光明日?qǐng)?bào)記者 陸健 光明日?qǐng)?bào)通訊員 柯溢能 吳雅蘭

流光溢彩，星月交輝，環(huán)形“冰絲帶”造型靈動(dòng)，22條晶瑩剔透的“絲帶”狀曲面玻璃幕墻環(huán)繞著國(guó)家速滑館。作為唯一新建冰上競(jìng)賽場(chǎng)館，國(guó)家速滑館“冰絲帶”為世界貢獻(xiàn)了由中國(guó)設(shè)計(jì)、中國(guó)技術(shù)、中國(guó)材料、中國(guó)制造組成的奧運(yùn)場(chǎng)館建設(shè)“中國(guó)方案”。近日，浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院羅堯治教授團(tuán)隊(duì)和鄧華、袁行飛教授團(tuán)隊(duì)向記者解析了“冰絲帶”超大跨度索網(wǎng)結(jié)構(gòu)建設(shè)施工與運(yùn)維保障的科技智慧。

　　“健康醫(yī)生”緊盯工程全過(guò)程

“冰絲帶”屋面體系采用了雙曲面馬鞍形單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，是目前世界上跨度最大的單層雙向正交馬鞍形索網(wǎng)屋面體育館。所謂的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是一張由鋼索編織而成的大網(wǎng)。這樣一張大網(wǎng)“扣”在了速滑館的上方，形成一個(gè)馬鞍形雙曲面屋頂。

相較于傳統(tǒng)的剛性屋面結(jié)構(gòu)體系，柔性的索網(wǎng)屋面在滿足結(jié)構(gòu)功能的前提下大大減小了結(jié)構(gòu)的用鋼量。但是可想而知，它的施工難度也非常大。

每根索網(wǎng)都有幾噸重，只有通過(guò)合理的張拉，才能織成一張網(wǎng)。為了更好摸清鋼索狀態(tài)，羅堯治團(tuán)隊(duì)在施工環(huán)節(jié)就安裝上浙大自主開(kāi)發(fā)的無(wú)線傳感器，用以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和力學(xué)分析。

在索網(wǎng)的施工過(guò)程中，采取“先地面拼裝、再整體提升”的工序，但由于場(chǎng)地空間限制，鋪在地面等待張拉的鋼索需要微微拱起才能越過(guò)“瓶頸”。倘若沒(méi)有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐，誰(shuí)也不能輕易下令彎折動(dòng)輒幾噸的鋼索?！斑@時(shí)候，我們的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)掌握彎曲對(duì)鋼索的影響，為現(xiàn)場(chǎng)決策指揮和安全施工提供了重要依據(jù)?！笔┕し皆u(píng)價(jià)說(shuō)：“浙大的無(wú)線傳感器就像一雙雙眼睛，緊緊‘盯’著工程的建設(shè)全過(guò)程?！?/p>

　　“最強(qiáng)大腦”實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)安全

無(wú)線傳感器不僅在建設(shè)時(shí)發(fā)揮作用，建成后的“冰絲帶”依舊通過(guò)“健康醫(yī)生”的方式測(cè)量著“脈搏”與“心跳”。

“拿到數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)，是我們開(kāi)展監(jiān)測(cè)分析的全過(guò)程?！绷_堯治教授團(tuán)隊(duì)的許賢教授說(shuō)，團(tuán)隊(duì)對(duì)速滑館的應(yīng)力、位移、加速度、溫度、風(fēng)壓、索力等六大類參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，測(cè)試點(diǎn)數(shù)也達(dá)千余個(gè)，數(shù)量之多創(chuàng)下了單一建筑結(jié)構(gòu)之最。

那么，這些監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)如何更好地決策呢？走進(jìn)位于浙大紫金港校區(qū)的空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)平臺(tái)，記者看到，這里匯集著來(lái)自各地的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，也實(shí)時(shí)處理著來(lái)自“冰絲帶”的數(shù)據(jù)。作為多學(xué)科融合的云端數(shù)據(jù)庫(kù)，浙大團(tuán)隊(duì)采用的是統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，這種數(shù)據(jù)融合便于更好地開(kāi)展建筑物結(jié)構(gòu)分析。

這套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由浙大自主開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的，早在2010年就開(kāi)始應(yīng)用于國(guó)家體育館“鳥(niǎo)巢”的運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)，已經(jīng)有10多年的工程經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也應(yīng)用于大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)，監(jiān)測(cè)面積是世界最大?！拔覀儠?huì)根據(jù)每個(gè)項(xiàng)目的具體需求來(lái)改造這套系統(tǒng)，在施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和惡劣天氣條件下，我們還會(huì)加密監(jiān)測(cè)?！痹S賢說(shuō)。

　　“風(fēng)吹雪打”模擬考驗(yàn)索網(wǎng)模型

在“冰絲帶”建設(shè)期間，浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院的另一團(tuán)隊(duì)也發(fā)揮了重要作用。為了更好解決屋頂?shù)慕ㄔO(shè)難題，鄧華、袁行飛教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)12：1的縮尺模型，開(kāi)展了國(guó)家速滑館大跨度索網(wǎng)屋蓋結(jié)構(gòu)建造關(guān)鍵技術(shù)及模型試驗(yàn)研究。

“國(guó)家速滑館屋蓋跨度大、鋼索多、內(nèi)力協(xié)調(diào)復(fù)雜，這要求結(jié)構(gòu)必須實(shí)現(xiàn)高精度的建造?！编嚾A說(shuō)，索網(wǎng)中需要施加巨大的張拉力，且必須保證與環(huán)桁架和幕墻索高精度地協(xié)同工作，因此確定安全、高效、精確的索網(wǎng)施工方案是關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

“設(shè)計(jì)難，但要將‘冰絲帶’從圖紙打造成冬奧會(huì)的標(biāo)志性場(chǎng)館同樣困難。”鋪在地上的索網(wǎng)怎樣平穩(wěn)提起來(lái)，到達(dá)屋面高度后需要張拉哪些索才能繃緊索網(wǎng)，最終可以容忍多大的誤差……這些都需要進(jìn)行敏感性分析。于是，團(tuán)隊(duì)在浙大打造了一個(gè)縮小版的“冰絲帶”模型，模擬索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的建造全過(guò)程，并驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)性能。

團(tuán)隊(duì)基于大量的數(shù)值仿真結(jié)果和試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，在索網(wǎng)的整體提升、張拉控制、施工驗(yàn)收和預(yù)張力監(jiān)測(cè)等方面提出了系統(tǒng)性的方案和建議，為“冰絲帶”大跨度索網(wǎng)屋蓋結(jié)構(gòu)的高精度建造提供了有力的技術(shù)支撐。

此外，浙大科技團(tuán)隊(duì)還通過(guò)沙袋等形式，在張拉好的索網(wǎng)施加荷載?！拔覀?cè)谀Ｐ蜕系鯍觳煌暮奢d來(lái)模擬風(fēng)吹雪打的環(huán)境，驗(yàn)證屋頂?shù)膹?qiáng)度和抗形變能力。”鄧華說(shuō)。

《光明日?qǐng)?bào)》（ 2022年03月28日?09版）