2022年北京冬奧會“冰絲帶”BIM技術(shù)應(yīng)用分享

2022年北京冬奧會“冰絲帶”BIM技術(shù)應(yīng)用分享

國家速滑館項目簡介

國家速滑館項目位于北京市朝陽區(qū)林萃橋東南側(cè)，其用地西側(cè)為林萃路，東側(cè)為奧林西路，北側(cè)臨近北五環(huán)路。

業(yè)主單位：

北京國家速滑館經(jīng)營有限責(zé)任公司

設(shè)計單位：

北京市建筑設(shè)計研究院有限公司

施工單位：

北京城建集團有限責(zé)任公司

本工程主要由主場館及外圍地下車庫組成，其中地下主體結(jié)構(gòu)東西長290m，南北寬235m，地上主體南北長約240m，東西寬約178m。本工程結(jié)構(gòu)連為一體，不設(shè)永久結(jié)構(gòu)縫。

北京冬奧會國家速滑館：最快的冰、智慧的館

國家速滑館將全力打造“最快的冰”和“智慧的館”，以高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量滿足冬奧會賽事要求。國家速滑館曲面玻璃幕墻外有22條高低盤旋、似環(huán)繞飄舞的“冰絲帶”，在陽光下熠熠生輝，夜景照明開啟后，絲帶曼舞、輕盈躍動、異彩紛呈，像是速滑運動員冰刀劃過冰面的痕跡，同時22條“冰絲帶”又代表著北京2022年冬奧會，與冬奧會的時間形成了融合。22條“冰絲帶”既是幕墻的支撐結(jié)構(gòu)，又將遮陽、立面照明和建筑效果設(shè)計融為一體。國家速滑館將全力打造“最快的冰”和“智慧的館”，以高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量滿足冬奧會賽事要求。國家速滑館曲面玻璃幕墻外有22條高低盤旋、似環(huán)繞飄舞的“冰絲帶”，在陽光下熠熠生輝，夜景照明開啟后，絲帶曼舞、輕盈躍動、異彩紛呈，像是速滑運動員冰刀劃過冰面的痕跡，同時22條“冰絲帶”又代表著北京2022年冬奧會，與冬奧會的時間形成了融合。22條“冰絲帶”既是幕墻的支撐結(jié)構(gòu)，又將遮陽、立面照明和建筑效果設(shè)計融為一體。

國家速滑館將全力打造“最快的冰”和“智慧的館”，以高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量滿足冬奧會賽事要求。國家速滑館曲面玻璃幕墻外有22條高低盤旋、似環(huán)繞飄舞的“冰絲帶”，在陽光下熠熠生輝，夜景照明開啟后，絲帶曼舞、輕盈躍動、異彩紛呈，像是速滑運動員冰刀劃過冰面的痕跡，同時22條“冰絲帶”又代表著北京2022年冬奧會，與冬奧會的時間形成了融合。22條“冰絲帶”既是幕墻的支撐結(jié)構(gòu)，又將遮陽、立面照明和建筑效果設(shè)計融為一體。

全過程BIM咨詢及BIM應(yīng)用

通過生化設(shè)計、加工、施工階段應(yīng)用BIM技術(shù)，實現(xiàn)工程精準(zhǔn)、高效建造。

通過總承包BIM管理，實現(xiàn)對項目進度、技術(shù)、質(zhì)量、安全等方面的智慧、協(xié)同共力。

利用以BIM為核心的信息化技術(shù)助力智慧建造，并為未來智慧場館運營奠定基礎(chǔ)。

北京冬奧會“冰絲帶” BIM技術(shù)應(yīng)用特色

01BIM建模輔助審圖

混凝土結(jié)構(gòu)建模

看臺結(jié)構(gòu)建模

室外管道建模

02基于BIM的深化設(shè)計

① 鋼結(jié)構(gòu)BIM深化

范圍主要為勁性結(jié)構(gòu)鋼骨、鋼環(huán)桁架、臨時看臺鋼結(jié)構(gòu)和檢修馬道。案例：在鋼結(jié)構(gòu)深化過程中發(fā)現(xiàn)部分幕墻撐桿節(jié)點與桁架桿件相關(guān)節(jié)點現(xiàn)場焊縫碰撞，經(jīng)過設(shè)計同意后調(diào)整桿件位置。

