2022年北京冬奧會(huì)“冰絲帶”BIM技術(shù)應(yīng)用分享

2022年北京冬奧會(huì)“冰絲帶”BIM技術(shù)應(yīng)用分享

國(guó)家速滑館項(xiàng)目簡(jiǎn)介

國(guó)家速滑館項(xiàng)目位于北京市朝陽(yáng)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(guó)家速滑館經(jīng)營(yíng)有限責(zé)任公司

設(shè)計(jì)單位：

北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司

施工單位：

北京城建集團(tuán)有限責(zé)任公司

本工程主要由主場(chǎng)館及外圍地下車庫(kù)組成，其中地下主體結(jié)構(gòu)東西長(zhǎng)290m，南北寬235m，地上主體南北長(zhǎng)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(huì)國(guó)家速滑館：最快的冰、智慧的館

國(guó)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(huì)賽事要求。國(guó)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(yáng)光下熠熠生輝，夜景照明開(kāi)啟后，絲帶曼舞、輕盈躍動(dòng)、異彩紛呈，像是速滑運(yùn)動(dòng)員冰刀劃過(guò)冰面的痕跡，同時(shí)22條“冰絲帶”又代表著北京2022年冬奧會(huì)，與冬奧會(huì)的時(shí)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(yáng)、立面照明和建筑效果設(shè)計(jì)融為一體。國(guó)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(huì)賽事要求。國(guó)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(yáng)光下熠熠生輝，夜景照明開(kāi)啟后，絲帶曼舞、輕盈躍動(dòng)、異彩紛呈，像是速滑運(yùn)動(dòng)員冰刀劃過(guò)冰面的痕跡，同時(shí)22條“冰絲帶”又代表著北京2022年冬奧會(huì)，與冬奧會(huì)的時(shí)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(yáng)、立面照明和建筑效果設(shè)計(jì)融為一體。

國(guó)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(huì)賽事要求。國(guó)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(yáng)光下熠熠生輝，夜景照明開(kāi)啟后，絲帶曼舞、輕盈躍動(dòng)、異彩紛呈，像是速滑運(yùn)動(dòng)員冰刀劃過(guò)冰面的痕跡，同時(shí)22條“冰絲帶”又代表著北京2022年冬奧會(huì)，與冬奧會(huì)的時(shí)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(yáng)、立面照明和建筑效果設(shè)計(jì)融為一體。

全過(guò)程BIM咨詢及BIM應(yīng)用

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

通過(guò)總承包BIM管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)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(lái)智慧場(chǎng)館運(yùn)營(yíng)奠定基礎(chǔ)。

北京冬奧會(huì)“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(tái)結(jié)構(gòu)建模

室外管道建模

02基于BIM的深化設(shè)計(jì)

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(shí)看臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)和檢修馬道。案例：在鋼結(jié)構(gòu)深化過(guò)程中發(fā)現(xiàn)部分幕墻撐桿節(jié)點(diǎn)與桁架桿件相關(guān)節(jié)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)焊縫碰撞，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)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(jì)、提升張拉工裝設(shè)計(jì)。對(duì)承重索提升工裝、承重索張拉工裝、穩(wěn)定索張拉工裝進(jìn)行三維實(shí)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(jī)、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(bào)至工程部，為人、機(jī)、料等施工部署提供參考。

04三維可視化交底

針對(duì)施工周期短、工期緊等問(wèn)題，研發(fā)了針對(duì)本工程的智建SaaS化管理平臺(tái)，通過(guò)將計(jì)劃進(jìn)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(chǎng)采集數(shù)據(jù)、拍攝照片并實(shí)時(shí)上傳，實(shí)現(xiàn)實(shí)際進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度實(shí)時(shí)對(duì)比、多層級(jí)進(jìn)度信息展示、關(guān)鍵線路及里程碑節(jié)點(diǎn)管控、輕量化三維模型施工進(jìn)度管理。

“冰絲帶”的外觀核心 玻璃幕墻BIM深化設(shè)計(jì)及構(gòu)件加工

針對(duì)國(guó)家速滑館項(xiàng)目天壇輪廓玻璃幕墻施工，利用BIM技術(shù)，在深化設(shè)計(jì)階段、構(gòu)件加工階段、施工階段，基于掃描復(fù)測(cè)和BIM參數(shù)化設(shè)計(jì)，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(shí)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(cè)

