科技织就“冰丝带”——浙江大学教授团队助力完成

作为唯一新建冰上竞赛场馆――国家速滑馆“冰丝带”为世界贡献了由中国设计、中国技术、中国材料、中国制造组成的奥运场馆建设“中国方案”。这其中，浙江大学建筑工程学院罗尧治教授团队和邓华、袁行飞教授团队就为“冰丝带”超大跨度索网结构建设施工与运维保障提供了重要的科技力量。

“冰丝带”的屋面体系采用了双曲面马鞍形单层索网结构，是目前世界上跨度最大的单层双向正交马鞍形索网屋面体育馆。所谓的索网结构，简单地说，就是一张由钢索编织而成的大网。这样一张大网“扣”在了速滑馆的上方，形成一个马鞍形双曲面屋顶。

相较于传统的刚性屋面结构体系，柔性的索网屋面在满足结构功能的前提下大大减小了结构的用钢量，这样精巧的空间设计为节能环保提供了保障。但是可想而知，它的施工难度也非常大，再加上工期紧，项目参与各方都悬着一颗心。

这是因为每根索网就有几吨重，而只有通过合理的张拉，才能织成一张网。在施工过程中，这些钢索的受力状态就非常关键了，稍有不慎就会影响施工质量与安全。为了更好地摸清钢索状态，罗尧治团队在施工环节就安装上浙大自主开发的无线传感器，用以实时监测和力学分析。“施工的过程中，千斤顶下面也有传感器，但是它们随着工程的进展要撤下来的，只能监测短时的数据，但我们的监测是全过程的。”罗尧治说。

同时，公司为员工提供了良好的工作学习环境和晋升机会，定期组织员工参加技能比武，提升职业技能。创刊于2010年的《华南服务》简报，不仅为员工提供了最新的行业资讯和管理知识，而且成为员工互动交流的平台和心灵休憩的驿站。公司每年组织外出旅游活动，让员工开阔眼界，放松身心，增强凝聚力；每年末的“华南春晚”精彩纷呈，让每一位华南人都成为明星；每年度进行总结表彰，让优秀员工和集体脱颖而出；每两年一届的“金扫帚”奖劳模大赛，不仅是公司的一大盛事，更是媒体竞相关注的焦点。此外，基层党组织和工会建设也是公司的一大特色，为吸引员工创先争优和参与民主管理提供了一个自由的平台，一方广阔的天地。

“拿到数据、传输数据、处理数据，是我们开展监测分析的全过程。” 罗尧治教授团队的许贤教授说，团队对速滑馆的应力、位移、加速度、温度、风压、索力等六大类参数进行监测，测试点数也达千余个，数量之多创下了单一建筑结构之最。

除了对“冰丝带”屋顶的监测，浙大团队还对速滑馆的赛场冰下混凝土开展了结构监测。“冰丝带”采用了全冰面设计，同时也采用最先进的制冰技术，冰面温差可控制在0.5℃以内。

“国家速滑馆屋盖跨度大、钢索多、内力协调复杂，这要求结构必须实现高精度的建造。”邓华介绍，索网中需要施加巨大的张拉力，且必须保证与环桁架和幕墙索高精度地协同工作，然而索网由地面提升的步骤和钢索的张拉顺序都将影响到整个“冰丝带”的最终施工质量，因此确定安全、高效、精确的索网施工方案是关键技术问题。

进位于紫金港校区的空间结构健康监测平台实时处理着来自“冰丝带”的数据。作为多学科融合的云端数据库，浙大团队采用的是统一的数据标准、统一的数据系统，这种数据融合便于更好地开展建筑物结构分析。

首先将双极性 DVB/CAR/PDMS（50/30 μm）固相微萃取头置于GC-MS仪进样口进行老化处理，老化温度250 ℃，老化时间为30 min，载气流速为1.3 mL/min，载气为氦气。

在“冰丝带”建设期间，为了更好地解决屋顶的建设难题，邓华、袁行飞教授团队通过12：1 的缩尺模型，开展了国家速滑馆大跨度索网屋盖结构建造关键技术及模型试验研究。

这对混凝土的质量提出了更高要求。如何监测冰下混凝土服役状态下的受力情况，这对罗尧治团队来说，又是一个崭新课题。为此，团队研发了低温恶劣环境下混凝土结构的内力和温度监测技术，提出了冰下混凝土长期服役过程中性能状态评估方法。

这套监测系统是由浙大自主开发设计的，早在2010 年就开始应用于国家体育馆“鸟巢”的运营监测，已经有了10 多年的工程经验，同时大兴国际机场用的也是这套监测技术，而且监测面积是世界最大。

[3]陆张维,徐丽华,等.基于GIS的中心城区建设用地适宜性评价-以浙江省杭州市为例[J].江苏农业科学,2016(6):488-492.

“设计难，但要将‘冰丝带’从图纸打造成冬奥会的标志性场馆同样困难。”铺在地上的索网怎样平稳提起来，到达屋面高度后需要张拉哪些索才能绷紧索网，最终可以容忍多大的误差……这些都需要进行敏感性分析。于是，团队在浙大打造了一个缩小版的“冰丝带”模型，模拟索网结构的建造全过程，并验证结构的设计性能。

从产业结构角度出发，我们可以看到，中国是以制造业为主，劳动力市场上多是体力劳动者，这部分人依靠他们的体力劳动取得收入，但是人体在晚年时期身体机能会大大下降，如果推迟退休年龄会给这些人带来身体上的伤害。

缩尺模型试验从2018 年6 月初开始持续到8 月底，期间董石麟院士也多次前往试验现场指导。一整个暑期的加班加点没有白费，最终，“冰丝带”索网结构模型在浙大诞生，此后各项试验测试和数据分析工作有序开展。

舞动的“冰丝带”，与雄浑的钢结构“鸟巢”和灵动的膜结构“水立方”共同组成北京这座世界首个“双奥之城”的标志性建筑群。而这背后，就闪耀着浙大团队的科技智慧。