“編織天幕”，織就冬奧最美“冰絲帶”

王劍英

2022 年北京冬奧會正在如火如荼地進行中。北京奧林匹克森林公園南園西北側(cè)，承擔滑冰項目比賽的國家速滑館，和運動員們矯健而飄逸的身姿一起，吸引著觀眾的目光。

眾所周知，國家速滑館有一個親切的昵稱——“冰絲帶”，因其建筑外立面盤旋著22 條晶瑩美麗的“絲帶”狀曲面玻璃幕墻，取形于運動員高速滑進時冰刀留下的軌跡，22 這一數(shù)字又與2022 年相呼應(yīng)。但你可能不知道，作為北京冬奧會唯一新建冰上競賽場館，曾被業(yè)內(nèi)稱為“世界級建造難題”的最美“冰絲帶”是如何織成的。

在國家速滑館建設(shè)團隊口中，屋面索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的成功實施是至關(guān)重要的步驟。這張索網(wǎng)被稱為“天幕”，這一階段的建設(shè)施工被稱為“編織天幕”，其中有何不為人知的故事？

挑戰(zhàn)帶來興奮

2018 年2 月，國家速滑館公司副總經(jīng)理、總工程師李久林正式入駐國家速滑館項目。他曾是2008 年“鳥巢”建設(shè)的總工程師?！傍B巢”成為北京奧運會的時代標志，亦成為北京的地標建筑，令他引以為豪。

與“鳥巢”相較，這次，國家速滑館要用鋼結(jié)構(gòu)實現(xiàn)輕盈流暢的整體視覺效果，即用更少的鋼材建造一個更高性能的結(jié)構(gòu)體。這是可持續(xù)、綠色發(fā)展的要求，亦是對土木工程師們的挑戰(zhàn)——團隊興奮地期待著這場實踐。

“天幕”有個頗拗口的專業(yè)術(shù)語：單層雙向正交馬鞍形索網(wǎng)?？梢院唵卫斫鉃?，有一個巨大的羽毛球拍“繃”在了場館的上方，只不過這個球拍不是由樹脂纖維制成，而是由粗大的鋼索編織而成，不是平面而是馬鞍形，更直白的類比是“薯片形”。

李久林接手國家速滑館項目后，面臨的第一個難題是：索網(wǎng)的材料怎么辦？用進口索還是國產(chǎn)索？國際上的普遍做法是，大型體育場館的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)采用高釩密閉索。它結(jié)構(gòu)緊密、表面平滑、防腐性佳、承載力強。但國內(nèi)此前沒有生產(chǎn)過建筑用高釩密閉索，而建筑用索有其特定標準，如抗拉、抗震、抗疲勞、抗腐蝕等。

在國際市場上，建筑用的高釩密閉索并不難買，“但全世界能做出來的工廠主要集中在歐美幾個發(fā)達國家，它屬于被少數(shù)人掌握的卡脖子技術(shù)，像芯片一樣?！崩罹昧终f，當時已經(jīng)有代理商追著找上門來，希望用其代理的國外索。

如何選擇？

“優(yōu)先用國產(chǎn)索”

當時， 整個團隊——包括業(yè)主單位、設(shè)計單位、總承包單位、監(jiān)理單位等，普遍認為應(yīng)“優(yōu)先考慮用國產(chǎn)索”。

“這和十多年前‘鳥巢建設(shè)用鋼的選擇情景驚人地相似?！崩罹昧终f。那段激情歲月歷歷在目，后來的成功也給了團隊巨大信心，團隊最終決定國家速滑館建設(shè)——用國產(chǎn)索！

時間不等人。進駐工程一個多月后，李久林便帶隊考察了國內(nèi)最具備生產(chǎn)建筑用高釩密閉索能力的3 家工廠，摸清基本情況。3 家工廠均摩拳擦掌，表達了強烈的愿望，希望利用國家建設(shè)冬奧工程的平臺，打開國產(chǎn)索的建筑應(yīng)用市場。

2018 年5 月，河北巨力集團中標，他們以最大力量組織科研和生產(chǎn)，建設(shè)起國內(nèi)第一條相關(guān)生產(chǎn)流水線；5 個月后，第一車成品索到達國家速滑館施工現(xiàn)場。2019 年3 月，“天幕”編織工作順利完工，屋面索網(wǎng)結(jié)構(gòu)完美呈現(xiàn)。

過程中，有一個細節(jié)給李久林留下了深刻印象。巨力集團中標后，仍有國內(nèi)生產(chǎn)索的企業(yè)負責人主動表態(tài)：“我們愿意當備胎，隨時候補。如果他們不行，我們上！”

