2022北京冬奥会“冰丝带”的外观核心：玻璃幕墙BIM深化设计及构件加工

2022北京冬奥会“冰丝带”的外观核心：玻璃幕墙BIM深化设计及构件加工

针对国家速滑馆项目天坛轮廓玻璃幕墙施工，利用BIM技术，在深化设计阶段、构件加工阶段、施工阶段，基于扫描复测和BIM参数化设计，使模型数据传递至加工生产，保证了幕墙龙骨高精度调节和玻璃容差安装，实现了幕墙精准高效施工。

01主体结构BIM扫描复测

待屋面索网张拉、屋面临时配重加载、环桁架支座锁定依次完成后，依据幕墙索实际定位对S形钢龙骨进行深化，此时主体结构相对稳定。根据现场实际情况下料加工S形钢龙骨，幕墙分割线须与S形钢龙骨中心重合才能满足建筑效果要求。

主体结构扫描复测是指S形钢龙骨与幕墙索和环桁架连接点的定位测量。复测工作分2个阶段进行：第1阶段在屋面索网张拉完成后立刻进行幕墙索平面投影的定位复测工作，验证屋面索网张拉过程中幕墙索的变形轨迹是否符合理论计算;第2阶段在屋面临时配重加载完成且环桁架支座锁死后，对幕墙索夹及环桁架预埋件位置进行复测，以确定S形钢龙骨支座牛腿的尺寸长度及BIM模型是否需调整。

02幕墙龙骨BIM模型

根据S形钢龙骨的优化结果对建筑外表皮进行重新分割，使分割线能完美匹配S形钢龙骨，将龙骨、连接件、玻璃面板等生成可加工的模型文件，并对构件进行统一编码。

深化设计时考虑曲面玻璃幕墙采用单元式安装，面板及龙骨均在加工厂组装成型，现场进行螺栓连接固定。最大单元板块尺寸为4050mm×2 340mm(长×高)，单元板块上、下边各设计4组铝合金连接件，通过螺栓固定到幕墙横向龙骨上，冰丝带玻璃管采用现场型材插接安装。

03幕墙龙骨加工及参数化设计

通过扫描结构实体，生成实测点位模型，依据实际点位进行S形钢龙骨BIM定位及深化。通过BIM模型将S形钢龙骨由原来的带侧向弯曲的双弯构件优化成易于加工的单弯构件，提高钢结构加工可控性和可操作性，质量更易保障。考虑幕墙玻璃安装需求，将M10螺栓的机丝孔开孔大小及位置在170mm×70mm×10mm横向龙骨BIM模型上体现出来。

将S形钢龙骨BIM模型通过插件导出为数控设备可用文件，将数控加工技术与数字设计技术对接，实现数据传递，保障异形钢板加工精度。S形钢龙骨遵循“三点放平”原则，采用仿形胎架、三维坐标法进行构件组装，并在焊接过程中控制变形。

“冰丝带”的绿色建造,4.2亿升的超级智能温控冰柜

当前我国距离实现碳达峰目标已不足10年，从碳达峰到实现“碳中和”目标仅有30年左右。因此2022北京冬奥会，我们只建设了一个新馆“国家速滑馆”。而在这个新馆建设中，建设者们从绿色环保角度出发

01环保制冰技术“二氧化碳制冷”

国家速滑馆为了降低碳排放，国家速滑馆在奥运会历史上首次采用二氧化碳跨临界直冷制冰技术。这是目前世界上最环保的制冰技术，它的碳排放趋近于零;同时也是最先进的制冰技术，其冰面温差可控制在0.5度以内，在奥运赛时，能为运动员创造优异成绩提供最高标准、最优良的场地条件。在奥运赛后的运营中，每年可节约近两百万度电，为场馆的长期可持续发展奠定良好的基础。

使用相同数量的传统制冷剂的碳排放量，是二氧化碳制冷剂的3985倍。二氧化碳制冷剂ODP(破坏臭氧层潜能值)为0，GWP(全球变暖潜能值)仅为1。二氧化碳制冷产生的余热回收后，可以提供70摄氏度热水用于生活热水和除湿再生等用途。将来，在“冰丝带”全冰面运行的情况下，一年可节约大约200万度电。

02“冰丝带”的节能设计

① 低辐射顶棚

光洁平整的冰面会产生特有的镜像反射。为降低屋顶对冰面的热辐射、以节省制冰能源，反射吊顶提供了另外一个镜像表面。因此，室内空间的表现不依靠结构的几何性，而是以控制能源的镜像吊顶作为冰场的特色，来发展大空间的表现力，这是最适合于冰上场馆的设计概念。由此比赛大厅的内部空间充满有趣的镜像，呈现前所未有的非物质性效果。

顶棚对冰面的辐射热负荷高达冰面负荷的40%，可以通过控制顶棚材的发射率来大幅度降低。常见顶棚材料的发射率经常高达0.9左右，在膜材表面喷覆高亮的铝涂层，可以降低至0.3-0.6。低发射率的顶棚热损失小，表面温度通常能够保持在冰场环境露点温度以上，从而降低和避免结露的风险。国家速滑馆采用发射率小于0.3的铝覆层膜结构吊顶，以节能设计为目标，同时达成预期的建筑效果。

② 制冰系统热回收

制冰系统的余热通过热泵系统回收，高温热水用于生活热水、浇冰车、转轮除湿。冷水机组自带的冷凝热回收装置产生低温热水，用于融冰槽融冰和冰板基础中防止冻胀的加热管。高效的余热回收系统是冰场节能的关键措施。

③ 太阳能光伏系统

国家速滑馆屋面外缘设有建筑一体化的太阳能光伏电力系统。蓝色的单元电池板自屋顶外边缘向内侧渐变排列，如同正在融化的雪，展现冬季运动的特色。

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