从鸟巢到冰丝带

科技创新助力奥运工程攻坚

来源： 首都建设报  2018年08月08日

本报记者 谢峰

坐在办公室里，北京城建集团副总工程师李久林描绘着国家速滑馆（冰丝带）的未来。2008年，由城建集团建设的国家体育场（鸟巢）开启北京奥运时间，李久林是鸟巢工程总工程师。

作为“双奥”主场馆工程技术领头人，李久林坦言自己和团队是幸运的。回顾从夏奥会到冬奥会，李久林感慨良多。“谈双奥就不得不说科技创新，因为奥运会带动了中国建筑行业突飞猛进的发展，我们身为从业者，感谢这个时代给予我们如此之多的机遇。”李久林说。

凝结的艺术 社会的见证

对李久林而言，无论鸟巢还是冰丝带，都是作为一个时代的见证而存在的标志性建筑。

鸟巢之前，中国的建筑风格大多是方方正正的壳子，见棱见角的造型，以及万变不离其宗的施工模式。可以说，鸟巢的出现，让中国建筑业为之一变，而其对施工技术的发展和影响，直到如今的冰丝带依然可以看到。

其中最具代表性的莫过于BIM技术。如今这项技术已经成了建筑行业的标配，可在2003年的中国，BIM是科研机构极少数博士团队钻研的高科技课题。

这一年，李久林和团队正式开始鸟巢的科技攻关。作为中国第一个使用BIM技术的工程，鸟巢团队当时称BIM为三维构型，原因就是鸟巢七扭八歪的非线性和异型钢结构，传统施工方式无法满足要求。李久林坦言，一个时代的标志性工程，带来的一定是建筑行业科技的突飞猛进。

开展这项研究，源于鸟巢只是国际设计师的概念图。如何让异型结构能够立体地展示出来？空间坐标如何确定？吊装如何进行？焊接怎样实施？这些都是李久林带领团队要逐个攻克的难题。

“当时我们的科技攻关得到了集团、高校、科研机构的鼎力支持，我们与清华大学等知名院校开展技术攻关，同时聘请国内钢结构施工领域资深专家组成顾问团全程指导，保证了工程顺利完成。”李久林说。

鸟巢在BIM技术的综合研发上取得了一个又一个进步，从三维立体图纸到4D施工管理系统，李久林的团队让鸟巢在未建成之时，便在电脑上呈现出每个节点的施工工序和动画，这样的技术应用在如今依然不落下风，而在十几年前的中国无人可以望其项背。

挑战的乐趣　奥运的光芒

无论是夏奥会还是冬奥会，世界的目光往往聚焦选手的拼搏和成绩。而建筑作为承载这些荣誉的场馆，也因奥运的光芒而无比璀璨。

这份璀璨来自于建设者挑战科技创新的勇气，甚至是一种乐趣，带来的是国家产业和技术装备的进步。

鸟巢的编织结构带来的是根部、肘部的应力巨大，施工中共使用了700多吨Q460高强厚板钢材。李久林说：“当时这种钢材在建筑工程上没有使用的先例，国内也几乎没有一家企业能够生产这样的产品。”

李久林的团队寻遍各地多家钢铁厂进行洽谈，最终选择与达标钢厂共同进行材料的研发。研发之路并不平坦，但结果是好的，鸟巢最终成功使用了Q460钢材。如今不仅是鸟巢，央视新大楼、广州小蛮腰等一系列地标性建筑，使用的都是那时研发的Q460钢材。而依托鸟巢除了材料实现建筑工程的首次应用，施工技术方案、各项参数指标乃至国家标准也都陆续发布，这正是李久林所说的科技突飞猛进。

如今在冰丝带现场，一种名为高钒密闭索的材料中，看到了Q460钢的身影。同样是高科技，同样的技术团队，不同的是这种材料真正意义上实现了国产化，并将步入实际应用环节。通过自主研发，又一个国产化高端材料问世。