待屋面索網(wǎng)張拉、屋面臨時(shí)配重加載、環(huán)桁架支座鎖定依次完成后，依據(jù)幕墻索實(shí)際定位對(duì)S形鋼龍骨進(jìn)行深化，此時(shí)主體結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(cè)是指S形鋼龍骨與幕墻索和環(huán)桁架連接點(diǎn)的定位測(cè)量。復(fù)測(cè)工作分2個(gè)階段進(jìn)行：第1階段在屋面索網(wǎng)張拉完成后立刻進(jìn)行幕墻索平面投影的定位復(fù)測(cè)工作，驗(yàn)證屋面索網(wǎng)張拉過(guò)程中幕墻索的變形軌跡是否符合理論計(jì)算;第2階段在屋面臨時(shí)配重加載完成且環(huán)桁架支座鎖死后，對(duì)幕墻索夾及環(huán)桁架預(yù)埋件位置進(jìn)行復(fù)測(cè)，以確定S形鋼龍骨支座牛腿的尺寸長(zhǎng)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(duì)建筑外表皮進(jìn)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(duì)構(gòu)件進(jìn)行統(tǒng)一編碼。

深化設(shè)計(jì)時(shí)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(chǎng)進(jìn)行螺栓連接固定。最大單元板塊尺寸為4050mm×2 340mm(長(zhǎng)×高)，單元板塊上、下邊各設(shè)計(jì)4組鋁合金連接件，通過(guò)螺栓固定到幕墻橫向龍骨上，冰絲帶玻璃管采用現(xiàn)場(chǎng)型材插接安裝。

03幕墻龍骨加工及參數(shù)化設(shè)計(jì)

通過(guò)掃描結(jié)構(gòu)實(shí)體，生成實(shí)測(cè)點(diǎn)位模型，依據(jù)實(shí)際點(diǎn)位進(jìn)行S形鋼龍骨BIM定位及深化。通過(guò)BIM模型將S形鋼龍骨由原來(lái)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(jī)絲孔開(kāi)孔大小及位置在170mm×70mm×10mm橫向龍骨BIM模型上體現(xiàn)出來(lái)。

將S形鋼龍骨BIM模型通過(guò)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(jì)技術(shù)對(duì)接，實(shí)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(diǎn)放平”原則，采用仿形胎架、三維坐標(biāo)法進(jìn)行構(gòu)件組裝，并在焊接過(guò)程中控制變形。

“冰絲帶”的綠色建造,4.2億升的超級(jí)智能溫控冰柜

當(dāng)前我國(guó)距離實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)已不足10年，從碳達(dá)峰到實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)僅有30年左右。因此2022北京冬奧會(huì)，我們只建設(shè)了一個(gè)新館“國(guó)家速滑館”。而在這個(gè)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(guó)家速滑館為了降低碳排放，國(guó)家速滑館在奧運(yùn)會(huì)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(shí)也是最先進(jìn)的制冰技術(shù)，其冰面溫差可控制在0.5度以內(nèi)，在奧運(yùn)賽時(shí)，能為運(yùn)動(dòng)員創(chuàng)造優(yōu)異成績(jī)提供最高標(biāo)準(zhǔn)、最優(yōu)良的場(chǎng)地條件。在奧運(yùn)賽后的運(yùn)營(yíng)中，每年可節(jié)約近兩百萬(wàn)度電，為場(chǎng)館的長(zhǎng)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(lái)，在“冰絲帶”全冰面運(yùn)行的情況下，一年可節(jié)約大約200萬(wàn)度電。

02“冰絲帶”的節(jié)能設(shè)計(jì)

① 低輻射頂棚

光潔平整的冰面會(huì)產(chǎn)生特有的鏡像反射。為降低屋頂對(duì)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(gè)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(chǎng)的特色，來(lái)發(fā)展大空間的表現(xiàn)力，這是最適合于冰上場(chǎng)館的設(shè)計(jì)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(duì)冰面的輻射熱負(fù)荷高達(dá)冰面負(fù)荷的40%，可以通過(guò)控制頂棚材的發(fā)射率來(lái)大幅度降低。常見(jiàn)頂棚材料的發(fā)射率經(jīng)常高達(dá)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(chǎng)環(huán)境露點(diǎn)溫度以上，從而降低和避免結(jié)露的風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)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(jì)為目標(biāo)，同時(shí)達(dá)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(guò)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(jī)組自帶的冷凝熱回收裝置產(chǎn)生低溫?zé)崴糜谌诒廴诒捅寤A(chǔ)中防止凍脹的加熱管。高效的余熱回收系統(tǒng)是冰場(chǎng)節(jié)能的關(guān)鍵措施。

③ 太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)

國(guó)家速滑館屋面外緣設(shè)有建筑一體化的太陽(yáng)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(yùn)動(dòng)的特色。

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