② 索結(jié)構(gòu)BIM深化

范圍主要為連接耳板設(shè)計、提升張拉工裝設(shè)計。對承重索提升工裝、承重索張拉工裝、穩(wěn)定索張拉工裝進行三維實體放樣，以保證滿足提升和張拉施工構(gòu)造的需求。

03BIM算量輔助人、機、料準(zhǔn)備

由于土建結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，特別是不同標(biāo)高發(fā)板之間的高低跨連接處及多出嵌套坑之間連接處構(gòu)造極其復(fù)雜，傳統(tǒng)手工算量困難且繁瑣。將施工模型依據(jù)流水段劃分，得出各流水段理論凈混凝土方量，并在流水段施工前將方量報至工程部，為人、機、料等施工部署提供參考。

04三維可視化交底

針對施工周期短、工期緊等問題，研發(fā)了針對本工程的智建SaaS化管理平臺，通過將計劃進度關(guān)聯(lián)到多維信息的輕量化云端BIM模型，工程師現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)、拍攝照片并實時上傳，實現(xiàn)實際進度與計劃進度實時對比、多層級進度信息展示、關(guān)鍵線路及里程碑節(jié)點管控、輕量化三維模型施工進度管理。

“冰絲帶”的外觀核心 玻璃幕墻BIM深化設(shè)計及構(gòu)件加工

針對國家速滑館項目天壇輪廓玻璃幕墻施工，利用BIM技術(shù)，在深化設(shè)計階段、構(gòu)件加工階段、施工階段，基于掃描復(fù)測和BIM參數(shù)化設(shè)計，使模型數(shù)據(jù)傳遞至加工生產(chǎn)，保證了幕墻龍骨高精度調(diào)節(jié)和玻璃容差安裝，實現(xiàn)了幕墻精準(zhǔn)高效施工。

01主體結(jié)構(gòu)BIM掃描復(fù)測

待屋面索網(wǎng)張拉、屋面臨時配重加載、環(huán)桁架支座鎖定依次完成后，依據(jù)幕墻索實際定位對S形鋼龍骨進行深化，此時主體結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定。根據(jù)現(xiàn)場實際情況下料加工S形鋼龍骨，幕墻分割線須與S形鋼龍骨中心重合才能滿足建筑效果要求。

主體結(jié)構(gòu)掃描復(fù)測是指S形鋼龍骨與幕墻索和環(huán)桁架連接點的定位測量。復(fù)測工作分2個階段進行：第1階段在屋面索網(wǎng)張拉完成后立刻進行幕墻索平面投影的定位復(fù)測工作，驗證屋面索網(wǎng)張拉過程中幕墻索的變形軌跡是否符合理論計算;第2階段在屋面臨時配重加載完成且環(huán)桁架支座鎖死后，對幕墻索夾及環(huán)桁架預(yù)埋件位置進行復(fù)測，以確定S形鋼龍骨支座牛腿的尺寸長度及BIM模型是否需調(diào)整。

02幕墻龍骨BIM模型

根據(jù)S形鋼龍骨的優(yōu)化結(jié)果對建筑外表皮進行重新分割，使分割線能完美匹配S形鋼龍骨，將龍骨、連接件、玻璃面板等生成可加工的模型文件，并對構(gòu)件進行統(tǒng)一編碼。

深化設(shè)計時考慮曲面玻璃幕墻采用單元式安裝，面板及龍骨均在加工廠組裝成型，現(xiàn)場進行螺栓連接固定。最大單元板塊尺寸為4050mm×2 340mm(長×高)，單元板塊上、下邊各設(shè)計4組鋁合金連接件，通過螺栓固定到幕墻橫向龍骨上，冰絲帶玻璃管采用現(xiàn)場型材插接安裝。

03幕墻龍骨加工及參數(shù)化設(shè)計

通過掃描結(jié)構(gòu)實體，生成實測點位模型，依據(jù)實際點位進行S形鋼龍骨BIM定位及深化。通過BIM模型將S形鋼龍骨由原來的帶側(cè)向彎曲的雙彎構(gòu)件優(yōu)化成易于加工的單彎構(gòu)件，提高鋼結(jié)構(gòu)加工可控性和可操作性，質(zhì)量更易保障?？紤]幕墻玻璃安裝需求，將M10螺栓的機絲孔開孔大小及位置在170mm×70mm×10mm橫向龍骨BIM模型上體現(xiàn)出來。

