国家速滑馆“冰丝带”是北京冬奥会唯一新建冰上运动场馆,以“冰”和“速度”为设计象征,从设计理念、技术工艺、材料选取、施工技法等多个方面都实现了创新和突破,形成了科技亮点纷呈、可供国际借鉴的“中国方案”。
“冰丝带”采用了世界首个全冰面设计,1.2万平米的冰面创下亚洲之最。速度滑冰赛道按照国际滑联的标准设置为400米长的赛道。弯道的内道边缘半径为26米,直道长度为110.43米。面积约1.2万平方米,近似田径场大小,是亚洲冰面最大的速滑馆。
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高难度建设工艺
混凝土
“冰丝带”冰面下的混凝土结构的难点在于,整个冰面可分区冻冰,使用多功能全冰面制冰系统等关键技术,而这些制冰的复杂工艺对混凝土也提出了更高的要求。
经过多方反复研究,最终采用了钢纤维高性能混凝土的配比方案,它具备抗冻、微膨胀、高强度、易泵送的特性。2018年6月23日地下结构6.7万平方米混凝土结构提前3天施工完成,地上混凝土结构于2018年9月28日提前两天完成。
屋面索网
“冰丝带”的124米宽的屋面索网结构工程是世界最大跨度的单层双向正交索网结构,全部使用国产高钒密闭索,整个屋面环桁架环桁架工程的主弦杆共328根,腹杆共2220根,总用钢量约8500吨。
2019年12月,“冰丝带”屋顶打造完成,这是世界最大跨度正交双向单层马鞍形索网屋顶,经过复杂张力结构综合形态分析方法,才获得了受力最佳、经济最优、形态最美的双曲面结构造型,用钢量约为传统屋顶的四分之一。值得一提的是,屋面索结构采用的是国产高钒封闭索,有利于积极推进国家速滑馆各种材料国产化。
天坛形曲面幕墙系统
“丝带”即为速滑馆外立面22根灯带,平均每条丝带约622米长,它们依附在天坛形曲面幕墙系统,整套体系由蛇型龙骨、玻璃幕墙和发光玻璃管构成。其中玻璃幕墙则由3360块玻璃组成,不论是向内的曲面还是向外的曲面,都采用了同一个曲率半径,最终用到的单曲面玻璃数量是1440块,面积约8800平方米,还有1920块平板玻璃,面积约5900平方米。
冰面分区模块
“冰丝带”采用冰面分模块控制单元,可以将冰面划分为若干区域,根据不同项目分区域、分标准进行制冰,目的就是充分考虑赛后利用,适应多种群众性健身需求。赛后,场馆可同时开展冰球、速度滑冰、花样滑冰、冰壶等所有冰上运动。
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新技术运用
独特的制冷制冰系统
二氧化碳跨临界直接蒸发制冷制冰系统,是目前世界上最环保、最高效、最先进的制冷制冰系统。“冰丝带”将成为全球首个采用该系统制冷制冰的冬奥会场馆。
“冰丝带”的冰面共有7层,通过这些技术的应用,“冰丝带”在全冰面模式下,每年仅制冷制冰方面,就能节电200多万千瓦时,整个系统的碳排放更是趋近于零。该系统不但能为冬奥会比赛提供温度高度均衡的冰面,而且相比传统技术能效提升20%以上。通过场馆的智能能源管理系统,还能把制冷产生的废热,用于场馆的除湿、冰面维护、供应生活热水等方面。
新技术二氧化碳发泡保温板
“冰丝带”里用的保温板采用厚度大约5厘米的二氧化碳发泡保温板,这种保温板采用新技术制造,比普通保温板硬度要高,甚至可以承受吊车等重型装备碾压。之所以采用这种特别的材料,是因为“冰丝带”将来不光要承办冰上项目比赛,还可以转化为夏季运动甚至社会活动场地。
目前,“冰丝带”主体结构已经完工,二氧化碳跨临界直接蒸发制冷制冰系统现场施工全面启动。