这种材料将作为冰丝带未来屋顶结构主要支撑体系，具有高强防腐性和耐久性，其中的Z型钢丝的研发和应用，特别是对其抗拉拔的研究至关重要。

“自主研发曾经也有质疑。购买的确能快速解决问题，但我们技术人员要借助这样重大的平台和机遇，促进相关产业发展和技术进步。这也是我们团队一直追求的理念。”李久林说。

变革的思维 便捷的施工

鸟巢和冰丝带之间相隔十载。二者不同的地方有很多，但一脉相承的东西却让冰丝带有了更多新意。

2003年到2008年，鸟巢落成，历时6年。2017年到2022年，冰丝带将完美舞动，也是6年。

鸟巢建设时，工程实施精细化管理。作为总承包企业的总工程师，李久林被要求管到每一块钢结构、每一名焊工、每一条焊缝。9个钢厂、1600公里运距、3个拼装单位、几百名焊工、30万延米的焊缝……一个人怎能管得过来？李久林和团队研发了一套钢结构管理系统，实现了钢结构加工、运输、拼装、吊装、焊接、检测的全过程质量管控。每个阶段都划分责任人和检查手段，这些手段全部依托信息化与互联网，所有过程清晰地在系统平台上展示，实现了一个人管理全过程的效果，更实现了一个团队的聚合效应。大家各司其职，所有工作数据化展示，少了人情世故，多了严格秩序，反而让效率和质量大大提升。

这套系统被住建部评为当年全国科技进步一等奖，如今应用在新机场、城市副中心等工程建设中。

冰丝带施工现场，“平行高效高精度施工”的理念植入每一名建设者的心中。而实现这一理念，靠的也是信息化技术。

整个冰丝带有一圈作为结构边框的环形桁架，技术人员在南北两侧设置了塔吊进行吊装，而在东西两侧使用现场拼装后，再用专业设备滑移到指定位置，使用数据信息设备对整个工作进行精确分析。通过平行作业，让整个环形桁架整体顺利安装到位。

平行作业带来的是快速，那么高效高精度则体现了工匠精神。基础结构使用了160根用工字钢作为骨架的劲性钢结构立柱，同时，工字钢周边还要横七竖八地穿入许多钢筋，其中最粗的钢筋直径3.6厘米。李久林计算过，最多一个钢结构交汇点共有500根钢筋。“这样的结构已不能用密如蛛网来形容了，别说蜘蛛了，就是一根头发穿过去都费劲。”一名管理人员笑道。

BIM技术在冰丝带施工中，已经能提前排布好如此密集的钢筋，哪些钢筋先穿？哪些钢筋后穿？工人按图施工，轻松便捷。

理念的创新 科学的奥运

2022年北京冬奥会，要办一届绿色、节约、廉洁的冬奥会。

奥运会不是单纯的大手笔、高投入，而应该遵循科学规律，打造国际一流标准的奥运会。这对场馆建设提出了更高要求。

4万吨钢结构！这是鸟巢给大家留下的印象。从建筑本身看，鸟巢的结构形式与设计理念通过钢结构完美诠释，“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的理念深入人心。

而2022年冬奥会在可持续办奥的理念引领下，建设者在场馆建设中更多融入全生命周期理念。

相比鸟巢的超级用钢量，冰丝带屋面采用了单层双向正交马鞍形索网，整个屋面仅用600吨钢材就可以完成。同时，冰丝带屋顶使用了79对高钒封闭索对屋面进行张拉，如同伞骨般撑起屋面，提高结构安全性。目前，张拉的工作正在浙江大学按照1：10的比例进行试验。

可持续理念在冰丝带施工中可以说运用到了全过程。由于制冰和封闭空间，自然采光变成了室内照明，但冰丝带中使用的能源回收利用系统，能回收制冰中产生的86%热能，并将其用于运动员洗澡、融冰加热。

鸟巢的看台使用了14700快预制看台板，部分区域还采用现场浇注混凝土进行连接，同时看台曲线造型也是用多块直板拼出的弧线。如今，整个冰丝带的12000个坐席的看台全部实现预制装配，看台的造型也由直板变成了曲板，整个看台安装完成后，线条更加流畅美观，与冰丝带的造型浑然一体。而看台的预制混凝土中，使用了冰丝带基础施工中的桩头部分。“每个工程基础施工都会有桩头，通常做法是将其剔凿掉作为建筑垃圾处理，而我们将桩头全部制作再生混凝土用于看台的加工，实现了绿色循环应用。“李久林说。

幕墙体系是冰丝带最重要的保温材料，由于冬奥会制冰的精度要求高，对温度、湿度的控制极其苛刻。这里使用了4层中空玻璃体系，减少外界温差对冰面的影响。

整个冰丝带中的智慧体系，可以实现观众的精确定位和场馆的智慧管控。此外，针对赛后利用，整个冰场被划分成5个独立区域，可以根据会展、新闻发布等分区融冰转场，实现赛后可持续利用。

参与了两届奥运会主场馆建设，李久林有着更多的思考。他认为，奥运场馆建设只是其中一个环节，作为建设者应借助奥运会的平台提升企业科技实力和创新能力。“就像2010年，鸟巢获得了国际焊接学会颁发的钢结构工程焊接施工技术Ugo Guerrera Prize奖。这是我国首次获得该荣誉。“李久林说。