2022年北京冬奧會“冰絲帶”BIM技術應用分享

國家速滑館項目簡介

國家速滑館項目位于北京市朝陽區林萃橋東南側，其用地西側為林萃路，東側為奧林西路，北側臨近北五環路。

業主單位：

北京國家速滑館經營有限責任公司

設計單位：

北京市建筑設計研究院有限公司

施工單位：

北京城建集團有限責任公司

本工程主要由主場館及外圍地下車庫組成，其中地下主體結構東西長290m，南北寬235m，地上主體南北長約240m，東西寬約178m。本工程結構連為一體，不設永久結構縫。

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”，以高標準、高質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”既是幕墻的支撐結構，又將遮陽、立面照明和建筑效果設計融為一體。國家速滑館將全力打造“最快的冰”和“智慧的館”，以高標準、高質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”既是幕墻的支撐結構，又將遮陽、立面照明和建筑效果設計融為一體。

國家速滑館將全力打造“最快的冰”和“智慧的館”，以高標準、高質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”既是幕墻的支撐結構，又將遮陽、立面照明和建筑效果設計融為一體。

全過程BIM咨詢及BIM應用

通過生化設計、加工、施工階段應用BIM技術，實現工程精準、高效建造。

通過總承包BIM管理，實現對項目進度、技術、質量、安全等方面的智慧、協同共力。

利用以BIM為核心的信息化技術助力智慧建造，并為未來智慧場館運營奠定基礎。

北京冬奧會“冰絲帶” BIM技術應用特色

01BIM建模輔助審圖

混凝土結構建模

看臺結構建模

室外管道建模

02基于BIM的深化設計

① 鋼結構BIM深化

范圍主要為勁性結構鋼骨、鋼環桁架、臨時看臺鋼結構和檢修馬道。案例：在鋼結構深化過程中發現部分幕墻撐桿節點與桁架桿件相關節點現場焊縫碰撞，經過設計同意后調整桿件位置。

② 索結構BIM深化

范圍主要為連接耳板設計、提升張拉工裝設計。對承重索提升工裝、承重索張拉工裝、穩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造的需求。

03BIM算量輔助人、機、料準備

由于土建結構十分復雜，特別是不同標高發板之間的高低跨連接處及多出嵌套坑之間連接處構造極其復雜，傳統手工算量困難且繁瑣。將施工模型依據流水段劃分，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，研發了針對本工程的智建SaaS化管理平臺，通過將計劃進度關聯到多維信息的輕量化云端BIM模型，工程師現場采集數據、拍攝照片并實時上傳，實現實際進度與計劃進度實時對比、多層級進度信息展示、關鍵線路及里程碑節點管控、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深化設計及構件加工

針對國家速滑館項目天壇輪廓玻璃幕墻施工，利用BIM技術，在深化設計階段、構件加工階段、施工階段，基于掃描復測和BIM參數化設計，使模型數據傳遞至加工生產，保證了幕墻龍骨高精度調節和玻璃容差安裝，實現了幕墻精準高效施工。

01主體結構BIM掃描復測

待屋面索網張拉、屋面臨時配重加載、環桁架支座鎖定依次完成后，依據幕墻索實際定位對S形鋼龍骨進行深化，此時主體結構相對穩定。根據現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。

主體結構掃描復測是指S形鋼龍骨與幕墻索和環桁架連接點的定位測量。復測工作分2個階段進行：第1階段在屋面索網張拉完成后立刻進行幕墻索平面投影的定位復測工作，驗證屋面索網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桁架支座鎖死后，對幕墻索夾及環桁架預埋件位置進行復測，以確定S形鋼龍骨支座牛腿的尺寸長度及BIM模型是否需調整。

02幕墻龍骨BIM模型

根據S形鋼龍骨的優化結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，并對構件進行統一編碼。

深化設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場型材插接安裝。

03幕墻龍骨加工及參數化設計

通過掃描結構實體，生成實測點位模型，依據實際點位進行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向彎曲的雙彎構件優化成易于加工的單彎構件，提高鋼結構加工可控性和可操作性，質量更易保障。考慮幕墻玻璃安裝需求，將M10螺栓的機絲孔開孔大小及位置在170mm×70mm×10mm橫向龍骨BIM模型上體現出來。

將S形鋼龍骨BIM模型通過插件導出為數控設備可用文件，將數控加工技術與數字設計技術對接，實現數據傳遞，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、三維坐標法進行構件組裝，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

當前我國距離實現碳達峰目標已不足10年，從碳達峰到實現“碳中和”目標僅有30年左右。因此2022北京冬奧會，我們只建設了一個新館“國家速滑館”。而在這個新館建設中，建設者們從綠色環保角度出發

01環保制冰技術“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。這是目前世界上最環保的制冰技術，它的碳排放趨近于零;同時也是最先進的制冰技術，其冰面溫差可控制在0.5度以內，在奧運賽時，能為運動員創造優異成績提供最高標準、最優良的場地條件。在奧運賽后的運營中，每年可節約近兩百萬度電，為場館的長期可持續發展奠定良好的基礎。

使用相同數量的傳統制冷劑的碳排放量，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，一年可節約大約200萬度電。

02“冰絲帶”的節能設計

① 低輻射頂棚

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

頂棚對冰面的輻射熱負荷高達冰面負荷的40%，可以通過控制頂棚材的發射率來大幅度降低。常見頂棚材料的發射率經常高達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。低發射率的頂棚熱損失小，表面溫度通常能夠保持在冰場環境露點溫度以上，從而降低和避免結露的風險。國家速滑館采用發射率小于0.3的鋁覆層膜結構吊頂，以節能設計為目標，同時達成預期的建筑效果。

② 制冰系統熱回收

制冰系統的余熱通過熱泵系統回收，高溫熱水用于生活熱水、澆冰車、轉輪除濕。冷水機組自帶的冷凝熱回收裝置產生低溫熱水，用于融冰槽融冰和冰板基礎中防止凍脹的加熱管。高效的余熱回收系統是冰場節能的關鍵措施。

③ 太陽能光伏系統

國家速滑館屋面外緣設有建筑一體化的太陽能光伏電力系統。藍色的單元電池板自屋頂外邊緣向內側漸變排列，如同正在融化的雪，展現冬季運動的特色。

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