近日，北京冬奧會標(biāo)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(chuàng)造世界紀(jì)錄并多次刷新奧運紀(jì)錄，高亭宇實現(xiàn)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(lǐng)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(lǐng)先的二氧化碳跨臨界直冷環(huán)保制冰技術(shù)以及索網(wǎng)幕墻等具有創(chuàng)新意義的硬件建設(shè)成果，彰顯綠色、科技冬奧和北京“雙奧之城”發(fā)展風(fēng)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(shè)計之時，便考慮到滿足所有冰上運動需要?？蒲袌F隊從設(shè)計理念、技術(shù)工藝、材料選取、施工技法等多個方面都實現(xiàn)了創(chuàng)新和突破?！氨z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(chuàng)新制冰技術(shù)

　　走進“冰絲帶”，曾見證多項新紀(jì)錄的冰面最受游客青睞。據(jù)統(tǒng)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(shè)團隊在整個研究和建設(shè)過程中，始終把“最快的冰”作為最重要目標(biāo)。

　　“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(zhì)量和溫差。”李久林說，在“冰絲帶”制冰過程中，建設(shè)團隊采用了多項技術(shù)，包括首次研發(fā)和應(yīng)用二氧化碳跨臨界直冷制冰系統(tǒng)。

　　“最早設(shè)計采用的是使用R507制冷劑、乙二醇載冷劑的制冰系統(tǒng)，這個技術(shù)跟國際上常用制冰技術(shù)一樣。后來，圍繞‘最快的冰’和綠色低碳目標(biāo)，創(chuàng)新了二氧化碳跨臨界直冷制冰系統(tǒng)，這套制冰系統(tǒng)不但將節(jié)能環(huán)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(zhǔn)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(shù)，使1.2萬平方米冰場平整度偏差從原來5毫米驗收標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)然還有風(fēng)速、濕度等一系列因素的管控，包括基于數(shù)字孿生場館室內(nèi)環(huán)境的精細(xì)調(diào)控，所有這些都為打造‘最快的冰’作出了貢獻?！崩罹昧终f。

　　“天幕”索網(wǎng)國產(chǎn)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(shè)計的路線，在場館內(nèi)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(shè)注重綠色環(huán)保低碳理念，采用了高性能結(jié)構(gòu)體系，通過索網(wǎng)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)大跨度屋面建造目標(biāo)，只用幾百噸索就編織出大型場館屋頂。通過拉索充分發(fā)揮材料性能，使索網(wǎng)像網(wǎng)球拍一樣扣到速滑館的屋頂上。

　　“冰絲帶”屋頂?shù)摹疤炷弧辈捎昧巳澜珞w育場館里最大、最扁的橢圓形單層雙向正交馬鞍形索網(wǎng)。李久林說，單層雙向正交索網(wǎng)，加上環(huán)桁架和幕墻斜拉索體系，是第一次創(chuàng)新采用的技術(shù)。

　　“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(nèi)廠家及相關(guān)單位共同研究攻關(guān)，首次實現(xiàn)索網(wǎng)國產(chǎn)化。目前，國內(nèi)大量工程都采用了國產(chǎn)高礬密閉索，使得材料從價格到供貨期都已經(jīng)大大壓縮?！崩罹昧终f。

　　如此復(fù)雜而宏偉的索網(wǎng)是如何搭建的？李久林介紹，團隊做了大量的數(shù)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(wǎng)建造過程模擬出來。整個索網(wǎng)體系張拉成形，非常巧妙，而計算機則控制這些設(shè)備實現(xiàn)同步張拉。

　　“在國家速滑館建設(shè)過程中和建成后，我們通過1100個傳感器對數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，比如在屏幕上能夠看到北京大風(fēng)大雪天氣時整個屋面的反應(yīng)?！崩罹昧终f。

　　玻璃材料節(jié)能環(huán)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(nèi)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(xiàn)節(jié)能環(huán)保的建筑效果，再組合場館中的遮陽簾、自然通風(fēng)系統(tǒng)，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)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(xiàn)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(shè)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(xiàn)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(xì)的研究，實現(xiàn)了既兼顧建筑效果，又節(jié)能環(huán)保。

　　“在場館建造安裝玻璃時，我們也做了包括數(shù)字模型在內(nèi)的大量技術(shù)工作，通過激光掃描把所有實際結(jié)構(gòu)和形狀都掃描進去，再跟玻璃單元板塊擬合，最終實現(xiàn)了飄逸靈動的建筑效果，既實現(xiàn)了三星級節(jié)能環(huán)保的建設(shè)目標(biāo)，又實現(xiàn)了建筑工藝美學(xué)新高度的建造效果?！?/p>

　　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(gòu)建、看臺、鋼結(jié)構(gòu)、索網(wǎng)、屋面等，全部是在工廠建設(shè)完成，在現(xiàn)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(yīng)用了自動化和智能化技術(shù)?！?/p>

　　“比如鋼結(jié)構(gòu)環(huán)桁架，一個8000多噸的鋼結(jié)構(gòu)實際上是在場館外側(cè)87米遠(yuǎn)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(jié)構(gòu)在施工，外側(cè)的鋼結(jié)構(gòu)也在施工，兩個同時完成混凝土封頂。那邊鋼結(jié)構(gòu)拼完了，通過機器人滑過來安裝到位，大大節(jié)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(shù)字場館。李久林介紹，基于建筑信息模型技術(shù)，從設(shè)計施工到最后的交付，“冰絲帶”從圖紙變?yōu)楝F(xiàn)實的同時，還有一個跟它一模一樣的數(shù)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(shù)據(jù)實時傳輸?shù)綌?shù)字場館上，實現(xiàn)數(shù)字孿生，對實體場館進行精細(xì)調(diào)控。

　　本文部分素材來自大型科普融媒體節(jié)目《人民冰雪·冰雪科技談》