將S形鋼龍骨BIM模型通過插件導(dǎo)出為數(shù)控設(shè)備可用文件，將數(shù)控加工技術(shù)與數(shù)字設(shè)計技術(shù)對接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞，保障異形鋼板加工精度。S形鋼龍骨遵循“三點放平”原則，采用仿形胎架、三維坐標(biāo)法進行構(gòu)件組裝，并在焊接過程中控制變形。

“冰絲帶”的綠色建造,4.2億升的超級智能溫控冰柜

當(dāng)前我國距離實現(xiàn)碳達峰目標(biāo)已不足10年，從碳達峰到實現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)僅有30年左右。因此2022北京冬奧會，我們只建設(shè)了一個新館“國家速滑館”。而在這個新館建設(shè)中，建設(shè)者們從綠色環(huán)保角度出發(fā)

01環(huán)保制冰技術(shù)“二氧化碳制冷”

國家速滑館為了降低碳排放，國家速滑館在奧運會歷史上首次采用二氧化碳跨臨界直冷制冰技術(shù)。這是目前世界上最環(huán)保的制冰技術(shù)，它的碳排放趨近于零;同時也是最先進的制冰技術(shù)，其冰面溫差可控制在0.5度以內(nèi)，在奧運賽時，能為運動員創(chuàng)造優(yōu)異成績提供最高標(biāo)準(zhǔn)、最優(yōu)良的場地條件。在奧運賽后的運營中，每年可節(jié)約近兩百萬度電，為場館的長期可持續(xù)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

使用相同數(shù)量的傳統(tǒng)制冷劑的碳排放量，是二氧化碳制冷劑的3985倍。二氧化碳制冷劑ODP(破壞臭氧層潛能值)為0，GWP(全球變暖潛能值)僅為1。二氧化碳制冷產(chǎn)生的余熱回收后，可以提供70攝氏度熱水用于生活熱水和除濕再生等用途。將來，在“冰絲帶”全冰面運行的情況下，一年可節(jié)約大約200萬度電。

02“冰絲帶”的節(jié)能設(shè)計

① 低輻射頂棚

光潔平整的冰面會產(chǎn)生特有的鏡像反射。為降低屋頂對冰面的熱輻射、以節(jié)省制冰能源，反射吊頂提供了另外一個鏡像表面。因此，室內(nèi)空間的表現(xiàn)不依靠結(jié)構(gòu)的幾何性，而是以控制能源的鏡像吊頂作為冰場的特色，來發(fā)展大空間的表現(xiàn)力，這是最適合于冰上場館的設(shè)計概念。由此比賽大廳的內(nèi)部空間充滿有趣的鏡像，呈現(xiàn)前所未有的非物質(zhì)性效果。

頂棚對冰面的輻射熱負(fù)荷高達冰面負(fù)荷的40%，可以通過控制頂棚材的發(fā)射率來大幅度降低。常見頂棚材料的發(fā)射率經(jīng)常高達0.9左右，在膜材表面噴覆高亮的鋁涂層，可以降低至0.3-0.6。低發(fā)射率的頂棚熱損失小，表面溫度通常能夠保持在冰場環(huán)境露點溫度以上，從而降低和避免結(jié)露的風(fēng)險。國家速滑館采用發(fā)射率小于0.3的鋁覆層膜結(jié)構(gòu)吊頂，以節(jié)能設(shè)計為目標(biāo)，同時達成預(yù)期的建筑效果。

② 制冰系統(tǒng)熱回收

制冰系統(tǒng)的余熱通過熱泵系統(tǒng)回收，高溫?zé)崴糜谏顭崴?、澆冰車、轉(zhuǎn)輪除濕。冷水機組自帶的冷凝熱回收裝置產(chǎn)生低溫?zé)崴?，用于融冰槽融冰和冰板基礎(chǔ)中防止凍脹的加熱管。高效的余熱回收系統(tǒng)是冰場節(jié)能的關(guān)鍵措施。

③ 太陽能光伏系統(tǒng)

國家速滑館屋面外緣設(shè)有建筑一體化的太陽能光伏電力系統(tǒng)。藍(lán)色的單元電池板自屋頂外邊緣向內(nèi)側(cè)漸變排列，如同正在融化的雪，展現(xiàn)冬季運動的特色。

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