“本來他們屬于競爭關(guān)系，為了突破難點，能有這樣的情懷，令人感動！”李久林說。

國家速滑館用上了國產(chǎn)索，這一消息迅速在行業(yè)內(nèi)引發(fā)震蕩：上海浦東足球場、三亞體育中心等在建大型場館均紛紛選擇國產(chǎn)索。北京市某工程的負責人曾特地來到國家速滑館，在登上屋頂實地考察一番后，回去就決定：“速滑館這么大工程都用了國產(chǎn)索，我們也一定要用國產(chǎn)的?！?/p>

據(jù)了解，現(xiàn)在，越來越多的國內(nèi)廠家具備生產(chǎn)高釩密閉索的能力，這推動了整個國際市場上高釩密閉索價格水平和供貨周期的回落。

“這個東西原來是高高在上的，因為中國制造的力量，只能靠國外進口的局面得以改變。”李久林欣慰地表示。國家速滑館公司工程部的工程師趙炳陶則說：“一個行業(yè)相當于一張大網(wǎng)，很難實現(xiàn)齊頭并進，必須有一個‘點去牽引著向前，高釩密閉索的突破就是這樣一個點。很幸運能遇上這樣一個點。”

從“買豆腐”到“研究種大豆”

推動高端材料國產(chǎn)化體現(xiàn)了國家速滑館建設(shè)團隊的情懷，但李久林說：“如此重大的國家工程，光有情懷可不行?！?/p>

國家速滑館是北京2022 年冬奧會新建標志性競賽場館，且為永久性場館，要成為我國冬奧質(zhì)量的標桿之作。“一開始就是奔著建筑行業(yè)最高獎魯班獎去的。”李久林說。

采用國產(chǎn)索，做第一個吃螃蟹的，壓力巨大，實操階段必須保證萬無一失；此外，建設(shè)工期緊張，現(xiàn)場作業(yè)人員眾多，任何環(huán)節(jié)都經(jīng)不起“重來一次”。團隊只有以嚴謹?shù)目茖W步驟將各種風險一一清除。

建筑工人在“冰絲帶”上焊接鋼龍骨

在高釩密閉索的科研攻關(guān)階段，設(shè)置了三道平行的監(jiān)測關(guān)卡以嚴格把控，相當于“上了三重保險”。檢測及監(jiān)測覆蓋了科研攻關(guān)的全過程，包括鋼絲的拉絲、強化、鍍層、編繩……甚至是原材鋼絲的源頭選擇。李久林曾在團隊內(nèi)部打趣說：“本想在市場上買盒豆腐回來，沒想到自己開始研究種大豆了。”

核心材料問題解決了，但“編織天幕”的過程沒有現(xiàn)成經(jīng)驗，仍屬于摸著石頭過河。

在國家速滑館停車場，一個已經(jīng)被拆成幾大塊的鋼模型靜靜躺在角落里。每次路過，趙炳陶都親切地稱它“小家伙”。

“小家伙”其實不算小，尺寸22.5 米×17.5 米， 是按照國家速滑館的建筑骨架，以1∶12的比例做出來的實體模型，由浙江大學空間結(jié)構(gòu)實驗室設(shè)計制作，主要目的就是在“天幕編織”階段，從施工可行性到受力性能等方面，對設(shè)計成果進行全方位反復驗證。

在此之前，另一支小分隊已經(jīng)利用計算機空間建模，將速滑館建造過程完整地演習了一遍，“編織天幕”階段模擬了1000 多種可能出現(xiàn)的工況。由于運算量過于龐大，普通計算機無法滿足需求，需利用超算中心才能完成。

計算機模擬分析，實體模型仿真，都是為了盡量將可能出現(xiàn)的問題“扼殺在搖籃里”。此外，實操推進的每一步都采取了協(xié)同辦公和聯(lián)合驗收機制，任何一方發(fā)現(xiàn)問題先解決，待各方全部簽字確認之后才能通過，再部署下一步。

為了節(jié)省時間、滿足工期，實操階段采用了平行施工：施工現(xiàn)場仿佛是一個巨大的汽車組裝廠。李久林感慨，它必須有汽車一樣的毫米級精度：鋼索上面安裝了1000 多個傳感器，監(jiān)測數(shù)據(jù)隨時傳到后臺，采用智能機器人實現(xiàn)整個過程的高精度控制。

顏值巔峰

2018 年12 月28 日，一個令趙炳陶難忘的日子。

他清楚地記得那天北京出奇的冷，零下十幾度還刮著風，但大家情緒高昂，因為連續(xù)數(shù)月的智慧加汗水的艱辛付出后，沖鋒號吹響了?！疤炷弧闭竭M入提升張拉階段——“羽毛球拍”在地面組裝完畢，開始往屋頂“提升”了。

“這不是一張普通的網(wǎng)，很不容易！”趙炳陶感嘆。

這是世界最大跨度的正交雙向單層馬鞍形索網(wǎng)，198 米×124 米的結(jié)構(gòu)體量，鋼索總長度20410 米，總重量968 噸；其中東西向為98 根承重索，單索直徑64 毫米，南北向為60 根穩(wěn)定索，單索直徑74 毫米，雙向縱橫交錯。

