廠建設完成，在現場就像組裝汽車一樣，把它們組裝在一起，這個過程中大量應用了自動化和智能化技術。”
“比如鋼結構環桁架，一個8000多噸的鋼結構實際上是在場館外側87米遠的地方‘拼’起來，通過計算機控制爬行機器人推動桁架滑移到場館上面。場館里面混凝土結構在施工，外側的鋼結構也在施工，兩個同時完成混凝土封頂。那邊鋼結構拼完了，通過機器人滑過來安裝到位，大大節約了工期。”李久林說。
除了建造實體場館，科研團隊還在計算機里同步建造數字場館。李久林介紹，基于建筑信息模型技術，從設計施工到最后的交付，“冰絲帶”從圖紙變為現實的同時，還有一個跟它一模一樣的數字速滑館也“落成”了。
在運行過程中，“冰絲帶”上面有大量傳感器。通過管理平臺，各種數據實時傳輸到數字場館上，實現數字孿生，對實體場館進行精細調控。（劉峣 彭元元）
本文部分素材來自大型科普融媒體節目《人民冰雪·冰雪科技談》
來源：人民日報海外版