這張如此大面積且有韌性的鋼索網(wǎng)，采用地面編索、整體提升、同步張拉的措施。屋頂不是平面，最高處33.8 米，最低處15.8 米，落差18 米。提升過程中要實現(xiàn)平面到馬鞍形的完美變形；每一條鋼索的受力變化，都牽一發(fā)動全身。為保證索網(wǎng)整體安全、準確到達預定位置，必須確保每根索的索力同步、均勻增長，確保整體受力均衡。

這樣的施工在國內(nèi)沒有先例，難度首屈一指。

為了這次提升張拉，184 臺不同型號的千斤頂、98 臺油泵、14 臺泵站、158 套工裝、11 臺25 噸汽車吊、6 臺直臂車和1 套同步控制系統(tǒng)一齊上陣——在同一個項目中使用如此多設(shè)備，在國內(nèi)亦屬首次。

“天幕”的提升張拉共進行了3 個月。2019 年1 月29 日，完成提升；3 月19 日，完成張拉；4月26 日，完成鎖定。經(jīng)檢測，各項指標參數(shù)均在設(shè)計范圍內(nèi)，鋼筋鐵骨“天幕”工程完美收官。

收官那天傍晚，金色的落日余暉灑在巨大的銀色“天幕”上，反射出柔美的光暈。趙炳陶從場館下方凝視這壯觀的景象，感受自然之美與人工之美的相互輝映，腦海中出現(xiàn)了一個名字：“結(jié)構(gòu)的顏值巔峰?！?/p>

2020 年5 月，喜訊傳來，國家速滑館以最高分148.5 分榮獲 “2019 年度中國鋼結(jié)構(gòu)金獎年度杰出工程”大獎，這是國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的最高獎項，每年不超過3 個。此前獲得年度杰出工程大獎的還有北京大興機場綜合航站樓、中國尊大廈等項目。

（摘自《瞭望東方周刊》，本刊有刪節(jié)，視覺中國圖）

冬奧運動員腳下的冰，有很多奧秘。

一塊合格的短道速滑冰場，要求運動員過彎道時，冰刀在冰面刮出的雪花落下來不是冰碴子，而是雪沫狀的。一條專業(yè)的冰壺賽道，制作表層“冰點”的時間是45 秒才算標準?；踊悎龅谋獌龅?.5 ～ 6 厘米厚，才不至于被冰刀的力量扎透。

在冬奧場館里，制冰師是最了解冰的奧秘的人。全世界范圍內(nèi)，頂級的制冰師不超過20 人。劉博強是一位中國制冰師，他的工作是在首鋼園國家冬季運動訓練中心，制作、維護用于國家隊訓練的4 塊專業(yè)運動冰場。他常常覺得，自己仿佛在玩一場特殊的解碼游戲。凍冰、修冰、化冰，就像一次次通關(guān)升級。

解開密碼的鑰匙，就藏在冰場里。

冰場的“密碼”

首鋼園國家冬季運動訓練中心冰壺館是劉博強最熟悉的地方，在這里，每兩周他就要進行一輪封閉制冰。制冰期間，他要隨時檢查制冰系統(tǒng)的數(shù)值，觀察室內(nèi)外濕度和溫度，記錄冰場的厚度、平整度和滑度，對冰場進行維護。

“一名合格的制冰師，需要掌握凍冰、修冰、融冰的全部技能，這里面的講究與門道實在是太多了。就拿凍冰來說，冰場的底部是混凝土的硬質(zhì)地面，在凍冰之前，需要用洗地機把上面的雜物、塵土等全部清除，圍繞冰場的板墻縫隙需要全部堵死，防止?jié)脖鶗r滲漏出去。之后，制冰機組開機，給地面慢慢降溫，除濕機和空調(diào)機開機，降低室內(nèi)的溫度與濕度?！碑?shù)孛鏈囟葴y得0℃以下時，制冰師就可以開始澆冰了。根據(jù)他的經(jīng)驗，一塊冰場凍冰正常需要8 ～ 10 天?！斑@個時長凍出來的冰是最結(jié)實的，不容易裂開?！?/p>

凍冰是最考驗制冰師技術(shù)的環(huán)節(jié)。在凍出8 ～ 10 毫米厚的底冰后，制冰師需要駕駛冰車把冰面的雜質(zhì)刮干凈，再把一種環(huán)保白漆混合純凈水，裝進特制機器形成霧狀水，用噴槍一點一點地均勻噴到冰面上。接著噴射霧狀水凍出1.5 ～ 2毫米厚的冰，將白漆冰封住。

在這個過程中，制冰師還要把冰球、冰壺、短道速滑等不同賽事項目所需的標識點線畫出來，把各類場地的Logo 凍在冰層里。完成這些工作后再加大澆冰力度，凍出符合不同項目要求的厚度。